Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
MODUL PRAKTIKUM SISTEM PENGENDALIAN OTOMATIK 2015/2016
DISUSUN OLEH : ASISTEN LABORATORIUM REKAYASA INSTRUMENTASI DAN KONTROL TEKNIK FISIKA ITS
JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
MODUL P1 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER I. Tujuan Praktikum : 1. Praktikan diharapkan dapat emahami dasar-dasar dan pemrograman PLC 2. Praktikan diharapkan dapat memahamai Bahasa pemrograman PLC II. Dasar Teori ; Pada dasarnya Programmable Logic Controller (PLC) itu merupakan suatu peralatan elektronika yang berbasis mikroprocessor, yang dirancang khusus untuk menggantikan kinerja peralatan – peralatan elektronik seperti counter, relay elektronik, timer dalam suatu proses pengendalian (controller). PLC mempunyai kelebihan yang kemungkinan tidak dimiliki oleh peralatan kontrol konvensional yaitu bahwa PLC dapat bekerja pada industri dengan kondisi yang cukup berat, dengan tingkat polusi tinggi, fluktuasi temperatur antara 0° sampai 60° dan kelembaban relatif antara 0% sampai 95%. Dibandingkan dengan sistem kendali konvensional, PLC mempunyai kelebihan antara lain : a. Bekerja handal dan aman, serta fleksible. b. Hemat dalam jumlah pengawatan. c. Pemrogramannya sederhana dan mudah dirancang dalam bahasa atau instruksi yang mudah dimengerti. d. Pemasangan atau instalasinya mudah. PLC dapat digunakan untuk mengendalikan peralatan-peralatan, mesin-mesin pada proses produksi diberbagai industri logam, perusahaan perakitan, industri semen, industri otomotif, pengolahan dikilang minyak, industri makanan dan minuman serta masih banyak di bidang industri lain PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah alat instrument yang mempunyai kemampuan menyimpan instruksi-instruksi yang berfungsi sebagai kendali atau melaksanakan fungsi suatu perintah kerja yang sekuensial, perhitungan aritmatik, pemrosesan numerik, sarana komunikasi dari suatu proses yang jenis input atau outputnya berupa sinyal logic on-off. PLC merupakan sistem operasi elektronik digital yang dirancang untuk keperluan lingkungan industri, PLC digunakan untuk menggantukan fungsi relay-relay yang banyak digunakan. LOGIC CONTROLLER
AKTUATOR
PLANT
DISPLAY
SENSOR
Gambar 3.1 Kontrol Proses Closed Loop di Industri PLC menerima sinyal input dari perlatan sensor berupa sinyal on off. Apabila input berupa sinyal analog, maka dibutuhkan input analog modul yang menkonversikan sinyal
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
analog menjadi sinyal digital. Sinyal tersebut langsung dikirim ke cental Central Processing Unit (CPU) untuk diproses sesuai program yang dibuat. Hasil pemrosesan berupa sinyal keluaran digital yang dikirim ke modul output untuk menjalankan aktuator. Pabrikan yang membuat produk PLC diantaranya Allan Bradley, Omron, Mitshubishi, General Electric-Klocker Moler, Festo, Texas Instrument, Siemens, Toshiba, dan Scheneider. PLC yang dipakai dalam praktikum kali ini adalah PLC Siemens S7-200 dan Allen Bradley (logixpro).
Gambar 3.2 Diagram Block PLC 3.1 Dasar Pemroraman PLC Kontrol program adalah komponen utama dalam sistem yang bekerja secara otomatis. Kontrol program harus didesain secara sistematis, terstruktur dengan baik dan harus terdokumentasi agar bebas dari kesalahan, pemeliharaan mudah, dan efektif dalam biaya. Untuk memrogram PLC dapat digunakan prosedur berikut untuk menyelesaikan permasalahan mengenai kontrol. Langkah-langkah dalam membuat program sebagai berikut : a. Identifikasi Masalah Definisi permasalahan untuk menjabarkan problem kontrol dalam bentuk detail. Informasi yang diperlukan yaitu skema posisi, skema sekuensial, dan table kebenaran untuk menerangkan hubungan I/O. b. Allocation List Allocation list berisi kondisi-kondisi program atau alamat yang dipakai oleh keluaran atau masukan. c. Pembuatan Program Terdapat dua cara untuk membuat program, yaitu dengan menggunakan ladder diagram atau statement list. Berikut beberapa contoh program dasar PLC Allen Bradley (software logixpro) dengan menggunakan ladder diagram.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Logika AND, OR, dan NOT
Gambar 3.3 AND, OR, NOT TON (Timer On Delay) dan TOF (Timer Off Delay)
Gambar 3.4 TON dan TOF
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Counter Up/Down
Gambar 3.5 Counter 3.2 Prosedur Percobaan Alat dan Bahan 1. Modul PLC Siemens S7-200 2. Kabel Downlader MPI 3. Modul Mixing tank 4. PC yang terinstall Step 7 Micro Langkah Percobaan 1. Siapkan alat dan bahan. 2. Wiring dan tentukan I/O Mixing tank ke input dan output PLC Siemens S7-200. Tabel 3.1 Input dan Output PCT 17 to PLC Siemens S7-200 Modul Mixing Tank I/O PLC Siemens S7-200 Sensor 3 (bawah) Sensor 2 (tengah) Sensor 1 (atas) Pompa 1 Pompa 2 Mixer Indikator Pompa 1
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Indikator Mixer Indikator Pompa 2
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
MODUL P2 Simulasi Pengendalian Suhu Pada PCT 13 Dengan LABVIEW 2012 I. Tujuan: 1. Praktikan dapat mengetahui konfigurasi hardware National Instrument Field Point yang digunakan untuk mengendalikan besarnya suhu pada PCT 13. 2. Praktikan dapat mengetahui cara pemrogramman Labview 2012. 3. Praktikan dapat mengetahui peran mode Kontrol PID secara Real Time. II. Dasar teori : Pada modul praktium ini praktikan akan mengendalikan suhu Aliran fluida dengan menggunakan software LABVIEW 2012 yang terintergrasi dengan hardware National Instrument Field Point yang digunakan sebagai interface antara LABVIEW 2012 dengan plant yang akan dikendalikan yaitu PCT 13. Diagram block dari sistem pengendalian laju aliran (flow) dengan menggunakan LABVIEW 2012 dapat dilihat pada dibawah ini: T ref
PCT 13
LABVIEW
T out
Pompa
Gambar 1. blok diagram sistem pengendalian suhu untuk konfigurasi antara hardware field point, LABVIEW 2012, dan modul Flow Control LABVIEW 2012 Labview adalah sebuah software pemrograman buatan national instrument dengan konsep yang berbeda seperti bahasa pemrograman lainnya yaitu: C++, Matlab, atau visual basic, tetapi mempunyai fungi yang sama. Bahasa pemrograman labview berbasis pada grafis atau blok diagram sementara yang lain menggunakan basis text. Labview bekerja mempunyai dua bagian yaitu: front panel digunakan sebagai user interface yang akan mensimulasikan panel untuk instrument dan block diagram digunakan sebagai source code dibuat dan berfungsi sebagai instruksi untuk front panel.
Gambar 2. front panel dan block diagram
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Menu bar pada front panel labview.
run
Run continues abort
pause
object Start 3. single stepping Gambar menu bar padaAlign front panel
recorde Distribute robject
highlight
icon
fungsi dari masing-masing bagian adalah: 1. Run : mengeksekusi VI sampai process selesai 2. Run continuously : mengeksekusi VI secara kontinu, setelah satu proses selesai maka VI kembali dieksekusi sampai abort ditekan. 3. Abort : menghentikan eksekusi. 4. Pause : menghentikan eksekusi sementara 5. Highlight : melihat alur dari jalan program secara berlahan pada front panel. 6. Start single stepping: mengeksekusi VI per step 7. Align object : mengatur tampilan obejk 8. Distribute objek : mengatur tampilan beberapa objek 9. Recorder : mengatur tampilan beberapa objek yang saling bertumpukan 10. Icon : gambar yang ditampilkan VI tersebut bila dijadikan sub VI
Tool Pallete Dalam membuat suatu VI ada beberapa tools yang harus dipakai dan masing mempunyai kegunaannya: 5
4 1
6
7 8
2 3
9 10
Gambar 4. Tool pallete 1. 2. 3. 4. 5.
Operate value: mengubah nilai parameter dari suatu objek Connect wire : menghubungkan beberapa objek dengan kabel Set/clear breakpoint : membuat atau menghilangkan sebuah breakpoint Probe data : membuat sebuah probe yang berfungsi untuk monitoring data Object Pop Up: menu yang berhubungkan dengan objek tersebut tersebut atau memunculkan daftar objek 6. Position /size/select: memindahkan, mengubahkan ukuran atau memilih suatu objek 7. Edit text : mengedit atau membuat tulisan. 8. Scroll window : memindahkan sudut pandangan pada layar
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
9. Get color : mengambil sampel warna 10. Set color : mengubah warna dan suatu objek. Control palette Dalam pemrograman berbasis grafis, hal yang perlu dilakukan untuk membuat suata program adalah menaruh beberapa fungsi dan kemudian menghubungkan dengan kabel pada bagian diagram. Fungsi-fungsi tersebut terletak pada control palette. Banyak fungsi yang terletak dalam control palette bervariasi tergantung pada seberapa lengkap LABVIEW yang diinstall. Pada praktikum ini menggunakan control & simulation, PID palette yang digunakan untuk membuat kontrol PID pada front panel LABVIEW.
Gambar 5. Control panel PID labview Dalam praktikum ini hanya menggunakan PID advanced, sebagai kontroler Fungsi PID lanjut (PID Advanced) menerapkan sebuah fungsi kontroller PID dalam bentuk penjumlahan, contohnya adalah P, I dan D dijumlahkan, dengan parameter pengendalian Kc, Ti dan Td. (Lebih tepatnya, bentuk penjumlahan akan membentuk sebuah fungsi pengendali PID ideal. Bentuk penjumlahan lain adalah betuk parallel dengan parameter pengendali Kc, Ki = Kc/Ti dan Kd = Kc*Td). Fungsi pengendali PID ini menerapkan anti-wind up dan dapat dipasang pada modus manual. Pilihan yang tersedia adalah gain yang non-linier, dan bobot setpoint yang dikurangi dalam jumlah yang proporsional. Fungsi pengendali ini tidak memiliki fliter low pass pada penggunaan derivatif. (Pada penerapan, fungsi pengendali lanjut selalu digunakan, dikarenakan oleh kurangnya pilihan mode manual).
Gambar 6. PID Advanced (DBL) Keterangan tentang fungsi pada parameter pada PID advenced 1.
Manual Control menentukan besarnya keluaran kontrol disaat “auto?” adalah FALSE.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
2.
auto?menentukan apakah kontrol manual atau otomatis yang dipakai. Saat “auto?” adalah FALSE, maka VI ini menggunakan kontrol manual. VI ini menggunakan perpindahan dari kontrol mode manual menuju mode otomatis. Pada kondisi default harganya adalah “true”.
3.
Output range menentukan rentang yang memaksa keluaran dari kontrol. Rentang normalnya adalah -100 sampai 100. a.
Output High menentukan harga maksimum dari keluaran kontroller, normalnya adalah 100.
b.
Output Low menentukan harga minimum dari keluaran kontroller, normalnya adalah -100.
4.
Setpoint menentukan harga dari Setpoint atau harga yang diinginkan dari variabel proses yang sedang dikendalikan. 5. Process Variable menentukan harga yang diinginkan dari variabel proses yang dikendalikan. Harga ini setara dengan harga umpan balik dari lup kendali umpan balik. 6.
7.
Setpoint Range menentukan harga maksimum dan minimum dari rentang variabel proses dan setpoint. VI ini menggunkan rentang setpoint untuk menghitung aksi integral non-linier. Harga normal berkisar di 0-100. a.
Setpoint Low menentukan harga minimum dari rentang proses variabel dan setpoint.
b.
Setpoint High menentukan harga maksimum dari rentang variable proses atau setpoint.
PID Gains menentukan parameter gain proporsional, waktu integral dan waktu derivatif dari kontroller. a.
Proportional Gain (Kc) menentukan gain proporsional dari kontroller. Harga defaultnya 1. Pada persamaan yang menentukan kontroller PID, Kc merepresentasikan dari gain proporsional.
b.
Integral Time (Ti, min) menentukan waktu integral dalam menit. Harga default adalah 0.01
c.
Derivative Time (Td, min) menentukan waktu derivatif dalam menit. Harga default adalah 0.
8.
dt (s) menentukan interval dalam detik, dimana VI ini disebut. Jika dt (s) kurang dari atau setara dengan 0, VI ini menghitung waktu sejak ini terakhir disebut menggunakan timer internal dengan resolusi milisekon. Harga default adalah 1.
9.
Reinitialize?, menentukan apakah parameter internal harus dikenali ulang, seperti error integrasi dari kontroller. Harga default adalah FALSE.
10.
Beta menentukan penekanan relatif dari penolakan gangguan (disturbance rejection) sampai ke penelusuran setpoint (setpoint tracking). Harga default adalah 1 untuk kebanyakan aplikasi. Harga diantara 0 sampai 1 bisa digunakan untuk menentukan penekanan pada penolakan gangguan, seperti perubahan beban dari proses.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
11.
Linearity menentukan linearitas dari respon error. Harga yang valid dari linearitas adalah dari 0-1. Harga dari satu memberikan respon linier yang normal, dimana harga sebesar 0.1 memberikan sebuah respon parabolik.
12.
Output mengembalikan keluaran kontrol dari algoritma PID yang diterapkan pada proses kontrol.
13.
dt out (s) mengembalikan rentang waktu aktual dalam detik. dt out (s) mengembalikan harga dari dt (s) atau rentang terhitung jika dt (s) dipasang pada harga -1.
MODE CONTROLLER Controller merupakan peralatan utama dalam pengendalian suatu variabel proses. Pada controller ini terjadi proses pengolahan sinyal input pengendalian dari transmitter. Controller akan membandingkan sinyal input dengan setting value yang kita kehendaki. Apabila sinyal input terlalu besar dari setting value yang diberikan maka controller akan berusaha memperkecilnya begitu pula sebaliknya. Besarnya koreksi dari kesalahan input tergantung dari mode controllernya. Mode controller tersebut terdiri dari mode proportional, mode integral, mode derivatif dan kombinasinya. Adapun macam dari aksi pengontrolannya, yaitu Pengontrol On/Off Aksi pengendalian dari controller ini hanya mempunyai dua kedudukan, maksimum atau minimum, tergantung dari variable terkontrolnya, apakah lebih besar atau lebih kecil dari set poin. Pengontrol PID Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh. Suhu fluida yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point dengan suhu air aktual. Persamaan Pengontrol PID adalah : t 1 det mvt K P et et dt Td T dt i 0
Keterangan : mv(t) adalah output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable Kp adalah konstanta Proporsional i adalah konstanta Integral Td adalah konstanta Detivatif e(t) adalah error (selisih antara set point dengan level aktual)
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut : t
mv t K p et K i et dt K d 0
det dt
Dengan :
Ki K p
1 dan K d K p Td Ti
Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang dihasilkan. Pengontrol Proporsional Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya). Ciri-ciri pengontrol proporsional : 1.
Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time). 2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time). 3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi. 4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi tidak menghilangkannya. Pengontrol Integral Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol. Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error. Bila nilai e(t) naik 2 kali, maka laju perubahan u(t) terhadap waktu menjadi 2 kali lebih cepat. Bila e(t) tetap, maka nilai u(t) akan tetap seperti semula. Ciri-ciri pengontrol integral :
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
1.
Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon. 2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya. 3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki. 4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol. Pengontrol Derivatif Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan factor konstanta Kd. Ciri-ciri pengontrol derivatif : 1.
Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan) 2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan. 3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem. 4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot. Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainnya.
Efek dari setiap pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif pada sistem lup tertutup disimpulkan pada table berikut ini :
Respon Lup Tertutup
Rise Time
Overshoot
Settling Time
Steady-State Error
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Proporsional
Menurunkan
Meningkatkan
Perubahan kecil
Menurunkan/ mengurangi
Integral
Menurunkan
Meningkatkan
Meningkatkan
Mengeliminasi
Derivatif
Perubahan Kecil
Menurunkan
Menurunkan
Perubahan kecil
Pengontrol PID Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan :
mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya menghilangkan offset menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol disbanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan. III. ALAT dan METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Peralatan yang digunakan pada praktikum pengendalian kecepatan Laju Aliran : 1. LABVIEW 2013 dan hardware National Instrument Field Point 2. Satu set PCT 13 + kabel penghubung LM35 3. Rangkaian Triac 4. Pompa sirkulasi air dingin 5. 3.2 Prosedur Percobaan. Pengendalian Laju Aliran Real-Time Dengan LABVIEW. 1. Klik labview 2013, kemudian klik blank VI untuk membuat front panel dan block diagram
(a)
(b)
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 7. (a) Tampilan awal LabVIEW (b) Tampilan front panel & block diagram 2.
Tampilan Front Panel secara lengkap seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 7. (c) Tampilan front panel temperature and level control simulation using Compact Fieldpoint
Gambar 7. (d) Tampilan awal LabVIEW untuk PID gains and Process Flow Chart 3.
Menyalakan power supply untuk pompa dan heater
4.
Mengatur set point temperature yang diinginkan
5.
Melakukan tuning pengendalian temperature
6.
Amati dan catat respon sistem. (waktu dan temperature)
7.
Pengambilan data dan tuning dilakukan sebanyak 5 kali
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Modul P3 Pemrograman Distributed Control System Centum CS 3000 R3 Yokogawa
Dasar Pemrograman Distributed Control System Yokogawa CS 3000 1. Tujuan : 1. Praktikan dapat mengerti fungsi dari hardware DCS Centum CS 3000 Yokogawa. 2. Praktikan dapat mengerti sistem konfigurasi DCS Centum CS 3000 3. Praktikan dapat mengerti dasar pemrograman Centum CS 3000 2. Dasar Teori Distributed Control System (DCS) Distributed Control System (DCS) merupakan suatu sistem yang berfungsi untuk mendistribusikan berbagai parameter yang digunakan untuk mengendalikan berbagai variabel proses dan unit operasi proses menjadi suatu pengendalian yang terpusat pada suatu control room yang berfungsi sebagai pengendalian, monitoring dan optimasi. Pada umumnya DCS terdiri dari beberapa bagian yang terintegrasi menjadi satu. Secara garis besar DCS terbagi mencadi 3 bagian yaitu FCS, HIS & EWS dan Network. Secara umum arsitektur DCS yokogawa centum cs 3000 sebagai berikut:
Gambar 40. Arsitektur DCS Yokogawa Pada gambar diatas FCS (Field Control Station) terhubung dengan transmitter,control valve serta alat instrumentasi yang lain yang berfungsi sebagai kontrol proces yang digunakan untuk mengendalikan variable proces yang akan dikendalikan, GSGW/SIOS
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
digunakan sebagai penghubung antara DCS Yokogawa dengan DCS lain diluar dari sistem DCS yokogawa untuk dapat saling berkonumikasi baik dalam kontrol data dan komunikasi data , OPC server juga digunakan untuk menghubungkan DCS dengan sistem lain diluar di DCS Yokogawa tetapi hanya dalam level software untuk dapat berkomunikasi satu sama laian misalnya: PLC Siemens ingin dihubungkan dengan DCS Yokogawa dan Software SCADA (supervisory control and data acquisition) . HIS (Human Interface System) merupakan tampilan visual dari parameter-parameter dari pabrik yang ingin dikendalikan dalam sebuah layar monitor sedangkan EWS (Engineering Work Station) sebuah personal komputer yang digunakan untuk memperbaiki atau menambahkan program pada DCS Yokogawa. Jenis network atau jaringan yang digunakan dalam DCS Centum 3000 ini menggunakan teknologi Vnet/IP dengan topologi star. Garis kuning pada gambar diatas merupakan representasi jalur data komunikasi dan coklat merepresentasikan jalur data kendali. FCS digunakan sebagai kendali proces dari suatu pabrik dan komunikasi antara FCS dengan instrument yang lain. FCS generasi baru adalah FFCS-L yang mana komunikasi data dan kendali data menggunakan teknologi TCP/IP, serta ukuran yang kecil dibandingkan dengan FCS generaasi sebelumnya, dengan keunggulan ini FCS yokogawa tipe FFCS-L sudah banyak menggantikan teknologi sebelumnya. Dibawah ini merupakan penjelasan bagian dari FCS tipe FFCS-L :
Gambar 41. FCS tipe FFCS-L Gambar 2 menjelaskan spesifikasi dari FCS tipe FFCS_L yang terdiri: ESB Bus ini digunaka untuk menghubungkan field control unit dengan module FIO dalam mode local node (FIO dekat dari FCS). ESB Bus ini juga digunakan untuk mengekspan masukan keluaran , dalam satu FCS max menghubungkan 14 FIO.untuk menghubungkan antar FCU atau FIO maka digunakan ESB Bus Conector sedang untuk mengakhir note baik local atau remote maka digunakan ESB Bus conector dengan terminator. Kedua ER Bus ini digunakan untuk menghubungkan FFCS dengan FIO(Field input output) dalam mode remote note (FIO jauh dari FCS). ER Bus juga memiliki ER Bus conector dan ER Bus Conector dengan terminal, untuk mengghubungkan antar ER Bus yang terpasang di FCU atau FIO digunakan konektor 10 base 2 tipe T. Bagian Ketiga adalah power supply pada FCS tipe ini menggunakan dua buah power supply, power supply sebelah kiri dapat digunakan untuk memberikan tegangan ke processor sebelah kiri CN1 atau ke unit interface luar, begitu pula sebaliknya. Kemudian bagian yang keempat adalah processor module DCS yokogawa tipe FFCS-L ini menggunakan dua buah
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
processor tipe CP 401 yang bekerja secara redudant. processor utama merupakan tempat program DCS berada sedangkan processor ke dua digunakan untuk mengkopi program dari procesor satu sebagai cadangan. Yang terakhir adalah module untuk masukan dan keluaran dari field instrument . Pada FCS tipe FFCS-L banyak sekali module masukan keluaran dan module antar komunikasi yang digunakan sesuai dengan kebutuhannya. Module masukan keluaran terbagi menjadi 3 bagian: Digital masukan keluaran ,Analog masukan keluaran dan Komunikasi masukan keluaran. Sedangkan komponen lain yang wajib digunakan diluar komponen dari FCS(Field Control Statiom) Vnet/IP Interface Card mode VI701 dipasang pada sebuah(PC) Personal Computer digunakan untuk menghubungkan antara PC yang didalam terdapat program centum dengan perangkat FCS sebagi HIS (Human Interface Station) centum VP, kemudian komponen lain yang sering digunakan Vnet Router digunakan untuk menghubungkan FFCSL ini dengan FCS yokogawa lain yang masih menggunakan teknologi 10 base 2 dan 10 base 5 atau masih berdomain pada teknologi Vnet (komunikasi dengan menggunakan kabel koaxsial), Pemasanngan Vnet router ini juga dapat digunakan untuk menghubungkan FCS yang berbeda domain dan berbeda tipe teknologi komunikasi (Vnet/Ip dan Vnet). Pada DCS Yokogawa CS 3000 ini pemrograman algoritma kontrol menggunakan function blok, dimana setiap blok memiliki fungsi nya masing-masing, seperti
Gambar 42. Function blok
1. Link blok PIO Digunakan sebagai masukan dan keluaran module dari centum CS 3000 2. PID Digunakan sebagai blok untuk algoritma kontrol PID 3. ST16 Digunakan untuk pemrograman sequential 4. CALCU dan CALCU-L 5. LC64 Digunakan untuk pemrograman logika. Dan masih banyak lagi yang function blok-blok lain yang terdapat dalam program centum 3000 yang digunakan untuk membuat algoritma kontrol serta monitoring suatu plant. Pada DCS Yokogawa memiliki beberapa algoritma pengendalian PID , yaitu: 1. Tipe kontrol dasar PID (PID) • Melakukan aksi kontrol proporsional, integral dan derivatif mengikuti perubahan nilai setpoint. • Bertujuan untuk menghasilkan respon yang cepat terhadap perubahan nilai setpoint. 2. Tipe kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD) • Hanya melakukan aksi integral saat nilai setpoint berubah.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
•
Menjamin kestabilan sistem meskipun nilai setpoint berubah secara mendadak. 3. Tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D) • Hanya melakukan aksi proporsional dan integral saat nilai setpoint berubah. • Digunakan jika memerlukan respon yang lebih baik terhadap perubahan nilai, seperti blok kontrol hilir (downstream) pada loop kontrol kaskade 4. Tipe penentuan otomatis • Pada mode kascade (CAS) atau remote kaskade (RCAS), menggunakan tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D) agar dapat lebih baik dalam mengikuti perubahan nilai setpoint. • Pada mode automatis (AUT), menggunakan tipe kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD) untuk menjaga kestabilan sistem. 5. Tipe penentuan otomatis 2 • Pada mode kascade (CAS) menggunakan tipe kontrol PID derivatif PV (PI-D). • Pada mode automatis (AUT) atau remote kaskae (RCAS), menggunakan tipe kontrol PID proporsional PV dan derivatif (I-PD) untuk menjaga kestabilan sistem Tabel konfigurasi PID Yokogawa
3. Alat dan Metodologi Percobaan. Peralatan yang akan digunakan dalam Praktikum Dasar Pemrograman DCS Centum CS 3000 Yokogawa ini adalah: 1. Personal Komputer 2. Software Centum CS 3000 3.1 Prosedur Percobaan 1. Aktifkan System View dengan cara klik [start] [All Program] [YOKOGAWA CENTUM] [System View] atau pilih [Active System View] pada menu [Window Call].
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 43. System View 2. Pilih [file] [create new] [project]. Muncul window [outline]. Masukkan data pada kolom User, Organization, dan Project information. Klik OK. 3. Muncul window [Create New Project]. Masukkan data sebagai berikut:
Gambar 44. Project baru Klik OK 4. Muncul window [Create New FCS] Setting seperti berikut: Station type: AFS40D Duplexed Field Control Unit (for FIO, with Cabinet) Database Type : General - Purpose Domain Number : 1 Station Number : 1 Component / Number : Leave it blank Station Comment : Leave it blank Alias of Station : Leave it blank Station Status Display : Leave it blank
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Upper Equipment Name : Leave it blank Kemudian Klik OK 5. Muncul window [Create New HIS] Station Type : PC with Operation and monitoring functions Station Address / Domain Number : 1 Station Address / Station Number : 64 Other items : Leave it blank
Gambar 45. Station type 6. Klik tombol OK. Konfirmasi bahwa ENGPJT t ada pada [System View]. Buka ENGPJT untuk memastikan bahwa folder FCS0101 and HIS0164 telah dibuat. 3.2 PROCESS I/O DEFINITION-KFCS Station Type : AFS40D Duplexed Field Control Unit (untuk FIO, dengan kabinet) Tujuan : untuk menentukan analog I/O unit pada slot1, unit1. 3.2.1 Analog I/O Definition 1. Aktifkan System View dan pilih [ENGPJT] [FCS0101] [IOM] folder. Klik kanan pada folder [IOM] [Create New] [Node]. Muncul window [Create New FIO Node]. Definisikan sebagai berikut.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 46. New FIO node Klik tombol OK 1. Klik kanan pada folder [NODE1] [Create new] [IOM]. Muncul window [Create New IOM]. Definisikan sebagai berikut: IOM Type / Category : Analog Input/Output IOM Type / Type : AAB841-S (8-Channel Voltage Input 8-Channel Current Output) Installation Position / Slot : 1
Gambar 47. Pembuatan IOM Klik tombol OK dan pastikan bahwa file AABB41-S telah dibuat pada folder [NODE1] 2. Aktifkan [IOM Builder] dengan cara double klik pada file 1AAB841-S. kemudian muncul window [IOM Builder] seperti di bawah:
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 48. Tag I/O Exit dari IOM Builder atau pada toolbar, pilih [file] save kemudian exit from [IOM Builder]. 3.2.2 Digital I/O Definition Tujuan : untuk menentukan status input 32-point pada slot 2 dan menentukan status Output 32-point pada slot 3 Cara Kerja: 1. Klik kanan pada folder [NODE1] [Create New] [IOM]. Tentukan (ADV151-P) 32 channel Status input slot 2 seperti berikut:
Gambar 49. IOM statur input Klik tombol OK
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
2. File 2ADV151-P telah dibuat pada folder [NODE1]. Aktifkan [IOM Builder] dengan double klik pada file 2ADV151-P. Amati window yang muncul kemudian [Exit IOM Builder]. 3. Klik kanan pada folder [NODE1] [Create New] [IOM]. Tentukan status output ADV551-P pada32-point slot3 dengan cara yang sama untuk membuat file 2ADV151-P.
Gambar 50. IOM status output 4. Tiga file akan terbuat pada folder [NODE1]. Untuk mengecek double click pada folder [NODE1]. Station type: AFS40D Duplexed Filed Contol Unit (for FIO, with cabinet) I/O Module Definiton for AFS40D Model AAB841-S (8-Channel Voltage input 8-channel Current Output)
3.3
CASCADE LOOP CREATION
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Tujuan : untuk membuat control loop cascade untuk sistem kontrol suhu pada furnace dengan menggunakan kontrol blok PID.
Gambar 51. Shematic Function Blok cascade 3.3.1 Pembuatan Function Block Cara Kerja: 1. Aktifkan Sistem View kemudian pilih folder [ENGPJT] [FCS0101] [FUNCTION BLOCK].folder [FUNCTION BLOCK] mempunyai 200 kontrol drawing dari DR0001 sampai DR0200. Buat sebuah loop cascade pada [DR0021]. Klik kanan pada [DR0021] kemudian pilih [Properties]. Ketikkan [Cascade Loop] pada drawing Comment. Klik pada tombol [OK]. 2. Double klik pada [DR0021] untuk mengaktifkan [Control Drawing Builder]. Maka [Control Drawing Builder] akan nampak pada window.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 52. Function Block 3.3.2 Drawing dan Editing pada kontrol drawing window Cara Kerja : 1. Pengaturan ukuran panel (Panel Size Setting). Pilih [Properties] pada menu [File] pada [Control Drawing Builder]. Pilih tab. [Attribute] cek apakah ukurannya [1024 x 686] kemudian klik pada tombol [OK].
Gambar 53. Penentuan size Function Block 2. Pengaturan Grid Untuk penggambaran yang mudah, tampilkan grid pada drawing panel. Pilih [Draw] dari toolbar kemudian akan nampak dialog [Grid Option]
Gambar 54. Grid Option Klik OK. Muncul tampilan seperti berikut:
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 55 Function Blok 3. Pembuatan fungsi blok Membuat simbol blok pada blok fungsi di drawing panel. Kontroler Temperatur primer [PID] :TIC100 Kontroler Laju Aliran sekunder [PID] :FIC100 Buat kontroler diatas dengan tata cara sebagai berikut: a) Dari toolbar pilih [Insert] [function Block] atau menge-klik b) [Select Function Block] akan kelihatan kemudian pilih [Regulatory Control Block] [Controller [PID]. Klik pada tombol [OK].
Gambar 56. Select funtion blok
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
c) Klik di titik manapun pada sheet drawing panel menggunakan tombol kiri pada mouse, kemudian simbol blok dari [PID] akan terlihat. Masukkan tag name TIC100 kemudian tekan tombol <Enter>
Gambar 57. PID funtion block d) Buat FIC 100 sama seperti sebelumnya seperti ditunjukkan pada gambar dibawah:
Gambar 58. TIC100 dan FIC 100 e) Klik pada tombol Mode . Double klik di simbol blok pada blok fungsi TIC100. [Function Block] akan terlihat jelas pada sheet. Masukkan nilai berikut pada tab[Function Block]: Tag Comment :P’ry Temp. Controller Scale / High limit value :100.0
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Engineering unit Symbol Klik pada tombol [OK]
:DEGC
Gambar 59. Penentuan range kontroler f) Sama seperti cara diatas, atur item untuk blok fungsi fic100 Seperti berikut: Tag Comment :S’ry Flow Controller Scale / High Limit Value :50.0 Engineering unit Simbol :L/M 4. Pembuatan I/O Block Link: a) Dari toolbar pilih [Insert] tombol [Function Block] atau untuk mememunculkan [Select Function Block] dialog, pilih [Link Block] kemudian [PIO].Klik tombol[OK].
Gambar 60. PIO function blok
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
b) Klik kiri pada drawing panel seperti ditunjukkan pada gambar dibawah. Masukkan modul elemen nama masukkan [%Z011101] kemudian tekan <enter> Dengan cara yang sama buat I/O blok link seperti ditunjukkan pada drawing berikut: Element name for input connection untuk FIC100 :%Z011102 Element name for output connection untuk FIC100 :%Z011109
Gambar 61. PIO dan PID function blok 5. Pembuatan wiring (Pengkabelan) a) Dari toolbar pilih [Insert] tombol [wiring] atau b) Berikan Kabel dari [%Z011101] sampai [IN] terminal TIC100. Dengan cara klik kiri posisi 1 dan double klik pada posisi 2. c) Kemudian beri kabel terminal [OUT] pada TIC100 sampai terminal [SET] pada FIC100. Dengan cara klik kiri pada posisi 3 dan double klik pada posisi 4.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 62. Wiring function blok d) Ubah nama terminal FIC100 dari [IN] sampai [SET]. Klik kiri pada karakter [IN] kemudian kli kanan pada mouse. Pilih item seperti ditunjukkan pada gambar dibawah. Ubah nama terminal sampai [SET].
Gambar 63. Ubah parameter function blok e) Dengan cara yang sama, pengkabelan dapat dilakukan seperti berikut: Dari [%Z011102] sampai terminal [IN] pada FIC100. Dari terminal [OUT] pada FIC100 sampai [%Z011109]
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 64. Cascade function blok Pilih simbol blok [FIC100] kemudian pilih pada toolbar [Window] [Edit Function Blok Detail] atau dengan mengeklik f) [Function Block Detail Builder] akan nampak. Pilih 1: ya untuk pengkuran tracking / MAN Mode
Gambar 65. Pengaturan PID function blok g) Untuk mengkhususkan pengaturan yan terperinci, pilih dari toolbar : [View] [Detailde Setting Items] atau dengan mengeklik
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
h) Setelah meng-update (File [update] ), keluar dari Function Block Detail Builder dengan memilih [File] [Exit Function Block Detail Builder] dari toolbar. i) Simpan materi tersebut, dari toolbar pilih [File] [Save] 3.3.3 Control Window Creation Cara kerja : 1. Dari sistem view pilih folder [ENGPJT] [HIS0164] [WINDOW]. Folder [WINDOW] mempunyai file default window. Buat cascade loop pada [CG0001]. 2. Double klik pada [CG0001] untuk membuka [Graphic Builder]. Panel Graphic Builder akan terlihat seperti dibawah ini:
Gambar 66. Funtion blok 3. Delapan instrument akan terbuat secara default, gunakan 2 instrument sebelah kiri. Klik kiri pada diagram instrumen yang paling kiri untuk memilih, kemudian klik kanan untuk memilih [Properties] dari menu.
Gambar 67. faceolate
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
4.
[Instrument Diagram] akan nampak pada window. Masukkan [TIC100] pada kolom tag name. klik [Apply].
Gambar 68. Tagname pada instrument program 5. Tentukan diagram instrument FIC100 disamping TIC100. Klik kiri pada diagram instrument kedua kemudian masukkan tag name [FIC100] kemudian klik [Apply] dan tombol [OK]. 6. Ketika pengaturan telah selesai simpan data tersebut, dari toolbar pilih [File] [Save]. 3.3.4 Trend Window Creation (Pembuatan trend window) Cara Kerja : 1. Dari sistem view pilih folder [ENGPJT] [HIS0164] [CONFIGURATION]. Folder [CONFIGURATION] akan dibuat seperti ditunjukkan pada gambar berikut: 2. Pada folder [CONFIGURATION] klik kiri pada trend block 1 [TR0001] untuk melakukan pemilihan kemudian klik kanan dan pilih [Properties]. 3. [Properties] pada window akan nampak. Spsifikkan [Trend Format], [Sampling Period], dan [Trend Block Comment] pada blok [TR0001] seperti berikut: Trend Format :Continuous and Rotary Type Sampling Period :1 Second Trend Block Comment :1 sec trend-CAS Control
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 69. Pembuatan trend window Klik tombol [OK] 4. Aktifkan [Trend Acquisition Pen Assignment Builder] dengan melakukan double klik pada [TR0001] trend block dari folder [CONFIGURATION]. Panel Builder akan terlihat seperti gambar dibawah ini:
Gambar 70. Trend Acquation Spesifikkan trend acquisition pens dari [Group01] seperti berikut:
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Acquisition Data 1. TIC100.SV 2. TIC100.PV 3. TIC100.MV 4. FIC100.MV
5.
3.4 3.4.1
Gambar 71 trend group Ketika pengaturan telah selesai, simpan data tersebut, dari toolbar pilih [File] [Save] Jika terjadi error, keluarlah dari [Trend Acquisition Pen Assignment Builder].
Confirmation of Operation With Test Function Start-up of Test Function Cara Kerja : 1. Dari sistem View pilih folder [ENGPJT] [FCS0101]. Pilih [Test Function] dari FCS yang terletak pada pada toolbar. 2. [Dialog] akan nampak pada window. Klik tombol [OK] Proses Test Function Dimulai. Proses operasi meliputi : men-switch monitoring dan operasi fungsi dengan cara virtual Test start up simulator FCS dan pembuatan data pengkabelan secara otomatis dan downloading. Tunggu sampai Download wiring selesai (window sekarang dikelilingi dengan warna merah.)
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 72. Pembuatan test function Wiring Data Change (Merubah Data pengkabelan) Merubah data pengkabelan yang telah dibuat oleh wiring data creation function otomatis dengan data yang tepat untuk karakteristik dari suatu proses tertentu. Perubahan meliputi: Pengkabelan data TIC100 : Lag (order lag time constant kesatu)=10 s Pengkabelan data FIC100 : Lag (order lag time constant kesatu)=2 s Cara Kerja : 1. Dari [Test Function] pada window pilih [Tools] [Wiring Editor] dari toolbar. 2. [Wiring Editor] pada widow akan nampak seperti berikut:
3.4.2
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 73. Wiring Data Change 3. Buka file Wiring data untuk cascade loop dengan memilih [File] [Open] dari toolbar. Pada window akan nampak seperti berikut. Pilih [DR0021.wrs] kemudian klik [Open].
Gambar 74. Memasukan wiring
4. Masukkan data pada kolom [Lag] untuk masing-masing instrument seperti berikut:
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Gambar 75. Pengaturan Lag 5. Setelah mengatur seperti diatas, load file wiring editor dengan FCS untuk me-refresh data. Pilih [File] [Download] dari toolbar. Akan terlihat dialog window. Centang file yang akan didownload kemudian klik [OK].
Gambar 76. Download wiring
3.4.3 Wiring Operation Function (Fungsi operasi pengkabelan)
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Untuk mengesahkan bahwa fungsi wiring bekerja dengan terlibih dahulu direfresh data wiringnya. Cara Kerja: 1. Pilih [Wiring Operation] dari [Tools] pada toolbar window [Test Function]
Gambar 77. Wiring Operation Function 2. [Wiring Operation-DR0021] akan terlihat pada window, konfirmasi bahwa data pada kolom [Lag]. Selain itu konfirmasi bahwa data pada masing-masing kolom [Status] berada pada kondisi ON. Jika ON terdisplay, ini menunjukkan bahwa operasi wiring sedang berfungsi.
Gambar 78. Wiring operation 3.4.4 Confirmation of Operation by Operation and Monitoring Function Mengoperasikan cascade loop yang telah dibuat dengan memanggil kontrol window.
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Cara Kerja : 1. Panggil kontrol window [CG0001] dari tombol masukan NAME CG0001 atau dari navigator window.
Gambar 79. Pemanggilan windows 2. Masukkan 50% pada MV FIC100.
gambar 80. Pemasukan setpoint (Wiring Function)
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Dengan menggunakan Fungsi Pengkabelan, ketika nilai MV FIC100 dimanipulasi, nilai PV FIC100 dan TIC100 akan mengikuti nilai MV. (mereka adalah keluaran dari orde pertama fungsi lag) (Measurement Tracking) Pada mode MAN, nilai SV FIC100 mengikuti nilai PVnya dengan cara pengukuran fungsi tracking (Measurement Tracking Function) (Output Tracking) Karena cascade loop terbuka (kontroller sekunder FIC100 pada MAN atau AUT) mode block TIC100 adalah MAN dan IMAN (Initilized manual). Pun demikian pada keadaan terbuka (Open State) MV pada TIC100 sama dengan SV pada FIC100 (Output Tracking Function). 3. Pindahkan mode block kontroller primer TIC00 ke AUT kemudian masukkan 80 pada SV. Pindahkan mode block FIC100 ke CAS. TIC100 berpindah ke AUT tanpa mengambil tempat / menggeser nilai MV. Konfirmasi dengan memunculkan trend window [TG0101].