DCS (Distributed Control System)

Pada waktu saya kerja praktek semasa kuliah di PT Indonesia Power UBP Semarang. Selama hampir satu bulan saya setiap hari mengunjungi dan mempelajari tentang sistem kontrol atau sistem pengendalian terhadap alat-alat yang ada di PT Indonesia Power. Ada sebuah sistem yang mampu mengendalikan dan mengontrol kerja alat di lapangan tanpa kita harus stand by terus menerus menunggui alat tersebut dilapangan. Kita bisa memantaunya lewat komputer yang terintegrasi dengan kerja alat di lapangan. Dimana komputer tersebut bertindak sebagai monitor yang mengontrol kerja alat. Sistem yang diterapkan tersebut dikenal dengan DCS (Distributed Control System).

Yuk mengenal lebih lanjut apa itu DCS dan bagaimana pola kerja dari sistem DCS tersebut sehingga dia bisa bertindak mengawasi sistem sebagai pengontrol.

DCS (Distributed Control System) sesuai dengan namanya adalah sebuah sistem pengendalian yang bekerja menggunakan beberapa controller dan mengkoordinasikan kerja semua controller tersebut. Masing- masing controller tersebut menangani sebuah plant yang terpisah. Controller yang dimaksud tersebut adalah PLC. PLC (Programmable Logic Control) merupakan sebuah controller yang dapat diprogram kembali. Jika PLC  hanya berdiri sendiri dan tidak digabungkan dengan PLC yang lain, sistem pengendaliannya dinamakan DDC (Direct Digital Control). Jadi PLC adalah subsistem dari sebuah sistem besar yang dinamakan DCS.

 DCS, sistem pengendali yang terdistribusi penekannya ada pada D-nya, Distribusi, yaitu distribusi tiga hal : Distribusi Resiko kegagalan, Distribusi lokasi dan Distribusi Pengendalian dan Man Power.   (Bolton, 2004)

 DCS ini memiliki prinsip kerja seperti LAN (Local Area Network)  yang dipakai untuk merujuk pada sebuah jaringan komunikasi yang dirancang untuk menghubungkan komputer- komputer dengan perangkat peripheral yang berada didalam suatu gedung atau lokasi yang sama. 

Gb 1. Gambaran umum sistem DCS

Pada gambar 1 terlihat bahwa gambaran umum sistem DCS terdiri dari :

1.       I/O (Input/Output) analog/digital

2.      Ruang Controller

3.      HMI (Human Machine Interface)

(http://dcstutorial.blogspot.com/2008/05/tutorial-dcs-distributed-control-system.html)

I/O (Input/Output) analog/digital

Terlihat pada gambar bahwa sistem I/O biasanya menunjukkan proses kerja alat-alat yang ada dilapangan yang dibaca oleh sistem kontrol seperti PLC.  Sistem kerja I/O pada PLC sebagai berikut :

Gb 2. Sebuah pengontrol logika yang terpogram ( Bolton, 2004)

INPUT

Perangkat input merupakan perangkat masukan yang menuju PLC.  Perangkat input mencakup perangkat-prangkat digital dan analog. Perangkat input ini dihasilkan dari sensor-sensor yang menghasilkan output, kemudian dihubungkan dengan mudah ke port-port input PLC. Sensor-sensor ini bekerja dengan mengkonversi besaran fisis menjadi besaran listrik, besaran fisis tersebut merupakan besaran yang akan dilakukan pengendalian pada proses untuk dibandingkan dengan set point yang diprogramkan pada PLC. Beberapa macam sensor antara lain saklar-saklar mekanis, saklar-saklar jarak, sensor-sensor dan saklar-saklar fotoelektris, encoder, sensor-sensor suhu, sensor-sensor perpindahan atau posisi, pengukuran regangan, detector ketinggian cairan, pengukur aliran cairan, dan banyak sensor-sensor lainnya.

Sinyal input hasil konversi besaran dari sensor-sensor tersebut dapat berwujud analog, diskrit dan digital. Karena PCU harus mendapatkan input secara sinyal-sinyal digital dengan magnitudo tertentu, umumnya 0 hingga 5 volt. Untuk sinyal analog supaya mampu dibaca oleh PCU maka sinyal analog tersebut harus dikonversikan terlebih dahulu menjadi sinyal digital dengan menggunakan ADC (Analog Digital Converter).

Ketika menyambungkan sensor-sensor kesebuah unit input, kecermatan harus diutamakan demi memastikan agar level-level tegangan antara kedua piranti tersebut saling bersesuaian, maka dilakukan pengkondisian sinyal. Proses standar yang digunakan adalah dengan mengkonversikan sinyal-sinyal analog menjadi kisaran  yang

berada pada 4 hingga 20 mA dan dengan jalan melewatkan pada sebuah tahanan sebesar 250 Ω untuk menghasilkan sinyal 1 hingga 5 volt.  (Bolton, 2004)

PLC

Gb 3. PLC

PLC disini adalah PCU yang sistemnya memiliki lima komponen dasar. Komponen-komponen ini adalah unit prosesor, memori, unit catu daya, bagian antarmuka, input/output, dan perangkat pemrograman.

1.   Unit prosesor atau process control unit (PCU), adalah sebuah unit yang berisi mikroprosesor yang menginterpretasikan sinyal-sinyal input dan melaksanakan tindakan-tindakan pengendalian, sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya sebagai sinyal-sinyal kendali ke antar muka output.

2.   Unit catu daya diperlukan untukmengkonversikan tegangan a.c sumber menuju tegangan rendah d.c (5 V) yang dibutuhkan oleh prosesor dan rangkaian-rangkaian di dalam modul-modul antarmuka input dan output.

3.  Perangkat pemrograman dipergunaakan untuk memasukkan program yang dibutuhkan ke dalam memori. Program tersebut dibuat dengan menggunakan perangkat ini dan kemudian dipindahkan ke dalam unit memori PLC.  Pada DCS Bailey ini pemrograman dilakukan baik  itu ditambah atau dikurangi lewat EWS, dimana program PLC nya merupakan program PLC Bailey yang sudah dikodekan sendiri oleh perusahaan Elsag Bailey.

4.        Unit memori adalah tempat di mana program yang digunakan untuk melaksanakan tindakan-tindakan pengendalian oleh mikroprosesor disimpan.

5.     Bagian input dan output adalah antarmuka di mana prosesor menerima informasi dari dan mengkomunikasikan informasi kendali ke perangkat-perangkat eksternal.

Program pengendali sesungguhnya dilakukan di dalam komponen penyimpanan memori elektronis, misalnya RAM dan EEPROM. Unit yang memproses membaca/mengamati data dari modul input dan output dan menyimpan kondisinya pada memori. Kemudian unit prosesor membaca/mengamati program pemakai yang disimpan pada memori, dan membuat keputusan yang menyebabkan output yang berubah. (Bolton, 2004)

OUTPUT

Setelah program dijalankan di PCU maka hasil pembandingan antara set point yang sudah dimasukkan ke program dengan variabel yang terukur menghasilkan output yang sesuai dengan set point yang ditentukan, inilah yang dinamakan bagian output PLC. Output merupakan hasil keluaran program yang telah berhasil melakukan eksekusi pengendalian. Port-port output sebuah PLC dapat berupa tipe relay atau tipe isolator-optik dengan transistor atau tipe triac, bergantung pada perangkat yang tersambung padanya, yang akan dikendalikan. Secara umum, sinyal digital dari salah satu kanal output sebuah PLC digunakan untuk mengendalikan sebuah actuator yang pada giliranyya mengendalikan suatu proses. Istilah actuator, digunakan untuk perangkat yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan-gerakan mekanis yang kemudian digunakan untuk mengendalikan proses. Beberapa contoh output adalah : kontraktor, katup-katup kontrol direksional, motor, motor langkah, dan lainnya.    (Bolton, 2004)

Ruang Controller dan Human Machine Interface

Ruang control dan Human Machine Interface biasanya tergabung dalam satau ruangan sistem control yang terdiri atas Process Control Unit (PCU), Engineering Work Station (EWS) dan Operator Interface Station (OIS).

PCU merupakan PLC nya DCS. Algoritma-algoritma diset di memori dari PCU modul kendali sebagai parameter untuk proses kendali. Di PCU inilah program set point yang akan dikerjakan dihubungkan terhadap parameter yang akan dikendalikan berdasarkan pengendali yang digunakan diproses pada bagian PCU ini,  yang kemudian setelah data pengendalian mendekati set point digunakan untuk mengendalikan final pengendali (contoh : control valve) yang data pada PCU ini dibawa ke komunikasi highway pada sistem INFI 90 Open.

PCU yang merupakan gabungan dari PLC-PLC yang tersebar di node-node pada suatu perusahaan merupakan suatu bentuk khusus pengendali berbasis mikroprosesor yang memanfaatkan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi dan mengimplementasikan fungsi-fungsi semacam logika, sequencing, pewaktuan (timing), pencacahan (counting) dan aritmatika untuk mengontrol mesin-mesin dan proses-proses. (General Electric Company, 1998)

OIS merupakan perangkat DCS yang mempunyai fungsi utama sebagai display (penampil) grafik  berwarna dari hasil pengendalian sistem yang dilakukan pada perusahaan (semacam LCD pada komputer). Lewat OIS, operator dapat mengamati setiap detik perubahan, kondisi, kesalahan yang terjadi di lapangan tanpa harus turun ke lapangan, karena lewat display yang ditampilkan oleh OIS ini sudah mewakili semua yang dilapangan, dimana semua data yang menajadi operasi operator bersifat on-line.              

Dengan menggunakan prinsip sistem interface, maka data-data dapat ditampilkan pada OIS ini. Dengan sistem interface ini, secara otomatis akan mengoperasikan masukan. Komputer atau console melakukan proses monitoring dan kendali dengan jalan mengkalkulasi dan memprogramnya kemudian diinterfacekan pada unit interface. Unit interface juga akan memberikaan akuisisi data ke komputer utama atau console. Console tersebut dapat mendownload informasi database selama masih menjalankan operasi milik unit interface.

Display yang ditampilkan pada OIS ini memiliki 64 warna.  Lewat display ini jika ditemukan adanya kondisi abnormal dari suatu sistem, maka alarm yang terhubung dengan OIS ini akan berbunyi yang berarti memberikan tanda adanya kondisi yang tidak umum sedang terjadi sehingga kondisi abnormal tersebut dapat langsung teramati oleh operator dan dilakukan penanggulangan secepat mungkin. Berikut contoh gambar OIS.

  

  Gb 4. Tampilan pada sistem OIS

Engineering Work Station (EWS) merupakan salah satu perangkat DCS Bailey yang berfungsi mendukung manajemen data base dan display untuk console, dimana semua informasi di OIS (Operator Interface Station) dapat diakses oleh EWS. EWS identik dengan sebuah PC yang ditempatkan terpisah dari control room. EWS juga berguna untuk mengubah  nilai set point pada pengendalian yang diinginkan, melakukan perubahan pemrograman yang diperlukan pada sistem, menambahkan peralatan dan alat bantu keteknikan yang digunakan.