analog input output

Distributed Control Systems
DCS: General Architecture and
Local Control Unit
(materi II)
Iwan Setiawan
Teknik Elektro Undip
Arsitektur umum sistem DCS
Diagram Blok Sistem DCS
Komponen DCS



Unit kontrol lokal (Local Control Unit, LCU) :
Merupakan unit terkecil pada DCS yang mampu
melaksanakan kontrol kalang tertutup. Contoh: PLC,
mikroprosesor dll.
Antarmuka manusia tingkat rendah (Low-Level Human
Interface, LLHI):
Peralatan yang digunakan untuk antarmuka antara
operator atau orang instrumen dengan LCU secara
langsung, misalnya mengubah set-point, mode kontrol,
konfigurasi kontrol atau menala parameter kontrol.
Data Input/Output Unit (DI/OU):
Digunakan untuk antarmuka dengan proses dengan
tujuan mengambil atau mengeluarkan data dan tidak
melakukan aksi kontrol.
Komponen DCS (cont.)
 Antarmuka manusia tingkat tinggi (High-Level Human
Interface, HLHI):
Seperangkat peralatan yang mempunyai fungsi sama
seperti LLHI tetapi dengan kemampuan lebih bagus dan
pemakaian lebih nyaman untuk pengguna (user
friendliness).
 Peralatan pemroses tingkat tinggi (High-Level
Computing Device, HLCD):
Sekumpulan perangkat berbasis mikroprosesor yang
melakukan fungsi pengendalian terhadap plant.
 Peralatan antarmuka komputer (Computer Interface
Device, CID):
Sekumpulan perangkat yang digunakan untuk interaksi
antara komputer dengan komponen DCS lain.
 Fasilitas komunikasi bersama (Shared Communication
Facilities):
Digunakan sebagai alat komunikasi data bersama antara
peralatan DCS.
LOCAL CONTROL UNIT (LCU)
Komponen LCU
1. Unit pemroses utama (Central Processing Unit,
CPU)
Digunakan sebagai unit pemroses utama yang
mengolah semua data yang masuk ke LCU.
2. Read Only Memory (ROM)
Digunakan untuk menyimpan program secara
permanen (Non-volatile Memory) artinya walaupun
catu daya tidak ada maka program masih tetap
tersimpan dalam ROM dan tidak terhapus/hilang. ROM
ini hanya bisa dibaca dan tidak dapat ditulis.
3. Random Access Memory (RAM)
Digunakan untuk menyimpan program yang sifatnya
sementara (Volatile Memory). RAM bisa ditulis dan
dibaca.
Komponen LCU (cont.)
4. Digital Input (DI)/Digital Output (DO)
Peralatan yang digunakan untuk antarmuka dengan
masukan/keluaran digital. Contoh: masukan digital :
Limit Switch, Push-button, dll.
keluaran digital : Motor, Lampu, dll.
5. Analog Input (AI)/Analog Output (AO)
Peralatan yang digunakan untuk antarmuka dengan
masukan/keluaran analog. Contoh: masukan analog :
sensor suhu, sensor tekanan, dll.
keluaran analog : pemanas, control valve continue, dll
6. Internal Bus
Peralatan yang digunakan sebagai fasilitas komunikasi
bersama antar komponen LCU, misalnya mengontrol
aliran data, informasi status, dll.
Input/Output tipikal sistem DCS
 Analog input:
Current:
1. 0-20 mA
2. 4-20 mA
3. 10-50 mA
Voltage:
1. 1-5 V
2. 0-10 V
3. (-10)-10 V
Input Thermocouple:
Tipe K,T,J,R, S dan E
Input/Output tipikal sistem DCS (cont.)

Analog Output:
Current:
1.
4-20 mA
2.
10-50 mA
Voltage:
1.
1-5 V
2.
0-10 V

Input Digital
Voltage
1.
TTL logic 0/5 volt
2.
24 Volt
3.
48 volt
4.
Kontaktor internal
Input/Output tipikal sistem DCS (cont.)
 Output Digital
1. TTL logic 0/5 volt
2. Open collector transistor output 0/24, 0/48
3. Relay output
 I/O lainnya:
BCD I/O
Pulse count
RS 232 port
Persyaratan sebuah LCU
 Fleksibilitas terhadap perubahan algoritma
kontrol
Plant yang ada di industri memiliki
karakteristik/tingkat kerumitan yang berbeda
sehingga dalam penerapan algoritma kontrolnya
pun harus berbeda. Sebuah LCU harus fleksibel
terhadap perubahan algoritma kontrol tanpa
harus mengubah perangkat keras yang sudah
ada.
Persyaratan sebuah LCU (cont.)

Kemampuan untuk digunakan sebagai pengendali
tanpa harus menjadi ahli komputer/programmer.
Orang-orang yang bekerja di industri biasanya lebih
paham terhadap proses yang akan dikendalikan.
Mereka biasanya tidak ahli dalam memprogram
komputer. Sebuah LCU harus mampu diprogram
dengan sederhana dan mudah dipahami sehingga
operator secara mudah dapat memilih dan
menerapkan algoritma kontrolnya untuk
mengendalikan plant yang biasa mereka hadapi.
Persyaratan sebuah LCU (cont.)
 Kemampuan untuk mem-bypass kontroller
jika terjadi kerusakan, sedemikian sehingga
proses masih bisa dikontrol secara manual.
Sebuah LCU pasti sewaktu-waktu dapat
mengalami kerusakan. Namun ketika LCU
rusak kemudian sistem harus dimatikan, maka
hal ini pasti akan sangat merugikan. LCU yang
bagus harus bisa dikontrol secara manual jika
terjadi kerusakan tanpa harus mematikan
seluruh sistem.
Persyaratan sebuah LCU (cont.)
 Kemampuan untuk saling berkomunikasi
antar LCU dan dengan komponen lain
dalam sistem.
Kemampuan berkomunikasi menjadi hal yang
tak kalah penting bagi sebuah LCU. Karena
kalau LCU tidak mempunyai kemampuan
untuk berkomunikasi antar LCU ataupun
dengan komponen lain maka dapat dikatakan
sistem tidak akan bisa berjalan.
Bahasa Pemrograman LCU
 Bahasa LCU harus mengakomodasi kemampuan
pengguna dengan latar belakang pendidikan yang
berbeda untuk menentukan fungsi dan komputasi
kontrol yang akan digunakan untuk mengendalikan
plant.
seorang operator akan lebih suka memilih blok-blok
fungsi yang sudah ada seperti blok PID, Fuzzy dll, untuk
menerapkan algoritma kontrolnya tanpa harus
memprogramnya dengan bahasa tingkat tinggi apalagi
tingkat rendah. Sebaliknya seorang insinyur komputer
akan lebih suka meprogram LCU dengan bahasa yang
dikuasainya untuk menerapkan algoritma kontrol
daripada menggunakan blok fungsi, karena mungkin
alasan fleksibilitas artinya jika perlu perubahan algoritma
kontrol maka tinggal diubah saja program yang telah
ditulisnya tanpa harus mengganti-ganti blok-blok fungsi.
Bahasa Pemrograman LCU (cont.)
 Bahasa LCU harus memperbolehkan
pengguna untuk menerapkan paling tidak
sekumpulan fungsi kontrol yang telah
disediakan sebelumnya oleh sistem analog,
sekuensial dan sistem kontrol yang dapat
diprogram.
 Bahasa LCU harus menyediakan fungsi
komunikasi yang digunakan untuk
pertukaran informasi dengan elemen lain
dalam DCS.
Function Blok
S2
S1
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
(156)
APID
SP
PV
CO
N
TR
TF
BI
N+1
R
FF
BD
N+2
N/A
N/A
II
DI
Function Blok (cont.)
Redundancy pada DCS
Networks redundancy
LCU redundancy
Power Supply redundancy
Etc
Networks redundancy
LCU redundancy
Power redundancy
Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak
lorok
Konfigurasi Sistem Input Output




DCS Bailey INFI 90 bersama dengan sistem kendali lain seperti PLC,
Mark V dimanfaatkan sebagai sistem pengendali semua proses produksi
pada pengolahan air, turbin gas, HRSG dan turbin uap di PLTGU.
Pengaturan level LP Drum menggunakan program kendali PID digital
yang ada di DCS. Program kontroler PID mengirimkan sinyal kontrol ke
control valve sesuai dengan kondisi variabel process.
Komunikasi DCS berupa komunikasi menuju slave, operator dan sistem
kendali lain. Komunikasi menuju slave berupa set-point atau sinyal
kontrol yang dikirimkan dan sinyal umpan balik dari transmitter yang ada
di modul slave. Sedangkan komunikasi ke operator berupa gambaran
proses operasi, dan konfigurasi perubahan set-point untuk pengendalian
secara manual.
Sebuah Process Control Unit (PCU) dimanfaatkan sebagai master
pengendalian sebuah proses pengaturan level LP Drum dengan
memanfaatkan beberapa modul slave.
Modul slave merupakan modul yang berkaitan langsung dengan
peralatan kendali dan unit terminasi input output terdiri atas Modul control
input/output, Modul analog input output dan Modul digital input output.
Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak
lorok (cont.)
 Modul Multi Function Processor (MFP)
 Modul Multi Function Processor (MFP) merupakan modul utama untuk
mengendalikan modul slave input output , sebagai jembatan modul NIS (INFI-NET)
dan bertanggung jawab atas intruksi yang diberikan ke slave input-output dari INFINET. Sistem INFI 90 menggunakan modul I/O analog dan digital untuk berkomunikasi
dengan proses kontrol.
 Modul ini dijalankan oleh sebuah mikroprosesor 32 bit dengan kecepatan 16 MHZ.
Memori yang terpasang pada modul ini adalah ROM 256 Kbyte, RAM 256 Kbyte,
RAM degan backup baterai 64 Kbyte.
 Modul MultiFunction Processor memiliki beberapa kelebihan antara lain :
-Untuk mendiagnosis kendali modul baik pada saat start-up dan operasi-eksekusi.
-Untuk memproses loop analog dari input output 4 kali dalam satu detik, sedangkan loop
digital 10 kali dalam satu detik.
-Sebagai redundant dengan adanya dua MFP, saat MFP primer dalam keadaan operasi
dan MFP sekunder selalu berada pada posisi stand-by.
-Kemudahan pemrograman dengan menggunakan bahasa pemrograman seperti BASIC,
C atau logika Diagram Ladder.
-Memiliki dua unit terminal RS 232, sehingga bisa dihubungkan dengan peralatan luar
seperti PLC.
Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak
lorok (cont.)
 Analog Slave Input (ASI)
 Analog Slave Input menerima input analog dari beberapa peralatan
kendali dan keluarannya berupa arus atau tegangan antara lain : 420 mA, 0-5 VDC,
0-10 VDC, 1-5 VDC, atau –10 VDCsampai
+10 VDC. ASI berfungasi melakukan konversi dari analog ke digital
pada tiap-tiap channel input. Semua memori ASI mengubah angka
digital sampai ASI mengirim angka digital ke MFP. Rangkaian input
analog terdiri dari filter input dua kutub yang berguna untuk
mengurangi sinyal derau.
 Kegunaan Modul Analog Slave Input antara lain :
Sebagai interface input analog ke Multi-Function Processor (MFP).
Sebagai interface komunikasi antara sistem kontrol INFI 90 dan transmitter
Bailey Control.
Memberikan sebuah interface terminal komunikasi dengan transmitter
Bailey Control.
Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak
lorok (cont.)
Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak
lorok (cont.)
Analog Slave Output (ASO)
 Analog Slave Output berfungsi sebuah interface sinyal analog
antara Multi-Function Processor (MFP) atau Multi-Function
Controller (MFC) dengan peralatan kendali seperti control valve.
Sebuah Master Modul berkomunikasi dengan Analog Slave Output
dengan 12 line Slave Expander Bus. Tiap-tiap slave pada bus
mempunyai alamat yang berbeda dengan alamat dipswitch.
 Rangkaian keluaran analog mengubah sinyal digital 10 bit dari MFP
menjadi keluaran sinyal analog 1-5 VDC atau 4-20 mA. Analog
Slave Output mengontrol 14 modul output analog dan mengirimkan
kembali status operasi slave ke MFP untuk mengetahui bahwa
sinyal telah terkirim dengan baik.
Studi kasus DCS Bailey di PLTU Tambak
lorok (cont.)