Pengertian DCS

DCS (distributed control system) merupakan suatu sistem kontrol terdistribusi yang digunakan untuk mengendalikan, monitoring, optimasi berbagai proses variabel serta unit-unit proses lainya menjadi suatu sistem kontrol yang terpusat (control room).

menurut WANG,2006 sejak tahun 1975 DCS sudah digunakan untuk mengontrol diberbagai jenis industri seperti : industri kertas, industri kimia, industri listrik.

DCS ini digunakan untung mengontrol proses yang berjalan secara kontinyu atau bisa juga digunakan untuk mengontro proses tipe diskrit dengan skala menengah atau pun besar.

DCS ini biasanya digunakan sebagai alat kontrol pada skala industri menengah sampai industri besar dan sebuah DCS menggunakan mikroprosesor sebagai controller dan menggunakanan jaringan dan protokol TCP/IP sebagai sistem komunikasinya.

dan dibawah ini adalah gambar suatu controller DCS yang menggunakan mikroprosesor.

berdasarkan gambar diatas suatu mikroprocesor mengontrol semua paramater yang terkoneksi ke dirinya mulai dari input dari sensor ( pressure, temperature, flow, dll) kemudian ada input dari keyboard dan output berupa display, serta ouput sensor seperti : Relay , DIA dan valve.

contoh kasus penggunaan DCS ini adalah seperti kita mau mengontro suatu aliran di dalam proses produksi.FCS yang ada di control room akan dihubungkan ke sensor dan aktuator, kemudian nanti di sistem DCS akan di setting set poin dari aliran yang dikehendaki berapa.

biasanya sensor yang digunakan ketika mau mengontrol atau memonitor aliran menggunakan device yang namanya flow transmitter, dan biasanya disini aktuator yang digunakan adalah control valve.berikut ini adalah gambar sistem kontrol single loop.

gambar diatas merupakan sistem kontrol close loop yang terdiri dari dari controller (SP), Sensor (PV) dan aktuator (CO).prinsip kerja dari sistem kontrol diatas adalah :

• sensor membaca data dari process variabel (PV), kemudian data di transmisikan ke controller ( bisa analog atau digital)
• controller akan membandingkan data yang dikirim oleh transmitter dengan data set point yang diinginkan ( SP), jika data yang dikirimkan oleh transmiter tidak sesuai dengan set point maka controoler akan memberikan sinyal koreksi ke Actuator
• Actuator ( dalam hal ini control valve ) akan menerima sinyal dari kontroller untuk membuka atau menutup control valve sampai data yang dikirimkan oleh transmitter susuai dengan setpoin.
• Proses diatas terus diulang sampai data sama terus dengan set poin.

gambar diatas merupakan ilustrasi sistem control single loop dimana cuma ada 1 controller, satu sensor dan satu actuator, tapi kenyataan yang ada dilapangan I/O nya bisa mencapai ribuan.

prosenyanya juga sangat komplek tidak hanya aliran saja.tetapi ada tekanan, temperatur, level, vibration, dll, dam actuatornya tidak hanya control valve, tetapi bisa saja motor, selenoid, relay,dll.

digital controller yang ada pada DCS mampu menangani 1-256 loop atau lebih dalam 1 control box.untuk pengaturan I/O ini bisa langsung dihubungkan langsung ke controller yang ada di control room atau bisa juga diletakan terpisan dari control room kemudian nanti dihubungkan ke kontrol room melalui kabel jaringan.

jenis sistem kontrol yang bisa di aplikasikan di DCS ini bisa menggunakan control PID dimana sistem control PID bisa melakukan pengaturan secara logic maupun sekuensial, selain PID DCS modern juga mendukung jenis kontrol yang lain yaitu : Fuzzy dan neural network.

sistem prosesor yang ada di DCS di desain menggunakan sistem redundant.kemudian di DCS juga sudah support tampilan HMI .kalau dibandingkan PLC kadang-kadang ketika mau design user interface kita harus menggunakan aplikasi pihak ketiga.

gambar diatas merupakan sistem konfigurasi dari suatu DCS dimana dibagai menjadi beberapa bagian yang penting :

• Field Control Station (FCS)
• Human Interface Station (HIS)
• Vnet/IP atau control network

Fungsi DCS

• DCS berfungsi sebagai alat untuk mengontrol, memonitoring dan mengoptimasi suatu proses dalam industri dimana DCS ini bisa mengerjakan beberapa proses control dalam satu loop
• solusi untuk mengintegrasikan sistem kontrol yang terpisah-pisah menjadi sistem kontrol yang terpusat di dalam 1 control room, sehingga mempermudah dalam pemeliharaan dan penggunaanya.
• sebagai tool yang bisa berfungsi untuk mengolah dan mengumpulkan data dari berbagai sistem kontrol dalam suatu plant.

Kelebihan DCS

• Semua informasi proses variabel bisa ditampilan dalam bentuk GUI sesuai dengan keinginan dari pengguna.
• mempunyai sistem komunikasi data yang redundant
• Fungsi kontrol yang terdistribusi
• sangat mudah ketika mau melakaukan modifikasi, update sistem kontrol
• perbaikan dan troubleshooting yang mudah karena jumlah wiring di field yang lebih simple apalagi kalau menggunakan komunikasi filedbus.

Cara Kerja DCS

Dcs berfungsi sebagai alat kontrol, maka hal utama yang harus dipahami ketika mau belajar sistem kontrol menggunakan DCS ini adalah anda harus paham dengan loop system, dimana loop system ini terdiri dari :

• Measurement device ( sensor )
• controller ( tool untuk mengontrol proses )
• Actuator

sensor yang ada dilapangan dihubungkan ke DCS melalui FCS yang ada di Control room.sebagai controh misalnya kita mau mengontrol temperatur di furnace.kemudian nanti kita akan mengatur setpoin dalam control loop tersebut.

control loop tersebut terdiri dari sensor temperature, controller dan control valve.data dari hasil pengukuran temperature ini akan ditransmisikan ke controller melalui I/O device.ketika data yang dikirimkan tidak sesuai dengan setpoin, maka kontroller akan memerintahkan actuator untuk membuka dan menutup aliran.

Sistem Arsitektur

pada sistem arsitektur ini saya akan membahas tentang tiga komponen yang ada di DCS yaitu :

Human Interface Station ( HIS)

HIS ini digunakan untuk melakukan monitoring sistem  serta mengendalikan proses yang ada di lapangan secara terpusat dari control room.

selain itu fungsi dari HIS ini adalah untk menyajikan informasi kondisi plant secara riil kepada operator melalui tampilan windows (GUI).

dengan adanya GUI ini maka operator dengan mudah bisa melakukan fungsi operasi, perbaikan dan troubleshooting, merubah set poin, tunning kontrol, alarm.

controller station

fungsinya adalah untuk mengendalikan berbagai variabel yang ada pada proses(mulai dari variabel fisik sampai ke elekctrical).berikut ini adalah beberapa komponen / part yang ada di controller station:

• Central Processor Unit (CPU)
• Power Supply ( PSU)
• VL net Coupler–>merupakan device untuk komunikasi  dengan sistem bus communication
• I/O Modul

controller station ini merupakan bagian vital dari sistem DCS(atau bisa dikatakan otaknya DCS).fungsi penting dari controller station ini adalah :

• menerima data / sinyal dari device yang ada dilapangan
• Mengkomptasi perhitungan data dari plant
• Mengontrol dan memonitoring peralatan yang ada dilapangan

Sistem Komunikasi

Measurement device yang ada di lapangan seperti ( Pressure, Level, Flow, Temparature) tidak bisa di ukur maupun dikontrol oleh DCS tanpa adanya suatu komunikasi.

komunikasi merupakan salah satu komponen yang penting untuk menghubungkan device yang ada dilapangan dengan DCS yang ada dikontrol room.

selain itu fungsi dari komunikasi ini adalah untuk menghubungkan dengan device lain (interfacing) seperti PLC, SCADA, IIOT.

Arsitektur DCS

DCS merupakan salah satu jenis controller yang lengkap dan bisa disesuaikan dengan kondisi lapangan yang ada.berikut ini adalah sistem utamanya:

• Controller->Fungsi Utama dari DCS adalah sebagai controller(untuk mengendalikan proses di lapangan)
• I/O dalam DCS ada modul IO yang terhubung dengan field instrument.modul input ini digunakan untuk mendapatkan nilai dari transmiter, kemudian data akan di kirim ke FCU untuk diolah, kmudian hasilnya akan dikirim ke modul output untuk di transmisikan ke actuator.
• Terminal Unit->sebagai slot untuk menghubungkan device yang ada di FCS
• HMI/ Supervisory station–>berfungsi sebagai client untuk monitoring dan kontrol, menampilkan informasi proses yang ada dilapangan dalam bentuk GUI.
• Engineering Station–>ini sebenarnya sama dengan station-station yang lain, yang membedakan ada pada level authoritynya saja.

berikut ini adalah topologi dan arsitektur umum dari DCS

contoh-contoh arsitektur DCS dari berbagai vendor terkenal

System Redudancy

supaya sistem DCS ini mempunyai kehandalan yang tinggi maka sistem DCS harus buat secara redudancy.redudancy adalah suatu sistem yang selalu berfungsi dengan normal ketika ada beberapa fungsinya lainya mengalami gangguan atau kegagalan.

atau bahasa sederhananya redudancy ini adalah konsepnya sama seperti backup.misalnya jika kita mempunyai komputer supaya komputer saya tetap nyala walaupun listrik PLC mati, maka saya membutuhkan UPS.

hampir rata-rata sistem kontrol terdistribusi dirancang menggunakan system redudancy, yang jelas alasan utamanya adalah untuk kehandalan.jika ada salah part yg fail sistem tetap bisa berjalan.

berikut ini adalah dua alasan kenapa DCS harus menggunakan system redudancy.

• Rata rata DCS ini mengontrol plant yang high risk.high risk disini adalah apanila terjadi kerusakan atau kegagalan akan menimbulkan dampat yang luar biasa bagi lingkungan dan orang-orang disekitarnya.misalnya saja DCS ini digunakan untuk mengontrol suatu flare, otomatis DCS harus memonitoring sistem ini selama 24 jam secara terus menerus,apa yang terjadi jika sistem ini fail, apalagi sistemnya tidak redudancy???.yang jelas jika gas tidak terbakar, kemudian terjadi penumpukan di dalam kolom, maka akan mengakibatkan suatu ledakan.
• karena adanya permasalah seperti diatas maka redudancy ini mutlak diperlukan.karena dengan adanya redudancy ini semua proses tetap bisa dimonitoring ketika terjadi kegagalan sistem.

Jenis-Jenis Sistem redudancy

sebenarnya ada berbagai teknik atau metode dalam sistem redudancy ini, tapi disini saya akan membahas 2 metode saja yang banyak dipakai atau digunakan.

standby redudancy

sistem ini disebut juga sebagai sistem backup redudancy yaitu sistem slave atau sekundernya diam atau tidak bekerja, dan biasanya sistem sekundernya tidak otomatis di sinkronkan dengan sistem masternya jika terjadi fail atau kegagalan.

jadi ketika terjadi kegagalan pada sistem utama maka kita harus menyamakan sinyal input dan output ketika kita mau menswitch ke sistem sekundernya.pada sistem  standby redudancy ini dibagi menjadi dua yaitu :

• Cold standby

dalam cold standby ini sistem sekunder dalam keadaan mati.sistem ini mempunyai kelemahan downtime waktu yang lebih besar dibandingkan dengan sistem hot standby.

jadi ketika terjadi kegagalam pada sistem utama, maka kita harus menyalakan dulu unit standby, kemudian kita tunggu prosesnya sampai sistem standby ini online.

disamping menunggu proses online, kita juga harus sinkronisasi dengan sistem sebelumnya.masalah lain bisa timbul jg ketika mau switchover.

• hot standby

sistem hot standby ini unit sekundernya tidak posisi diam seperti pada cold standby, jadi sama-sama nyala dengan sistem utamanya.

karena sama-sama nyala dengan sistem utama, maka otomatis akan mempersingkat waktu downtimenya.

pada sistem ini bisa menggunakan swith external untuk beralih dari fungsi utama ke fungsi sekunder.karena itu sistem switching bisa diatur kapan harus beralih ke sistem sekundernya.

fungsi hot standby ini mirip dengan sistem redudancy yang kedua yaitu dual modular redudancy ( DMR) atau disebut juga sebagai redudancy pararel.

N modular Redudancy

sistem N modular redudancy ini hampir sama dengan hot standby yaitu semua sistem nyala secara pararel, dan bahkan di N modular ini semua unit yang terintegrasi bisa menerima informasi input yang sama dengan masternya.

dan switcher over sangat mudah untuk dilakukan bahkan wis membandingkan output mana yang akan digunakan.

waktu peralihan dari master ke slave sangat cepat dilakukan sehingga kehandalan sistem sangat tinggi, tapi sistem ini juga mempunyai resiko yang besar juga ketika terjadi kegagalan pada semua unit yang terintegrasi.

pada sistem N modular redudancy ini mempunyai 3 topologi utama yaitu : dual modular redudancy, triple modular redudancy, quadruple redudancy

1. Jelaskan pengertian dan apa funsi DCS!
2. Jelaskan kelebihan DCS dibandingkan dengan sistem kontrol yang lain.
3. Sebutkan dan jelaskan komponen FCS
4. Jelaskan fungsi HMI atau MMI?
5. Jelaskan perbedaan cold standby dan hot standby dalam sistem redundancy !

Demikian pengantar tentang apa itu DCS untuk materi selanjutnya Perangkat keras dari DCS