7
BAB II LANDASAN TEORI
Anjungan lepas pantai atau Offshore platform umumnya didefinisikan sebagai struktur atau bangunan yang di bangun di lepas pantai untuk mendukung proses eksplorasi atau eksploitasi minyak dan gas bumi baik untuk kegiatan pengeboran maupun produksi. Kata lepas pantai sendiri memiliki arti sebagai suatu daerah bagian dari lautan yang permukaan dasarnya dibawah pasang surut terendah atau bagian lautan yang berada diluar daerah gelombang pecah (breaker zone) arah ke laut. Platform atau anjungan lepas pantai ini dipenuhi oleh sistem instrumentasi, sensor, transmitter, dan peralatan elektronik dengan spesifikasi tertentu guna menunjang proses ekplorasi, eksploitasi, pengolahan, serta pendistribusian minyak dan gas bumi. Secara elektrikal, anjungan lepas pantai atau platform dapat dibedakan menjadi 2, yaitu: konvensional dan otomatisasi / cerdas. Salah satu perusahaan minyak dan gas bumi yang memiliki kedua jenis anjungan lepas pantai tersebut adalah Total E&P Indonesie yang beroperasi diwilayah lepas pantai kabupaten Kutai Kertanegara, Kalimantan Timur, Indonesia.
8
2.1 Total E&P Indonesie 2.1.1
Lokasi Perusahaan Total E&P Indonesie (TEPI) saat ini memiliki kantor pusat di World Trade
Center II, Jl. Jendral Sudirman Kav. 29 – 31, Jakarta Selatan 12920. Sementara itu, peneliti melakukan penelitian di kantor Total E&P Indonesie distrik Kalimantan Timur bertempat di Jalan Laksda Yos Sudarso, Balikpapan 76123. Peneliti juga melakukan penelitian di 2 lapangan minyak dan gas milik Total E&P Indonesie, yaitu di lapangan migas Bekapai dan Sisi-Nubi yang terletak di lepas pantai sebelah timur kabupaten Kutai Kertanegera, Kalimantan Timur.
2.1.2
Gambaran Umum Perusahaan Total Group adalah sebuah perusahaan multinasional yang telah bekerja
lebih dari 130 negara dan mempunyai pekerja sekitar 130.000 orang di seluruh dunia. Total merupakan salah satu perusahaan energi dan manufaktur bahan kimia terbesar di dunia. Total pula merupakan partner dari 5 LNG plant dan merupakan penghasil dari 40% LNG di dunia. Bisnis upstream Total meliputi eksplorasi, pengembangan dan produksi minyak dan gas bumi, batubara dan pembangkit listrik. Total mengeksplorasi minyak dan gas di 42 negara dan memproduksi pada 30 dari negara tersebut. Basis utama produksi dari Total adalah laut utara, afrika dan timur tengah, diikuti dengan asia tenggara dan amerika utara maupun selatan.
9
Gambar 2.1. Gedung Total di Perancis dan Lambang Total
2.1.3
Sejarah dan Pengembangan Platform di Total E&P Indonesie Total E&P Indonesie adalah salah satu kontraktor bagi hasil migas
(minyak dan gas bumi) terbesar di Indonesia. Total E&P Indonesie didirikan di Jakarta pada tanggal 14 Agustus 1968 dan saat ini memiliki kantor pusat di World Trade Center II, Jl. Jendral Sudirman Kav. 29 – 31, Jakarta Selatan 12920. Sementara itu, kantor Total E&P Indonesie distrik Kalimantan Timur bertempat di Jalan Laksda Yos Sudarso, Balikpapan 76123.
Gambar 2.2. Gedung Total E&P Indonesie di Balikpapan dan Jakarta
10
Sekitar empat dekade yang lalu, tepatnya pada tanggal 6 Juli 1968 Total menandatangani perjanjian production sharing contract yang pertama dengan pemerintah indonesia. Pada tahun 1970, Total E&P Indonesie berperan sebagai operator pada blok offshore Mahakam di Kalimantan Timur yang dimiliki oleh perusahaan jepang INPEX. Sejak
ditandatangani
perjanjian
ini,
Total
mengeksplorasi,
mengembangkan dan memproduksi minyak dan gas bumi, serta dengan ditemukannya lapangan Bekapai pada tahun 1972 dan Handil pada tahun 1974, disertai dengan ditemukannya lapangan lapangan gas seperti Tunu pada tahun 1977, Tambora pada tahun 1980, Peciko pada tahun 1983, dan Sisi Nubi pada tahun 1986, Total E&P Indonesie kini telah menjadi produsen gas terbesar di Indonesia sejak tahun 2000. Total saat ini memiliki fasilitas produksi berupa 2156 sumur dengan 66 buah sumur injeksi, tempat pemrosesan gas, pipeline,
gas turbine, offshore
platform, GTS (gathering & testing satellite), swamp platform dan loading facilities untuk kapal kapal tanker minyak. Dikarenakan produksi yang semakin menurun, maka dibutuhkan teknologi baru yang efisien termasuk jenis platform untuk diterapkan pada lapangan – lapangan di Total E&P Indonesie sehingga dapat meningkatkan produksi dari reservoir - reservoir yang berada di lapangan - lapangan Total E&P Indonesie disamping mencari sumber - sumber energi baru yang menjanjikan.
11
Gambar 2.3. Daerah Kontrak Blok Mahakam
Lapangan - lapangan Total E&P Indonesie yang berada di wilayah Kalimantan Timur dapat dibedakan menjadi 2, yaitu: 1. Area Delta Sungai Mahakam (Swarm): -
Handil
-
Tambora
-
Tunu
2. Area Lepas Pantai Kalimantan Timur (Offshore): -
Bekapai
-
Peciko
-
Sisi-Nubi
-
South Mahakam
12
Selama puluhan tahun, beberapa platform mengalami perubahan dan pengembangan desain di sisi elektrikalnya untuk dapat memenuhi kebutuhan spesifikasi platform lepas pantai yang dapat dihandalkan. Platform lepas pantai di lapangan Bekapai yang merupakan salah satu platform tertua masih di dominasi oleh konvensional platform yang belum mengalami banyak pengembangan. Berbeda dengan platform lepas pantai di lapangan Sisi-Nubi yang tergolong lapangan baru, saat ini disana sudah dirintis platform lepas pantai yang sudah menggunakan sistem elektrikal yang berbasis otomatisasi /smart di awal tahun 2000 hingga saat ini. Oleh sebab itu, untuk mewakili perbedaan dari tiap – tiap jenis platform beserta karakteristiknya dari segi elektrikal, penulis melakukan penelitian di 2 lapangan migas milik Total E&P Indonesie sebagai berikut: -
Bekapai (Konvesional Platform)
-
Sisi-Nubi (Smart / Otomatisasi Platform)
Kedua jenis platform diatas hingga saat ini masih beroperasi dan memproduksi minyak dan gas bumi sehingga dapat dijadikan bahan oleh penulis dalam melakukan analisa efektivitas dan kehandalan otomatisasi platform secara elektrikal dalam industri perminyakan.
2.2 Konvensional Platform 2.2.1
Gambaran Umum Konvensional Platform Konvensional platform merupakan anjungan lepas pantai dengan teknologi
paling awal yang digunakan untuk menunjang operasi perminyakan. Dengan desain yang belum terlalu komplek dan relatif kecil, konvensional platform ini
13
umumnya digunakan pada lapangan minyak dan gas yang memiliki jarak dengan daratan / onshore tidak terlalu jauh. Selain itu, umumnya kemampuan sistem kontrol di konvensional platform yang masih terbatas juga menyebabkan daya produksi dari konvensional platform belum optimal dan terpercaya. Berikut dibawah ini desain konvensional platform pada umumnya:
Gambar 2.4. Tipikal Desain Konvensional Platform di Bekapai
14
Platform di lapangan Bekapai di wilayah operasional Total E&P Indonesie merupakan salah satu contoh yang mewakili konvensional platform dimana sumur multi platform disana masih harus diperintah dan dimonitor dari jarak dekat dengan adanya Living Quarter sebagai tempat / akomodasi operator selama dioperasikan. Sekarang rata-rata produksi di lapangan Bekapai sekitar 4500 BOPD dan produksi air sekitar 15000 BWPD. Diperkirakan bahwa sekitar 90% minyak yang dapat dipulihkan pada Bekapai yang telah disuling. Minyak hasil produksi dari lapangan Bekapai ini merupakan salah satu minyak dengan kualitas terbaik di dunia.
Gambar 2.5. Living Quarter di lapangan Bekapai
15
2.2.2 Karakteristik Konvensional Platform di Lapangan Bekapai Konsep konvensional dan smart / otomatisasi platform dapat dilihat dari 2 lapangan milik Total E&P Indonesie yang hingga kini masih beroperasi, yaitu: Lapangan Bekapai (Konvensional platform) dan Lapangan Sisi-Nubi (Otomatisasi platform). Kedua lapangan ini masih menjadi tumpuan untuk menghasilkan minyak dan gas dalam blok Mahakam. Untuk memahami lebih dalam mengenai konvensional platform yang hingga saat ini masih beroperasi, berikut dibawah ini topografi dan letak antar platform di lapangan Bekapai:
Topografi Bekapai:
Gambar 2.6. Topografi Platform di Lapangan Bekapai
16
Tablel 2.1 Perbandingan Jarak Antar Platform di Lapangan Bekapai Platform
Jarak (km)
BE - LQ
3,8
BF - LQ
2,4
BG - LQ
2
BH - LQ
3,5
BJ - LQ
2,25
BL - LQ
1,5
BL - BF
1
BB - LQ
1,5
BJ - BB
0,8
Setelah dilakukan pengumpulan dan pengolahan data yang diambil dari beberapa metode studi pada Lapangan Minyak Bekapai, berikut dibawah ini beberapa analisa karakteristik Konvensional Platform di lapangan Bekapai dilihat dari berbagai hal: 1. Spesifikasi •
Sensor dan alat instrumentasi berbasis pneumatic dan hidrolik.
•
Kebutuhan daya kurang dari 200 Watt dengan tegangan power supply 24 VDC.
•
Menggunakan software Wonderware sebagai tampilan pada PC ruang kendali.
•
Jarak ruang kendali dan well platform cukup dekat 1.5 – 3 km.
•
Menggunakan Living Quarter di sekitar well platform sebagai tempat akomodasi operator.
17
2. Metode Kontrol •
Menggunakan konsep SCADA dalam proses kontrol.
•
Mengandalkan sistem polling dari MTU ke RTU, terdapat Master dan Slave, yang mana Slave hanya akan menjawab kalo di polling (ditanya) oleh Master.
•
Proses monitoring satu arah, dari well platform ke ruang kontrol.
3. Komunikasi •
Menggunakan infrastruktur Motorolla MCS 2000 - Radio UHF (100 – 200 MHz) sebagai alat transmisi data dan komunikasi.
•
Pengiriman data menggunakan koneksi Serial dengan standard protokol Modbus, kecepatan hanya dapat mencapai Kbps.
•
Data komunikasi adalah data Komunikasi Serial.
4. Keamanan Data / Platform / Personel •
Pengiriman data relatif kurang aman / kurang baik karena masih menggunakan koneksi serial.
•
Tidak memiliki sebuah server sebagai database otomatis untuk melakukan perekaman data process (historization) dengan waktu cukup lama.
•
Tidak memiliki fasilitas Manajemen dan Monitoring Alarm.
•
Belum memiliki fasilitas CCTV dan sensor gerak untuk memonitor keadaan di platform secara langsung dan mencegah pengunjung yang tidak diinginkan.
18
5. Operasional •
Keahlian dan kemampuan operator pada ruang kendali sangat berpengaruh.
•
Kondisi cuaca sangat berpengaruh dalam pengiriman data.
6. Pengembangan di Masa Depan •
Mempunyai limitasi I/O untuk pengembangan rencana di masa yang akan datang.
2.2.3 Cara Kerja Konvensional Platform di Lapangan Bekapai Berikut dibawah ini blok diagram Konvensional Platform di lapangan Bekapai yang masih menggunakan kontrol 1 arah:
UHF Radio “ Polling “
Sensor dan Instrumentasi
Valve dan Actuator
Platform “ RTU “
Radio Room “ MTU “
Control Room HMI / Display
Operator / Manual
Gambar 2.7. Blok Diagram Konvensional Platform di Lapangan Bekapai
Alarm Printer
19
Pada konvensional platform di lapangan Bekapai masih menggunakan konsep SCADA (Supervisory Control And Data Acqusition) dimana parameter parameter sumur dan proses dari masing – masing platform dikoneksikan pada RTU (Remote Terminal Unit). Parameter dari sumur dan proses yang berupa pressure, level, flow, dan kondisi valve – valve dari setiap platform akan diterima dan dikumpulkan dalam RTU, dimana masing – masing platform di lapangan Bekapai memiliki RTU tersendiri. Fungsi RTU tersebut hanya menerima dan mengumpulkan data dari parameter – parameter sumur saja tanpa dapat melakukan suatu proses kontrol terhadap parameter tersebut. Data parameter – parameter sumur dan proses tersebut kemudian akan di transmit atau dikirim menuju ke Bekapai Control Room sebagai pusat komando melalui radio UHF (Ultra-High Frequency) pada Bekapai Radio Room. Setelah diterima melalui saluran radio UHF tersebut, data parameter – parameter sumur dan proses tersebut akan diolah di MTU (Master Terminal Unit) dan dapat ditampilkan melalui sebuah layar disebuah komputer atau PC. Tampilan parameter – parameter tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah software khusus yang bernama Wonderware. Selanjutnya data – data parameter tersebut pada akhirnya selain diolah oleh MTU, juga akan direview secara manual melalui display komputer oleh operator di Control Room. Semua data mulai dari RTU yang ada pada setiap platform di Bekapai hingga ditransmit sampai dapat ditampilkan di PC / komputer dan dapat digunakan oleh operator, prosesnya menggunakan protokol MODBUS.
20
Sementara software Wonderware yang digunakan merupakan sofware keluaran Invensys, software tersebut memang sudah sering digunakan oleh berbagai industri sebagai HMI (Human Machine Interface). Untuk melihat lebih jelas arsitekur komunikasi dan pengolahan data pada konvensional platform di lapangan Bekapai dapat dilihat pada gambar berikut:
21
Gambar 2.8. Arsitektur Pengolahan Data dan Komunikasi pada Konvensional Platform Bekapai
22
Dikarenakan oleh masih rendahnya tingkat reliabilitas konsep pengolahan data dan komunikasi parameter – parameter sumur pada Konvensional platform, umumnya jarak antara control room dan tiap – tiap platform yang dikontrol relatif dekat dan harus mudah dicapai apabila ada kesalahan. Pada lapangan Bekapai, jarak antara Bekapai Platform dan Bekapai Control Room relatif dekat, rata-rata hanya sejauh 1.5 - 3 km. Selain itu, karena masih membutuhkan banyak keterlibatan manusia sebagai operator dalam pengoperasiannya, umumnya pada konvensional platform juga harus didukung oleh sebuah LQ (Living Quarter) sebagai tempat akomodasi operator
selama
dilaut.
Pada
lapangan
Bekapai,
LQ
tersebut
dapat
mengakomodasi sekitar 30 – 40 orang. Beberapa kesalahan yang sering terjadi dan mengakibatkan rendahnya reliabikitas konvensional platform, yaitu: kontrol data proses, manajemen prioritas alarm dan kesalahan pengiriman data oleh radio UHF akibat pengaruh cuaca.
Gambar 2.9. Pemasangan Antena UHF Pada Radio Room Bekapai
23
2.3 Otomatisasi Industri Otomatisasi industri merupakan teknik yang digunakan oleh industri untuk memperkecil biaya produksi dan meningkatkan kualitas serta kuantitas produksi. Ditinjau dari sisi teknologi, Otomatisasi Industri merupakan integrasi antara teknologi mekatronika, teknologi komputer, dan teknologi informasi. Atau dengan kata lain, Otomatisasi adalah suatu teknologi yang digunakan untuk melaksanakan proses atau prosedur kerja tanpa bantuan manusia. Penerapan teknologi sistem otomasi dapat memecahkan masalah aktual di lapangan dan merupakan motor penggerak pertumbuhan ekonomi dan pembangunan nasional. Dilihat secara hardware dan software sistem otomasi banyak berhubungan dengan komponen elektronik, program komputer, pengukuran, sensor, aktuator dan sistem pengaturan
2.3.1
Pengertian SCADA dan DCS SCADA singkatan dari Supervisory Control and Data Acquisition
merupakan sebuah sistem yang mengawasi dan mengendalikan peralatan proses yang tersebar secara geografis. Definisi yang lebih formal diberikan oleh NIST (National Institute of Standart and Technology), SCADA ialah sistem terdistribusi yang digunakan untuk mengendalikan aset-aset yang tersebar secara geografis, sering terpisah beberapa puluh kilometer persegi, dimana kontrol dan akuisisi data terpusat sangat penting bagi operasi sistem. Menurut NIST, sistem SCADA banyak digunakan pada sistem terdistribusi seperti : water distribution, oil pipelines, electrical power grids, dan railway transportation system.
24
Sementara DCS singkatan dari Distributed Control System merupakan suatu sistem yang mendistribusikan berbagai fungsi yang diperlukan untuk mengendalikan berbagai variabel proses dan unit operasi proses menjadi suatu pengendalian yang terpusat pada suatu ruang kontrol / control room dengan berbagai fungsi pengendalian, monitoring, dan optimasi. Pada dasarnya agak sulit untuk membedakan antara SCADA dengan DCS, selain memiliki fungsi yang sama, SCADA dan DCS juga ditunjang oleh perangkat - perangkat yang memiliki yang hampir serupa. Keduanya hanya dapat dibedakan oleh tahun pembuatannya, dimana SCADA telah dikenal lebih dahulu dibandingkan DCS. Selain hal tersebut, banyak orang yang membedakan kedua sistem tersebut melalu proses koordinasi dan proses kontrolnya. SCADA pada dasarnya dikenal sebagai sebuah sistem yang mampu melakukan koordinasi dalam sebuah proses industri sedangkan DCS dinilai lebih memiliki kemampuan kontrol selain koordinasi dalam sebuah proses. Sistem komunikasi yang digunakan keduanya juga dapat menjadi pembeda diantara keduanya, dimana infrastruktur komunikasi DCS pada umumnya lebih canggih yang dapat melakukan kontrol secara real-time.
Sensor, transmitter dan actuator yang dipergunakan SCADA hampir sama dengan yang dipergunakan DCS, dengan standard 4~20mA, HART, Fieldbus, dsb., sesuai dengan kompatibilitas. Suatu sistem SCADA biasanya terdiri dari: •
Antarmuka manusia mesin (Human-Machine Interface).
•
Unit terminal jarak jauh yang menghubungkan beberapa sensor pengukuran dalam proses-proses yang digunakan.
25
•
Sistem pengawasan berbasis komputer untuk pengumpul data.
•
Infrastruktur komunikasi yang menghuhungkan unit terminal jarak jauh dengan sistem pengawasan.
•
PLC atau Programmable Logic Controller, meskipun dalam tahap yang belum terlalu canggih.
Pada umumnya jarak antara RTU dengan MTU dapat cukup jauh sehingga diperlukan media komunikasi antara keduanya. Cara yang paling umum dipakai pada sistem SCADA adalah Komunikasi Radio (Radio Communication) dan Komunikasi Serat Optik (Optical Fiber Communication). Sedangkan pada DCS sudah berkembang pada komunikasi real-time dengan berkecepatan tinggi dalam pertukaran datanya. Komunikasi pada sistem SCADA pada umumnya menggunakan protokol khusus, walaupun ada juga protokol umum yang dipergunakan. Protokol yang dipergunakan pada sistem SCADA antara lain : 1. IEC Standar meliputi IEC 60870-5-101 yang berbasis serial komunikasi dan IEC 60870-5-104 yang berbasis komunikasi ethernet. 2. DNP 3.0 3. Modbus 4. Proprietary solution, misalnya KIM LIPI, HNZ, INDACTIC, PROFIBUS dan lain-lain
26
2.3.2 Perkembangan SCADA dan DCS Sistem SCADA yang “primitif” sebenarnya telah digunakan oleh industri selama ini. Dengan hanya mengandalkan indikator-indikator sederhana seperti lampu, meter analog, alarm suara (buzzer), seorang operator sudah dapat melakukan pengawasan terhadap mesin-mesin di pabrik. Sistem SCADA primitif atau konvensional masih belum menggunakan komputer ataupun piranti pengendali berprosesor lainnya. Seiring dengan perkembangan komputer yang pesat beberapa dekade terakhir, maka komputer menjadi komponen penting dalam sistem SCADA modern. Sistem ini menggunakan komputer untuk menampilkan status dari sensor dan aktuator dalam suatu plant, menampilkan dalam bentuk grafik yang sederhana, menyimpannya dalam data base, bahkan menampilkannya dalam situs web. Umumnya komputer ini terhubung dengan sebuah pengendali (misal: Programmable Logic Controller) melalui sebuah protokol komunikasi tertentu (misal: fieldbus / Modbus). Hampir sama dengan perkembangan SCADA, DCS dari tahun ke tahun juga semakin berkembang terutama pada hal kemudahan sistem kontrol, tampilan, dan sistem komunikasi.
27
Berikut dibawah ini merupakan gambaran umun arsitektur DCS konvensional dan tampilannya:
Gambar 2.10. Konfigurasi DCS Konvensional
Gambar 2.11. Tampilan Kontrol DCS Konvensional
28
Perkembangan DCS dari waktu ke waktu:
Gambar 2.12. Perkembangan Sistem DCS
Gambar 2.13. Switch / Selector pada DCS Konvensional
Gambar 2.14. Perubahan Tampilan Sistem DCS pada Ruang Kontrol
29
2.4 Sensor, Transducer, dan Actuator Transducer adalah device yang mengkonversi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Transducer terbagi menjadi 2 kelas, yaitu: transducer input dan transducer output. Transducer electric-input mengkonversi energi non listrik, seperti suara atau cahaya ke dalam energi listrik. Transducer electric-output bekerja dalam arah sebaliknya, yaitu mengkonversi energi listrik ke dalam energi non listrik, salah satu contohnya adalah pada microphone. Sensor adalah tipe transducer yang digunakan untuk mengkonversi besaran mekanik, magnetik, thermal, sinar, dan kimia menjadi tegangan atau arus listrik [Petruzella, 2008]. Pendapat lain mengatakan bahwa sensor adalah suatu device yang mengkonversi energi yang diperoleh dari gejala fisika (physical phenomenon) ke dalam bentuk arus atau tegangan listrik, untuk tujuan pengukuran, kontrol, atau informasi [Carr, 2008].
Sensor berdasarkan prinsip operasi listriknya terbagi menjadi 2, yaitu: •
Sensor Aktif Sensor aktif adalah sensor yang dapat menghasilkan energi sendiri dari besaran/ gejala fisika yang diukur. Contoh sensor aktif ini adalah thermocouple yang dapat menghasilkan tegangan pada ujung sambungan kedua macam logam yang berbeda.
30
•
Sensor Pasif Sensor pasif adalah sensor yang membutuhkan sumber energi listrik ac atau dc dari luar untuk memberikan power pada device. Contoh sensor pasif ini adalah sensor tekanan strain gauge resistive yang memerlukan supply dc +7.5 V untuk pengoperasiannya. Tanpa ada power atau tegangan dari luar maka tidak akan ada output yang keluar dari sensor.
Jika dilihat dari transfer energi yang dideteksinya, sensor dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa bagian, antara lain: a. Sensor Thermal Sensor temperatur: thermometer, thermocouple, bi-metal thermometer, thermostat, resistansi temperatur detector (RTD), dll. Sedangkan contoh sensor panas: bolometer, calorimeter. b. Sensor Elektromagnetik Yang termasuk sensor elektromagnetik antara lain: ohmmeter, multimeter, galvonometer,
voltmeter,
watt-hour
meter,
magnetic
compass,
magnetometer, fluxgate compass, dll. c. Sensor Mekanikal - Sensor Tekanan: Altimeter, barometer, barograph, pressure gauge, air speed indicator, variometer, dll. - Sensor gas dan liquid flow: Flow sensor, cariolis sensor, flow meter, gas meter, water meter, mass flow meter, dll. - Sensor Mekanikal: Acceleration sensor, position meter, strain gauge, dll.
31
d. Sensor Kimia Sensor – sensor kimia mendeteksi keberadaan kimia khusus atau kelas – kelas kimia. Contoh sensor – sensor oxygen, elektroda – elektroda ionselective, elektroda – elektroda pH, dan elektroda – elektroda redox. e. Sensor Optic dan Radiasi - Sensor Ionising Radiation: Geiger counter, dosimeter, particle detector, cloud chamber, bubble chamber, dll. - Sensor Non-Ionising Radiation: Sensor – sensor cahaya atau photodetector, photocell, photodioda, phototransistor, infra-red sensor, proximity sensor, dll. f. Sensor Suara Yang termasuk sensor suara antara lain: Micropohones, hydrophones, seismometers, dll. g. Tipe – tipe sensor lain - Motion Sensor: Radar gun, speedometer, tachometer, oddometer, dll. - Orientation Sensor: Gyroscope, artificial horizon, dll.
Industri minyak dan gas bumi memiliki banyak besaran – besaran parameter yang harus diukur, dihitung, dikontrol, dan didata setiap harinya, beberapa parameter yang umumnya ditemui dalam industri minyak dan gas bumi antara lain: -
Flow / Laju aliran
-
Temperatur
-
Pressure / Tekanan
-
Level / Ketinggian Fluida, dll.
32
Dari keempat parameter utama yang umumnya diukur dalam industri minyak dan gas bumi, flow/ laju aliran menjadi parameter yang mutlak harus dilakukan secara detail dan presisi. Berikut beberapa jenis flowmeter yang sering digunakan terutama oleh Total E&P Indonesie: -
Coriolis Flow Meter
-
Magnetic Flow Meter
-
Vortex Flow Meter
-
Differensial Pressure for Flow Measurment Sensor, dll.
Untuk mengetahui cara kerja dari sensor aliran ini, Coriolis flow Meter dapat digunakan sebagai sampel untuk mewakili sensor aliran yang digunakan pada industri minyak dan gas bumi.
Coriolis Flow Meter Salah satu sensor aliran yang paling banyak digunakan untuk mengetahui besarnya laju aliran suatu fluida dalam bidang perminyakan termasuk di Total E&P Inodnesie adalah Coriolis Meter. Pada prinsipnya, coriolis meter ini akan membuat fluida melalui 1 atau 2 buah flow tube yang kemudian akan bergerak / berosilasi. Gerakan pada flow tube tersebut akan menimbulkan suatu gelombang sinus yang dihasilkan oleh coil. Perbedaan waktu (∆T) pada gelombang sinus ini yang kemudian dapat digunakan untuk mengetahui besarnya laju aliran tersebut.
33
Terdapat 3 jenis coriolis meter, antara lain: -
Dual Curved Tube
-
Slightly Curved Dual Tube
-
Single Straight Tube
Berikut di bawah ini bagan dasar dari Coriolis Meter dan prinsip kerjanya:
Gambar 2.15. Bagian Coriolis Flow Meter
34
Prinsip Kerja:
Gambar 2.16. Prinsip Kerja Coriolis Flow Meter
Saat tidak ada aliran fluida, maka tidak akan ada Coriolis Efek dan gelombang sinus dalam sebuah fase yang sama satu sama lain Saat fluida begerak melalui tabung sensor, Coriolis efek akan tercipta yang disebabkan kedua flow tube bergerak dalam arah yang berlawan satu sama lain. Perbedaan waktu ∆ ( T) diantara gelombang sinus diantara keduanya akan diukur dan dikorelasikan untuk memberikan nilai besarnya laju aliran fluida tersebut.
Actuator Sementara itu, Actuator adalah setiap alat yang mengkonversikan besaran listrik analog menjadi besaran mekanis, seperti kecepatan putaran, daya gerakan, dan lain – lain. Actuator umumnya merupakan proses lanjutan dari keluaran suatu proses pengolahan data yang dihasilkan oleh suatu sensor ataupun kontroler.
35
Beberapa jenis actuator yang digunakan di Total E&P Indonesie antara lain: -
Sliding Stem Valve
-
Rotary Valve
-
Damper Drive
-
Variable Speed Drive
-
Block Valve
-
Gate Valve
Gambar 2.17. Jenis - Jenis Actuator
2.5 Transmitter dan Analog to Digital Converter (ADC) 2.5.1
Transmitter Transmitter adalah alat yang digunakan untuk mengubah perubahan
sensing element dari sebuah sensor menjadi sebuah sinyal yang mampu diterjemahkan oleh kontroler. Untuk mentransmisikan sinyal dari transmitter ke sebuah control room, transmitter melakukan pengkondisian sinyal terlebih dahulu agar sesuai dengan spesifikasinya (tegangan dan arusnya).
36
Jenis Transmitter dilihat dari sinyal outputnya dapat dibedakan menjadi: 1. Analog Transmitters – Sinyal Analog Dasar – 4-20 mA atau 1-5V atau 3-15 psi sinyal pneumatic 2. Smart Transmitters –
Komunikasi digital (sinyal diagnosa) yang diproses dari sinyal Analog (4-20 mA or 1-5V)
3. Profibus Transmitters –
Sinyal Digital Berkecepatan Tinggi
4. Foundation Fieldbus Transmitters –
Sinyal Digital Berkecepatan Tinggi yang dapat dikontrol dalam sebuah proses
2.5.2 Analog to Digital Converter (ADC) Seperti yang kita tahu dari pembahasan diatas, sebagai bagian dari proses kontrol dan transmisi data, signal yang digunakan merupakan standar signal instrumentasi elektronik, yaitu: 4-20 mA (atau 1-5 Vdc), dengan loop process 420 mA dan digunakannya resistor 250 ohm, maka sinyal 4-20 mA akan terbaca sebagai 1-5 Vdc yang mana akan di ubah menjadi data via analog digital converter sebelum ditransmisikan.
37
Berikut dibawah ini merupakan skema ADC (Anolog to Digital Converter) yang umum digunakan:
Gambar 2.18. Analog to Digital Converter
2.6 Komunikasi Data Komunikasi data merupakan suatu proses pengiriman informasi berupa data sebagai energi elektromagnetik melewati udara, kabel, untaian kaca dan plastik fiber atau bahan lainnya. Tujuan dari suatu sistem komunikasi data adalah untuk menyampaikan informasi dari 1 tempat ke tempat lainnya. Dalam proses pengiriman data ini, tidak tertutup kemungkinan adanya gangguan / interferensi. Untuk mencegah interferensi, pengguna dapat menggunakan frekuensi tertentu pada pita spektrum.
38
Proses pengiriman informasi memerlukan suatu rentang frekuensi / bandwidth. Semakin tinggi kecepatan pada proses pengiriman informasi, maka rentang frekuensi yang dibutuhkan juga akan semakin tinggi. Diagram blok dasar suatu sistem komunikasi diperlihatkan pada gambar 2.19 dibawah ini.
Sumber sinyal (Sender)
Konversi ke bentuk yang sesuai
Transmitter
Receiver
Konversi ke bentuk asal
Penerima sinyal (Pengguna)
Link
Gambar 2.19 Diagram Blok Dasar Suatu Sistem Komunikasi
2.6.1
Panjang Gelombang dan Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya getaran per detik dalam arus listrik yang terus
berubah. Satuan frekuensi adalah Hertz disingkat Hz. Jika arus bergerak lengkap satu getaran per detik, maka frekuensinya 1Hz. Satuan frekuensi antara lain : - Kilohertz (kHz) - Megahertz (MHz) - Gigahertz (GHz) - Terahertz (THz)
Panjang Gelombang atau Wavelength adalah jarak diantara kedua titik yang sama pada satu getaran. Dalam sistem wireless, biasanya diukur dalam satuan meter, sentimeter atau millimeter.
39
Hubungan frekuensi dan panjang gelombang dapat dituliskan dalam persamaan :
λ=
C f
dimana : λ = wavelength dalam meters f = frequency dalam Hertz (getaran/detik) c = kecepatan cahaya (3X108 meter/detik)
Tabel 2.2 Frekuensi Spektrum dan Panjang Gelombang Jenis Frekuensi
Singkatan
Frekuensi
Panjang Gelombang
Very Low Frequency
VLF
9 kHz - 30 kHz
33 km - 10 km
Low Frequency
LF
30 kHz - 300 kHz
10 km - 1 km
Medium Frequency
MF
300 kHz - 3 MHz
1 km - 100 m
High Frequency
HF
3 MHz - 30 MHz
100 m - 10 m
Very High Frequency
VHF
30 MHz - 300 MHz
10 m - 1 m
Ultra High Frequency
UHF
300 MHz - 3 GHz
1 m - 100 mm
Super High Frequency
SHF
3 GHz - 30 GHz
100 mm - 10 mm
Extremely High Frequency
EHF
30 GHz - 300 GHz
10 mm - 1 mm
40
2.6.2
Pengkodean Sinyal data direpresentasikan dalam bentuk biner, yang terdiri dari dua
logika, yaitu logika rendah dan tinggi, bit-bit data ini dikelompokkan dalam bentuk byte (terdiri dari 8 bit). Untuk mempersingkat penulisan pada saat pengiriman data, biasanya bit-bit ini ditulis dalam bentuk heksadesimal atau dengan menggunakan teknik pengkodean ASCII.
2.6.3
Modulasi Modulasi merupakan proses penggabungan 2 sinyal dengan masing –
masing sinyal mempengaruhi lainnya. Sinyal penggabungan terdiri dari informasi keduanya tetapi dengan suatu spektrum yang berbeda. Teknik modulasi merupakan suatu teknik yang digunakan untuk mengubah sinyal analog sehingga didapatkan data dalam bentuk sinyal digital dengan menggunakan sinyal pembawa (sinyal sinusoidal). Sinyal Sinusoidal terdiri atas : •
Amplitude / Amplitudo
•
Frequency / Frekuensi
•
Phase / Fase
Teknik modulasi yang sering digunakan antara lain : • Frequency Shift Keying (FSK) • Amplitudo Shift Keying (ASK) • Phase Shift Keying (PSK) • Quadrate Phase Modulation (QPSK) • Quadrate Amplitude Modulation (QAM)
41
2.6.4
Komunikasi Serial Asinkron dan Sinkron Komunikasi serial merupakan komunikasi dimana pengiriman data
dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi paralel. Komunikasi serial terbagi menjadi dua jenis, yaitu sinkron dan asinkron. Pada komunikasi data asinkron, clock atau baudrate tidak dikirimkan bersama data serial, tetapi dibangkitkan secara sendiri-sendiri baik pada sisi pengirim (transmiter) maupun pada sisi penerima (receiver). Pada pengiriman data ini harus diawali dengan start dan stop bit. Sedangkan pada komunikasi data serial sinkron, clock atau baudrate dikirimkan bersama-sama data serial. Antara pengirim dan penerima harus mempunyai sinkronisasi clock yang sama. Jenis komunikasi sinkron ini tidak cocok digunakan pada transmisi jarak jauh karena timing error akan mudah terjadi pada pulsa clock. Pada komunikasi asinkron, data ditransmisikan per karakter. Setiap frame data karakter mempunyai timing sinkronisasi, karena setiap satu frame karakter terdiri dari start bit (1 bit), data karakter (ASCII 5 sampai 8 bit), parity bit (1 bit) dan stop bit (1 bit yang berdurasi 1 – 2 time bit). Start bit bernilai biner 0, sedangkan stop bit bernilai biner 1. Pada keadaan idle, sinyal bernilai biner 1. Oleh karena idle state sama dengan stop state, maka pengirim akan terus mengirimkan sinyal stop sampai siap untuk mengirimkan data kembali.
42
Gambar 2.20 di bawah ini merupakan format frame data karakter pada komunikasi asinkron :
(a)
(b) Gambar 2.20. a. Format frame karakter pada komunikasi asinkron b. Komunikasi asinkron 8-bit
2.6.5
Noise Noise merupakan sinyal yang tidak diinginkan yang dapat mengganggu
atau menginterferensi sinyal asli, sehingga sinyal asli tersebut mengalami cacat atau distorsi. Idealnya, suatu sistem komunikasi elektronik harus bebas dari noise karena akan menyebabkan kerja sistem tidak maksimal. Tetapi pada kenyataannya sedikit atau banyaknya noise akan tetap ada dan dapat mempengaruhi kerja sistem. Setidaknya pengaruh noise dapat ditekan atau diperkecil dengan cara menaikkan level daya sinyal informasi yang dikirim terhadap daya noise.
43
Secara umum noise dapat ditimbulkan oleh beberapa faktor, yaitu : 1. Noise yang ditimbulkan oleh gejala alam, seperti: badai listrik, radiasi sinar matahari, dan sebagainya. 2. Noise yang disebabkan oleh manusia (man made noise), seperti: kegiatan
pertambangan,
pembangunan
konstruksi
jalan,
dan
sebagainya. 3. Noise yang disebabkan oleh karakteristik fisik alami dan mendasar dari bahanbahan pembuat komponen elektronik, disebut juga dengan electronic noise atau internal noise.
Electronic noise atau internal noise merupakan noise yang berasal dari komponen komponen elektronika seperti: IC, transistor, dioda, resistor, dan lainlain. Noise ini disebut juga fundamental noise karena noise ini multak ada pada setiap komponen elektronika dan sepenuhnya tidak dapat dihilangkan, namun level noise ini relatif kecil. Electronic noise ini dihasilkan oleh pergerakan partikel-partikel elektron secara acak yang menyebabkan aliran arus dan pada akhirnya akan menghasilkan suatu sinyal dengan level amplitudo yang bersifat acak dan tidak dapat diprediksi (random). Ditinjau dari asal penyebabnya, noise dapat pula dibedakan menjadi 2, yaitu: 1. Eksternal noise, contoh : semua peralatan dan perlengkapan elektronik yang memancarkan gelombang elektromagnetik, motor, RFI (RadioFrequency Interference), dan sebagainya.
44
2. Internal noise, contoh : pergerakan elektron pada sirkuit yang menghasilkan noise, komponen – komponen komunikasi, dan sebagainya.
2.6.6
Komunikasi Wireless Komunikasi wireless merupakan suatu metode proses pengiriman
informasi berupa data sebagai energi elektromagnetik melewati udara. Sistem komunikasi wireless ini berbeda dari sistem komunikasi yang memerlukan koneksi fisik, seperti kabel/kawat tembaga atau fiber optik. Pada sistem komunikasi wireless, pengiriman data menggunakan antena. Antena digunakan untuk meng-konversi gelombang listrik menjadi gelombang elektromagnetik. Besar energi antena dapat memperbesar sinyal terima dan kirim pada sistem komunikasi, yang disebut sebagai Antenna Gain.
2.7 Sumber – Sumber Error Sensor Sensor seperti halnya device yang lain mengalami rugi – rugi akibat kesalahan atau error tertentu. Error adalah perbedaan antara nilai yang terukur dengan nilai yang sebenarnya. Otomatisasi platform pada Total E&P Indonesie yang sangat mengandalkan sensor pun dihadapkan oleh error – error yang mungkin saja terjadi, berikut sumber error sensor pada platform yang dapat dikelompokan menjadi 5 macam, yaitu:
45
a. Insertion Error Error ini terjadi ketika sensor ditempatkan ke dalam sistem maka akan mengubah parameter yang sedang diukur. Hal ini terjadi karena adanya efek pembebanan impedansi. b. Application Error Error ini disebabkan oleh kesalahan operator dalam mengoperasikan sistem, error jenis inilah yang masih sering terjadi khusunya pada pengoperasian konvensional platform. Contohnya kesalahan dalam menempatkan probe termometer digital dan keliru memberikan penyekatan pada probe dari tempat instrumentasinya. Semestinya probe tersebut harus diberi pelindung Agar pengukuran suhu tidak dipengaruhi oleh suhu dari luar. c. Characteristic Error Characteristic Error adalah kesalahan yang diakibatkan oleh sifat device itu sendiri yang berbeda diantara fungsi transfer karakteristik yang ideal dan karakteristik aktual. Bentuk error ini antara lain: dc offset, incorrect slope, atau slope yang tidak persis linier. d. Dynamic Error Banyak sensor yang dikarakteristikan dan dikaliberasi dalam kondisi statik. Banyak sensor yang tidak merespon untuk perubahan cepat dalam parameter input. Sebagai contoh, sebuah thermistor dalam kesetimbangan atau kondisi tertentu tidak akan segera berpindah ke resistansi baru dalam sebuah perubahan temperatur. Thermistor ini akan berubah secara perlahan menuju sebuah nilai baru. Dengan demikian pengaplikasian sensor ini yang dibuat untuk mengikuti perubahan kecepatan temperatur dengan sebuah sensor yang
46
lamban, bentuk gelombang ouput akan distorsi disebabkan oleh kesalahan yang kontinyu. Faktor yang dipertimbangkan terhadap error dinamik adalah response time, amplitude distortion, dan phase distortion. Error ini juga masih sering ditemukan pada konvensional platform di TEPI dikarenakan penggunaan dan pemilihan metode atau sensor yang kurang tepat dalam melakukan pengukuran. e. Enviromental Error Error ini disebabkan dari lingkungan dimana sensor itu ditempatkan. Beberapa faktor lingkungan yang mempengaruhi antara lain: suhu, vibrasi, goncangan, ketinggian permukaan, kimia, dan faktor – faktor lainnya. Dimana faktor – faktor tersebut akan berpengaruh terhadap karakteristik sensor. Untuk jenis error ini, kedua jenis platform baik konvensional maupun otomatisasi platform mengalami hal yang sama.
