XI DCS FUNDAMENTAL 1
KONSEP DCS
DCS (Distributed Control System) merupakan suatu sistem kendali yang terdistribusi dimana ditempatkan LCU (Local Control Unit) pada tiap area yang akan dikendalikan dan adanya pusat pengendalian yang mengatur set-point, mengkoordinasikan kerja dari area-area pengendalian dan juga memonitoring kerja pengendalian dalam sistem DCS. Konsep sistem kendali terdistribusi adalah untuk mengatasi kelemahan utama sistim kendali terpusat dimana jika terjadi kegagalan Central Processing Unit (CPU) pada pusat maka akan menimbulkan kegagalan pada seluruh sistem. Dengan diterapkannya sistim kendali terdistribusi ini maka kegagalan di suatu area tidak akan mempengaruhi area lainnya secara langsung, karena masing-masing area mempunyai CPU lengkap dengan memori dan I/O nya. 2
Perkembangan Computerized Control System - Aplikasi awal komputer dalam bidang kontrol proses : Sistem kontrol suvervisi dan monitoring pada stasiun pembangkit sistem tenaga sekitar tahun 1958 - Evolusi selanjutnya adalah aplikasi komputer pada loop kontrolnya itu sendiri (dikenal dengan nama DDC- Direct Digital Control) yang pertama kali diinstall di perusahaan petrokimia, inggris sekitar tahun 1962 - Pada sistem DDC tersebut, ada 224 variabel proses yang diukur dan 129 valve yang dikontrol secara langsung oleh komputer
3
3. Process with Distributed Control Syatem (DCS)
TT = Temperature Transmitter TIC = Temperature Indicator & Controller CT = Composition Transmitter FT = Flow Transmitter
4. Process with Direct Digital Control (DDC)
FIC = Flow Indicator & Controller CIC = Composition Indicator & Controller LT = Level Transmitter LIT = Level Indicator & Controller 4
5
Sejarah Kontrol proses Berkomputer • Sekitar tahun 1975, untuk pertama kalinya Honeywell meluncurkan produk kontrol proses komersil yang diistilahkan sebagai DCS –Distributed Control System (produk TDS 2000) • DCS ini pada dasarnya merupakan pengembangan sistem kontrol DDC • Perbedaan utama DCS dengan DDC terutama terletak dalam arsitektur sistem kontrol, dalam hal ini DCS: Sistem kontrol yang mempunyai kesatuan kontrol yang terdistribusi dalam keseluruhan Proses Industri. • Pengertian terdistribusi dalam DCS meliputi: Terdistribusi secara (1) geografis (2) Resiko kegagalan operasi (3) fungsional
6
Evoluation DCS Pneumatic, Control System SLC. More hardware, less Accurate, maintenance yang rumit
SLPC , Electronic Controller, single, multi loop, more hardware DCS, Introduction in the ‘80s, Microprocessor Based, Graphic User Interface, Interface with other devices, availability of reports and diagnostic, user friendly 7
8
9
10
11
Arsitektur umum sistem DCS
12
Performance Distributed Control Systems (DCS) • Supervises and monitors all plant operations • Robust, secure, and highly reliable • Implements functions such as: – – – –
Data logging and reporting Signal processing Real-time control Hard decisions (emergency shut down, etc.)
• Access is highly restricted. • Manufactured by many companies such as: – – – –
Siemens Honeywell (TDC 3000) Yokogawa Fisher-Rosemount (Emerson)
13
The system performs functions 1.Control of process parameters. 2. Data acquisition and monitoring. 3.Alarming 4.Logging 5.Report generation 6.Recipe control 7.Logic operations 8.Sequence control 9.Corrects history data and display it in the trend display 10.Process management 11.Provides interface to other system 14
LG GLOGA-GM
Sistem Network DCS Ethernet
Host Computer
MMI PC
Standart H/W : Ethernet IEEE 802.3 Men-support 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T Pelayanan koneksi GMWIN melalui Ethernet Penyediaan Varisi Protocol (TCP/IP, DP,ARP. ICMP) Komunikasi dgn peralatan lain menggunakan FrameEditor
Ethernet (100Mbps, TCP/IP)
F Net(Fieldbus) 1Mbps, Token passing Elektrik : 750m(Max.5.25km with 6 repeater), Optic 3km(MAX 21km) 64 Station CPU ↔ CPU, CPU ↔ REMOTE I/O
F Net (1Mbps, Twisted Pair)
C Net(Link Computer Standard RS-232C, RS-422/485(32 Station) Dedicated, Dial-up support(TM/TC) Komunikasi dgn peralatan lain menggunakan FraneEditor Men-support Protokol MODBUS, AB DF1 Baud Rate : 300Bps ~ 76,800Bps
C Net (Modbus, DF1 Compatible) Modem PC Telephone Line
Remote In/Out
Remote I/O
Other maker’s Device (PLC, RF-ID, Bar Code …)
Device Net Kontrol Real Time dengan I/O Device Mult-Drop, Fasilitas `T-Connection Baud Rate : 125/256/500 kpps Maks. : 64 Link Station 500/250/100m : Jarak Modul Interface Master, Slave
GM6/K200S (G6L-PUEA/B)
Device Net
Inverter
HMI
Actuator
Remote I/O
Profibus-DP
GM7/K80S (G7L-DBEA)
Solenoid
Robot
Remote I/O
GM7/K80S (G7L-PBEA)
Frofibus-DP Cocok untuk Network FA pada Field Level 9.6kps(1.25km), 12Mbps/sec(100m), 256 Station, Twisted pair Two wire Cable Modul interface Master, Slave Jumlah Maks. Hubungan/Station : 127 Station Jumlah Maks. Slave Hubungan/Segmen : 32 Station
15
HErarkI SCADA Remote access Internet Control rooms Data Acquisition and Interface
PLCS and local control loops
Instruments, sensors, and actuators
16
17
Motivasi: DCS vs PLC Stereotif tentang PLC dan DCS
18
Motivasi: Contoh Aplikasi PLC sederhana
PB Start (Manual) : NO LSA (Limit switch atas) : NC
PB Stop Manual : NC
LSB (Limit switch bawah) : NO
Tandon
Pompa air
L1
PB Start
PB Stop
L2 LSA
RM
LSB
RM
Sumur
Keterangan RM: Relay motor pompa
19
Motivasi: Contoh Aplikasi DCS sederhana Steam
TC: Temperature Controller (DCS) CO
Control Valve
TC SP
MV
PV
TT
Fluida In
Temperature Transmiter (Sensor)
Fluida Out Heat Exchanger
Kontroler PID komersil (DCS)
Ex
Auto
SP (SetPoint)
e (error) +
CO
Kontroler (PID) Manual
-
Penggerak (Actuator)
MV Proses
PV Input dari Operator
Sensor (Transmiter)
20
Motivasi: DCS vs PLC (cont.) • Arsitektur Sistem DCS saat ini:
21
Motivasi: DCS vs PLC (cont.) Arsitektur Sistem PLC saat ini:
22
Kesamaan Sistem DCS dan PLC berdasarkan Teknologi
• Masing-masing memiliki komponen: -Perangkat field device: control valve, sensor,dll -Kontroler berbasis microprosessor -Kontrol Supervisi -Jaringan -Modul Input-output -Integrasi bisnis: Sistem database 23
Penentuan (Strategi) Sistem Kontrol yang akan dipilih : DCS atau PLC?
• Apa yang diproduksi oleh perusahaan • Bagaimana dengan nilai produk tersebut dan harga yang harus dibayar jika terjadi downtime • Bagaimana kita meninjau “jantung” dari sistem • Apa yang diperlukan oleh operator agar proses berjalan lancar • Bagaimana performansi yang diharapkan 24
Apa yang diproduksi oleh perusahaan? Dan Bagaimana?
PLC
DCS
Tipikal produk: Barang (automasi manufacture dan perakitan)
Tipikal produk: Bahan (melibatkan kombinasi dan transformasi bahan mentah)
Proses produksi termonitor secara visual oleh operator
Proses produksi seringkali tidak terlihat oleh operator
Membutuhkan kontrol logika
Membutuhkan sistem kontrol regulator
Kontrol Batch sederhana: menghasilkan satu jenis produk, prosedur tetap,resep konstan -tidak pernah berubah
Kontrol Batch kompleks menghasilkan berbagai jenis produk, prosedur dapat berubah,resep variabel 25
Aplikasi PLC: automasi, produk termonitor, kontrol logika
26
Aplikasi DCS: produk tidak termonitor, kontrol regulator
Pengaduk
= + Fluida out
d
= +
in = in +in
TC
SP
Fluida in Pompa
PV
Hin= Hin+ hin
Heat exchanger
CO
Power amplifier CO = CO + co
27
Aplikasi PLC dan DCS: Batch control
28
Nilai produk dan harga yang harus dibayar jika terjadi downtime
PLC
DCS
Nilai individual produk relative murah Nilai material yang akan diolah dan hasil produk relative mahal Downtime hanya menyebabkan kehilangan produksi
Downtime tidak hanya menyebabkan kehilangan produksi tetapi dapat menyebabkan keadaan yang berbahaya
Downtime tidak menyebabkan kerusakan peralatan proses
Downtime umumnya menyebabkan kerusakan peralatan proses dan produk
Jika terjadi kerusakan, waktu pemulihan relative cepat
Jika terjadi kerusakan, waktu pemulihan relative lambat 29
Jantung sistem bagi operator PLC Kontroler
DCS HMI (Human machine Interface)
30
Apa yang diperlukan oleh operator agar proses berjalan lancar
PLC
DCS
Tugas utama operator adalah mengatasi proses abnormal
Interaksi operator dan proses sangat ketat: operator harus dapat membuat keputusan dan secara terus menurus berinteraksi dengan proses (terkait dengan target)
Informasi status (ON/Off, Run/Stop) sangat kritis bagi operator
Trend sinyal analog pada HMI memberikan informasi kritis bagi operator: Apa yang sedang terjadi pada proses?
Alarm proses produksi abnormal adalah informasi kunci bagi operator
Managemen alarm adalah kunci keamanan operasi proses
31
Trend sinyal analog
32
Bagaimana performansi yang diharapkan
PLC
DCS
Eksekusi program kontrol relative cepat (10 ms)
Eksekusi program loop kontrol relative lambat (100500 ms)
Sistem redudansi tidak selalu diperlukan Untuk merubah konfigurasi sistem dapat dilakukan secara offline Sistem kontrol Analog: PID sederhana
Sistem redudansi sangat penting Untuk merubah konfigurasi sistem harus dilakukan secara online Sistem kontrol Analog: sederhana sampai kompleks 33
Kontrol analog (regulator) pada PLC • Single loop, simple PID: e = SP - PV
SP
+
PV
CO PID
Proses direct
PV Sensor/transmiter
(a) e = PV - SP
SP
-
PV
CO PID
Proses riverse
+ PV Sensor/transmiter
PID Tipe A
(b)
KP
SP
e
+
-
KI s
+ +
CO
+
PV
KDs
34
Kontrol analog (regulator) pada DCS • Advance PID
PID tipe C:
PID tipe B:
SP
KP
SP
e
+
-
KP TI s
+ + +
Kp
e
+
Ti s
-
-
PV
CO
CO
K pTd s
Kp
-
PV
PV
PV
K PTD s PV
PID standar ISA :
PIDF :
KP
SP
KP TI s
e + PV
+
-
+
1 TD N s 1
CO
+
KP
+
SP
-
+
+
1 .K P e(t )dt TI
+
1
+
K PTD s PV
-
TD N s 1
TD .K P
CO
+
d dt
35
Kontrol analog (regulator) pada DCS • Multiloop PID : cascade Steam (uap) CO2
CO1
FC
TC Flow SP
MV
Loop sekunder PV2 FT
Loop primer PV1
PT
TT
Fluida In
Fluida Out
Loop Primer
+ -
PID 1
Cascade (Remote SP) Auto
CO
+ -
Manual
Loop Sekunder
PID 2
Auto
CO
Manual
(Local SP) PV (sekunder)
PV (primer) 36
Kontrol analog (regulator) pada DCS • Multiloop PID : Feedfoward-feedback control, ratio, etc FF Steam (uap)
+ CO
+ TC
Flow SP MV
TT
Fluida In
PV1
d
TT
Hd(s)
Fluida Out
Fungsi alih gangguan
Hff(s)
sp
e
+ H(s)
co
+ H(s)
pv
+
+ Fungsi alih proses
37
Perbedaan-perbedaan lainnya: PLC
DCS
Perancangan sistem kontrol bersifat Bottom Up
Perancangan sistem kontrol bersifat Top -down
Program aplikasi: diagram ladder
Program apliksi: blok fungsional
Rutin-rutin customisasi biasanya telah tersedia
Rutin-rutin umumnya bersifat kompleks
Training staff operator: less
Training staff/ operator :more (front up training)
Protokol komunikasi: Open
Protokol komunikasi: closed (propietary)
Pemeliharaan, jika terjadi kerusakan: Operator
Pemeliharaan, jika terjadi kerusakan: vendor 38
Isu-isu penting lain terkait DCS vs PLC • Marketing: Vendor PLC: PLC with DCS capability Vendor DCS: DCS Controllers at PLC Prices • Teknis: PLC: “do it your selves” DCS: “One-Stop Shop”
39
Perbandingan Cost instalasi DCS vs PLC berdasarkan ukuran plant
40
Migrasi Produk vendor DCS dan PLC
41
Sistem kontrol Hibrid • Sistem kontrol yang menawarkan kemampuan gabungan antara fungsi kontrol diskret (wilayah PLC) dan continue (wilayah DCS) • Contoh produk: DeltaV (Fisher-Rosemount) PlantScape (Honeywell) Micro I/A series controller (Foxboro) Siemens Simatic PCS7 Rockwell ProcessLogix Centum CS 100 (Yokogawa) Foxboro • Area aplikasi: Umumnya ditemukan pada industri-industri farmasi, makanan, chemical, dll
42
Sarjono Wahyu Jadmiko, M.Eng.
43
