Sekilas Industrial Process control & instrumentation

titipan dari forum sebelah

Halo temen2 fisika teknik, aq ingin sharing ttg dunia instrumentasi & sistem kendali industri proses (Industrial process control &i instrumentation), merangkum dari pengalaman temen2 alumni yg bekerja di dunia industri proses baik sebagai user, vendor DCS/PLC/SCADA dan kontraktor EPC..

sebagai basic mata kuliah pendukung, kuliah2 basic seperti mekanika fluida, thermodynamic, PPM, kontrol automatis,kontrol proses,dinamika system, sistem pengukuran, pemrograman, sistem digital dll sangat menunjang mempelajari instrumentasi industri

..

industri proses dikatagorikan sebagai industri yg mengolah bahan baku secara kontinyu dalam jumlah besar, seperti oil & gas company, chemical, power plant, fertilizer, petrochemical maupun cement.

sebuah plant proses (exmp: heat exchanger, pressurized vessel dll) dalam pengoperasiannya memerlukan instrumentasi untuk menunjang safety. tingkatan sistem instrumentasi dari yg awal sampai puncak:

1. BPCS (Basic Process Control System)

2. Alarm system

3. Safety Instrumented System (SIS), biasanya Emergency Shutdown System (ESD) & Fire Gas System (FGS)

4. Relief system (pengaplikasian Pressure Relief Valve/PRV)

Sebaiknya dibahas terlebih dulu sistem instrumentasi tingkatan yg pertama,yaitu BPCS.

sebuah loop sistem kendali proses memiliki element sensor, transmitter, controller,algoritma kendali,actuator & final element, serta plant proses/controlled variable (Basic Process Control System/BPCS).

A. Sensor

Variabel proses yg diukur dan dikontrol di industri proses adalah Flow, Pressure, Temp, Level, Analyzer, vibrasi, speed, weigh dll.

contoh:variabel proses yg penting adalah flow, pengukuran flow untuk liquid berbeda dengan fasa vapour,superheated steam & gas, karena liquid bersifat incompressible sehingga pengaruh temperature & pressure actual flowing fluida tidak berpengaruh pada densitas liquid (ingat prinsip thermodynamic).sebaliknya untuk gas, vapour & steam maka diperlukan kompensasi atas perubahan densitas akibat perubahan pressure & temperature flowing.

pengukuran flow ada 2 metode:mass flowrate (ada kompensasi densitas fluida terhadap perubahan Press dan Temp actual) & volume flowrate.

controh:

mass flowrate instrument adalah corriolis,multivariable flowmeter (punya Diff transm,Press transm & temp transm).

Volume flowrate adalah orifice,turbine meter,vortex dll.

kita ambil contoh sistem pengukuran Natural Gas metering (mass flowrate) untuk jual beli, seperti pada beberapa perushan gasl dll:

Intrument yg dipakai:

1.sensor flow yg dipakai adalah orifice (prinsip bernoulli), flow sebanding dengan akar beda tekanan.

2. Differential pressure transmitter, mengukur beda tekanan pada orifice dan menyampaikannya ke recorder/controller.

3.Pressure sensor (tipe diapragm sensor pada pressure transmitter), mengukur kompensasi perubahan densitas gas terhadap pressure.

4.Thermocouple, ngukur suhu actual gas flowing untuk kompensasi perubahan densitas gas terhadap temperatur.

5. Temperature transmitter (biasany electronic 4-20mA)

6. Pressure Control Valve, mengontrol pressure gas yg mengalir ke pembeli.

7. Pressure switch High/High High  (PSH/PSHH) dan pressure switch Low/ Low Low (PSL/PSLL),mendeteksi pressure gas.

   PSH terdeteksi=alarm,PSHH terdeteksi=operasi shutdown, PSL terdeteksi=Alarm, PSLL=operasi Shutdown

8. Shutt Down Valve (SDV), berfungsi sebagai actuator untuk memblock laju aliran gas ke pembeli apabila pressure aliran gas telah mencapai setingan PSLL atau PSHH (INTERLOCK ESD).

9. Gas analyzer,yaitu Gas Chromatograph (GC) untuk mengukur kadar komposisi berat jenis masing2 senyawa kimia dalam Natural Gas seperti metana,butana, Nitrogen dll.

10. Barton chart flow recorder

semua data2 dari sensor/transmitter tersebut dihitung oleh flow computation, dengan menggunakan rumus standard internasionalpengukuran, APPI (klo ga salah) yaitu AGA 3 gas flow calculation (aq ga hafal rumusnya hehe).tp satu hal yg jelas, teori2 thermodynamic & mekanika fluida berperan besar dalam perhitungan AGA 3.   

B.Transmitter

berfungsi mengirimkan sinyal elektric (4-20 mA) atau pneumatic (3-15 Psig) ke controller,proportional dengan nilai ouput sensor.

jenisnya: Pressure Transmitter, Differential Pressure Transm, Temp transm dll

C.Controller

alat pengendali bisa berupa electric/pneumatic controller yg tidak terdistribusi, maupun yg terdistribusi seperti DCS,PLC,SCADA (tuk remote/jarak jauh area)..saat ini PLC sudah memiliki fitur menyamai DCS (pny Human Machine Interface,analog I/O ribuan,PID control,data history & redundant controller),namun ada hal2 prinsip DCS yg tidak dimiliki oleh PLC yaitu (referensi dari vendor ABB):

1. Support Asset Management features

2. Support Safety System, ada istilah Safety Integrity level (SIL),panjang penjelasannya jadi silakan cari di internet saja hehe.

3. Integrated Development Software

untuk Plant yg menuntut safety tinggi, maka DCS lebih unggul daripada PLC, dgn adanya SIL 3 untuk DCS.untuk Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir (PLTN) maka memiliki SIL paling tinggi yaitu SIL 4.

D. Algoritma kendali

saat ini algoritma PID (Proportional Integral Derivative) masih umum digunakan, setahuku ada Model Predictive Control (MPC) yg mulai tersedia di salah satu vendor DCS. penggunaan MPC menandai babak baru sistem kendali proses, yaitu Advanced Process Control (APC) untuk optimasi sistem kendali.

PID control adalah Basic Regulatory Control System pada sebuah feedback control,namun di industri,sebuah proses plant memiliki banyak variable proses sehingga muncul istilah cascade, ratio, feedforward,three element,decoupler control (Advanced Regulatory Control) yg tetap menggunakan PID control sebagai basic algoritma.

E. Actuator & final element

biasanya adalah control valve, damper, motor (untuk speed & berat pada conveyor). yg populer di industri proses adalah control valve.

untuk regulatory (pengaturan) control:Pressure Control Valve (PCV), Flow Control Valve (FCV), Temp Control Valve (TCv), Level Control Valve (LCV), Hand Control Valve (HCV).

untuk On-Off control ; Motor Operated Valve (MOV), Remote Operated Valve (ROV).

untuk Emergency Shutt Down system (ESD): Shutt Down Valve (SDV),Blow Down valve (BDV).

penggunaan valve untuk regualtory, On-Off dan ESD masing2 memiliki karakteristik yg berbeda.

F. Plant proses

plant proses adalah tempat dimana berlangsungnya suatu proses, contoh sebuah tangki yg didalamny bisa terdapat beberapa feedback control seperti Level Control System, Pressure Control System maupun Flow Control System dan terdapat cascade, ratio,decoupler control.penguasaan terhadap proses2 fisika pada suatu plant, dari pengalaman,seharusnya intrument & process control engineer harus bisa sehingga bisa menjabarkan dinamika system pada suatu plant. ada hubungannya nanti dengan proses penentuan nilai variabel2 Tuning PID (Proportional band, reset time(I) dan derivative time) dari orde proses yg dihadapi maupun penentuan jenis regulatory apa yg cocok dgn proses entah itu cascade, ratio, feedforward dll.