Presentasi Tugas Akhir Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro - ITS
INTEGRASI PLC SIEMENS S7 Lite 300 DAN DCS CENTUM CS 3000 UNTUK IMPLEMENTASI PENGATURAN CONTROL VALVE Samsul Rajab 2206100188
Agenda Pendahuluan Perancangan Sistem Implementasi dan Analisa Data Kesimpulan dan Saran
Latar Belakang Industri proses kontinyu menggunakan Distributed Control System (DCS) sebagai piranti kontrol utama dan Programmable Logic Control (PLC) sebagai subkontroler.
Isu open system pada peralatan-peralatan kontrol
Permasalahan (1) Mengintegrasikan PLC dan DCS, yang akan digunakan untuk mengatur flow (aliran) udara yang melewati sebuah control valve Menjaga perbandingan bukaan control valve 1 dan control valve 2 agar selalu sama Pembagian tugas dari beberapa peralatan kontrol dalam satu sistem
Permasalahan (2) DCS sebagai kontroler utama yang akan menjalankan fungsi kontrol regulator dan PLC sebagai sub-kontroler yang akan menjalankan fungsi kontrol sekuensial Tipe kontroler yang digunakan yaitu kontroler proporsional dan integral (PI) Toleransi kesalahan perbandingan control valve 1 dan control valve 2 sebesar 10% Sensor flow dianggap dalam kondisi linear Tekanan kedua ujung pipa dianggap selalu sama
Tujuan Membangun sistem dengan mengintegrasikan DCS dan PLC untuk mengatur control valve Mengaplikasikan kontrol PI dan kontrol rasio pada control valve Menganalisa respon plant
Distributed Control System (DCS) DCS merupakan pengembangan dari sistem kontrol model supervisory dengan unit-unit kontroler yang tersebar diseluruh jaringan sistem.
Tujuan Pemakaian DCS Meningkatkan Kinerja Sistem Kontrol Plant Produksi Mengoptimalkan jadwal produksi (production schedule) Mengoptimalkan penempatan peralatan (equipment assignment)
Konsistensi produk Efisiensi Penghematan energi dan material
Biaya Optimisasi Plant-wide Optimisasi tenaga kerja
Isu Perkembangan Teknologi DCS Permasalahan standar terbuka (open system) Penggunaan fieldbus Tantangan metoda kontrol lanjut
Bagian Antarmuka DCS
Arsiterktur Konfigurasi DCS
Aplikasi DCS Plant pembangkit listrik Sistem pengaturan lingkungan Sistem manajemen pengairan Pengeboran minyak Proses kimia Proses produksi farmasi Kapal pembawa minyak
Aplikasi DCS di Industri
DCS Yokogawa Generasi pertama DCS dari Yokogawa diproduksi pada tahun 1975 bernama Centum yang komunikasinya menggunakan F-bus dengan kecepatan 250 kbps Generasi yang terbaru adalah Centum VP diproduksi pada tahun 2008 menggunakan V-net/IP dengan kecepatan 1 Gbps
Perkembangan DCS Yokogawa Centum telah dikembangan sebagai open system
Programmable Logic Control (PLC) Tipe PLC yang digunakan adalah PLC Siemens S7 Lite 300 yang diproduksi oleh Seimens
Arsitektur PLC Siemens Step 7 Lite 300 Program Development Terminal (PDT) Central Processing Unit (CPU) modul input dan modul output
Control Valve Final control element yang digunakan untuk mengatur aliran fluida agar mampu mengimbangi adanya gangguan serta tetap menjaga variabel proses agar berada pada set point yang diinginkan
Aplikasi Control Valve di Industri
Struktur Dasar Control Valve Actuator A = Diaphragma B = Upper Diagram Case C = Pegas (Spring) D = Yoke E = Valve Stem Valve F = Plug G = Seat
Electro Pneumatic Positioners YT-1000R
Arus maksimum : 120 mA Suplai daya : Mendapat daya dari loop, 4 – 20 mA Sinyal maksimum : 3,5 mA Rentang temperatur standar : 40 hingga +85 Tekanan suplai : 1,4 – 8 bar Tegangan beban : hingga 9,5 V DC/20 mA (475 Ω terkait) Tegangan : Maksimum 30 V DC
Pneumatic Actuator EL-O-MATIC Jenis aktuator ini bekerja menggunakan dua masukan udara sehingga memungkinkan untuk melakukan gerakan putar (rotary) dua arah
Karakteristik Control Valve
Perangkat Keras dan Lunak
Field Control Station (FCS) tipe PFCS-S Centum CS 3000 PLC Siemens S7 – 300 cpu 312c Step7Lite Electro Pneumatic Positioners YT-1000R
Kontrol Rasio Kedua laju aliran diukur dan rasionya dihitung. Setpoint adalah rasio yang diinginkan. Salah satu laju aliran tidak dikontrol, tetapi hanya diukur dan sinyal ini dikalikan dengan suatu konstanta pengali yang memenuhi rasio yang diinginkan. FY 101A
FT 101A
A
FFRC 101
FY 101B
FT 101B
B
Langkah Perancangan Sistem Merancang konfigurasi sistem integrasi DCS dan PLC Survey kebutuhan sistem Identifikasi plant
Konfigurasi Sistem Integrasi DCS dan PLC DCS
FCS HIS
PLC
Kebutuhan Sistem DCS Centum CS 3000 PLC Siemens step 7 lite 300 Komputer Control valve Voltage to current (V/I) Koneksi
- Koneksi DCS dan PLC dengan menggunakan wiring pada modul analog masing-masing peralatan - Koneksi PLC ke control valve dengan menggunakan wiring dari modul analog PLC ke control valve melalui V/I
Identifikasi Plant Indentifikasi sistem dilakukan dengan memberikan sinyal masukkan ke control valve 1 sebesar 2.5 V
Hasil Identifikasi Control Valve
Y ( s ) 2.1 = X ( s ) 5,5s +1
(1.2)
DEMO
Skema Plant DCS
FCS H IS
PLC 2
PLC 1
C o n tr o l v a lv e 1
S en so r flo w 1
A li r a n u d a r a d a ri k o m p re so r C o n tr o l v a lv e 2
S en so r flo w 2
Implementasi Sistem Pada Centum CS 3000
Pengujian Dengan Parameter Kp Yang Berbeda
Tabel Pengujian Dengan Parameter Kp Yang Berbeda
Pengujian Dengan Parameter Ki Yang Berbeda
Tabel Hasil Pengujian Dengan Parameter Ki Yang Berbeda
Pengujian Dengan Pemberian Masukan Yang Berbeda
Tabel Hasil Pengujian Dengan Pemberian Masukan Yang Berbeda
Analisa Data (1) Hasil implementasi dengan pemberian parameter Kp yang berbeda dan Ki yang sama. Hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan yang diharapakan. Dimana dari tiga kali pengujian yang dilakukan nilai kesalahan terkecil adalah 11.88%. Nilai kesalahan ini terjadi pada saat dilakukan pengujian dengan menggunakan parameter Kp=50 dan Ki=20 Hasil implementasi dengan pemberian nilai Kp yang tetap dan nilai Ki yang berbeda, diperoleh dua nilai kesalahan yang masih berada pada nilai toleransi yang diizinkan. Yang pertama kesalahan sebesar 6.69% untuk parameter kontroler yang digunakan Kp=50 dan Ki=5 dan kedua dengan nilai kesalahan sebesar 9.38% untuk parameter kontroler yang digunakan Kp=50 dan Ki=10.
Analisa Data (2) Hasil pengujian dengan pemberian nilai masukan yang variatif diperoleh nilai kesalahan sebesar 8.22% untuk nilai masukan berupa bukaan 50% (bukaan control valve 2).
Kesimpulan dan Saran Proses kontrol dengan mengintegrasikan antara PLC dan DCS untuk
mengatur plant control valve dapat berjalan dengan baik. permasalahan perbandingan bukaan control valve 1 dan control valve 2 dapat diatasi dengan menggunakan kontroler PI dengan spesifikasi parameter kontroler yang sesuai. Akibat kurang presisi bacaan dari sensor flow mengakibatkan respon yang berosilasi Penelitian selajutnya diharapkan integrasi PLC dan DCS dapat dilakukan dengan menggunakan modul komunikasi seperti modbus dan lain-lain. Penggunaan plant dalam jumlah yang banyak (lebih dari satu).
TERIMA KASIH
Kontroler PID Kontroler yang digunakan pada Centum CS 3000 menggunakan algoritma kontrol PID diskrit k
u k = K pek + K IT
∑ 0
1 e k + K D (e k − e k −1 ) T
(1.2)
Desain Kontroler Proporsional dan Integral Dilakukan dengan menggunakan metode Zieger – Nichols
Kontrol Rasio Pada perangkat lunak Centum CS 3000 blok fungsi kontrol rasio memenuhi persamaan 1.2
MV = Kr × SV × PV
MV = Manipulated variable Kr = Contant rasio PV = Process variable SV = Set variable
(1.2)
