Sistem Instrumentasi Pneu Elek (2)

PT PERTAMINA (PERSERO)REFINERY DIRECTORATE

SISTEM INSTRUMENTASI PNEUMATIC DAN ELEKTRONIK

You cannot control what you cannot measure

INTRODUCTION TO INSTRUMENTATION

“When you can measure what you are speaking about, and express it in numbers, you know something about it. When you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind.”

- Lord Kelvin

A sensor is a device that has a characteristic that changes in a predictable way when exposed to the stimulus it was designed to detect.

A transducer is a device that converts one form of energy into another.

WHAT ARE SENSORS AND TRANSDUCERS ?

Standard instrument signals for controllers to accept as inputs from instrumentation and outputs to final control elements are:

pneumaticcurrent loop0 to 10 volt

WHAT ARE STANDARD INSTRUMENTATION SIGNAL ?

3 to 15 psig Before 1960, pneumatic signals were used almost

exclusively to transmit measurement and control information.

Today, it is still common to find 3 to 15 psig used as the final signal to a modulating valve.

Most often an I/P (I to P) transducer is used. This converts a 4-20 mA signal (I) into a pressure signal (P).


Pneumatic

What would our pneumatic signal be if our controller output is 40%?


psig3psig 12 Output Controller % psig Signal x

Pneumatic Scaling

4-20 milliamp Current loops are the signal workhorses in our processes. A DC milliamp current is transmitted through a pair of wires

from a sensor to a controller or from a controller to its final control element.

Current loops are used because of their immunity to noise and the distances that the signal can be transmitted.

WHAT ARE STANDARD INSTRUMENTATION SIGNAL ?Current Loop

Output Scaling Scale outputs for a one-to-one correspondence. Controller output is configured for 0% to correspond to a

4mA signal and 100% to correspond to a 20mA signal. The final control element is calibrated so that 4mA

corresponds to its 0% position or speed and 20mA corresponds to its 100% position or speed.

WHAT ARE STANDARD INSTRUMENTATION SIGNAL ?Current Loop Scaling

Input Scaling Scale inputs for a one-to-one correspondence as well. Example:

If we were using a pressure transducer with a required operating range of 0 psig to 100 psig we would calibrate the instrument such that 0 psig would correspond to 4mA output and 100 psig would correspond to a 20mA output.

At the controller we would configure the input such that 4mA would correspond to an internal value of 0 psig and 10mA would correspond to an internal value of 100 psig.

WHAT ARE STANDARD INSTRUMENTATION SIGNAL ?Current Loop Scaling

Instrumentasi merupakan ilmu pengetahuan mengenai pengukuran dan control secara otomatis.

Bila kita mengukur suatu besaran, biasanya kita mentransmisikan besaran ter sebut kepada peralatan indikasi atau penghitung dimana terdapat adanya ma nusia atau tindakan otomatis. Bila tindakan (aksi) otomatis, maka komputer me ngirim sinyal ke final controlling devices, yang akan mempengaruhi besaran yang diukur. Final control device biasanya dalam bentuk control valve (untuk mengendalikan flowrate fluida), electric motor, electric heater.

INTRODUKSI INSTRUMENTASI KILANG

Mulai dikembangkan pada awal tahun 1900 untuk memberikan control pneumatik yang handal, terutama sebagai penggerak control valve secara otomatis, sehingga operator dapat memodu lasi proses valve secara remote.

Teknologi lama yang masih diandalkan untuk aplikasi pengenda lian, sehubungan adanya kelebihan terutama digunakan pada intrinsic safety dalam lingkungan eksplosif, dan adanya resistan si terhadap kerusakan, dan kondisi korosi, karena didukung oleh udara yang bertekanan, bersih, dan kering.

Standard industri untuk sinyal pneumatic pressure adalah 3 s/d 15 psi, dengan skala terendah 3 psi, dan skala tertinggi 15 psi.

Simbol untuk jalur (line) tipe pneumatik pada P & ID adalah se bagai berikut :

INSTRUMENTASI PNEUMATIK

Digunakan untuk pengukuran proses dan control system untuk mentransmisi kan informasi antar komponen

Sinyal transmisi pneumatik digunakan untuk :a) Pneumatik controller.b) Pneumatic transmitter dan information transmission system.c) Current-to-pressure (I/P) transducers.d) Valve positionere) Pneumatic control loop

SINYAL TRANSMISI PNEUMATIK

Transmitter pneumatik diatas dicatu oleh udara bertekanan dengan pressure konstant. Sinyal output mela lui tubing menuju indikator berupa pressure gauge, yang dikalibrasi untuk membaca pressure proses. Cakupan (range) air pressure untuk ins trument pneumatik adalah 3 s/d 15 psi. Output pressure 3 psi me nyatakan skala ukur proses terendah, dan output pressure 15 psi menyatakan skala ukur tertinggi. Untuk transmitter yang dikalibrasi pada range 0 – 250 psi, dan label receiver juga 0 - 250 psig, maka mekanisme aktual daripada output transmitter pada range 3 s/d 15 psi

INSTRUMENTASI PNEUMATIK : PRESSURE TRANSMITTER

Sistem control pneumatik untuk temperatur, pressure, level, dan flow menggunakan sinyal air pressure sama, yaitu 3-15 psi. Transmitter dan controller dicatu udara bersih bertekanan (clean air compressed) pada pressure nominal 20 – 25 psi, dan travel sinyal via tubing.Aplikasi terbanyak dari pneumatik control system adalah pada aktuasi control valve, yang didominasi teknologi pneumatik. Pneumatik tidak hanya udara bertekanan untuk actuation force pada beberapa mekanisme control val ve, tetapi sering sinyal medium digunakan untuk posisi valve.Sinyal pneumatik juga berasal dari I/P transducer, atau current to pressure converter, dengan mengambil sinyal con trol 4-20 mA dari output electronic controller, dan menterjemahkan informasi sinyal pneumatik 3-15 psi ke positioner atau aktuator control valve.

INSTRUMENTASI PNEUMATIK : FLOW CONTROL SYSTEM

PNEUMATIK INDICATOR

PERBANDINGAN ANTARA PNEUMATIK DAN ELECTRONIC CONTROL SYSTEM

PERBANDINGAN ANTARA PNEUMATIK DAN ELECTRONIC CONTROL SYSTEM (LANJUTAN)

Intrinsic Safety menyatakan kemampuan instrument pengukuran dan sistem lainnya da am beroperasi dalam lingkungan eksplosif atau flammable, tanpa adanya percikan (sparks) atau busur api (arcs), yang dapat menyebabkan ledakan (eksplosif) atau keba karan.

Intrinsic Safety (IS) merupakan teknik proteksi untuk pengoperasian yang aman dari pe ralatan listrik atau sistem instrumentasi dalam area hazardous dengan membatasi energi untuk pengapian. Suatu area dengan konsentrasi flammable gas dan debu yang berba haya ditemukan pada aplikasi di refinery dan petrokimia.

Prinsip kerja Intrinsic Safety adalah meyakinkan bahwa energi listrik dan thermal yang ada dalam sistem cukup rendah, sehingga tidak terjadi pengapian dalam atmosfir hazar dous. Hal ini dapat dicapai dengan meyakinkan bahwa hanya voltage dan arus yang ren dah yang dapat memasuki area hazardous.

Aplikasi Intrinsic Safety berupa Intrinsically Safety Barrier (lihat blok diagram dibawah) :

INTRINSIC SAFETY

PNEUMATIC SENSING ELEMENT• Kebanyakan instrument

pneumatik sederhana, te tapi mempunyai mekanis me yang sensitif tinggi untuk mengkonversikan gerakan mekanikal ke dalam variable air pres sure, contoh : baffle and nozzle assembly (ka dang-kadang disebut flapper and nozzle as sembly.

• Jarak antara baffle dan nozzle mengubah resis tansi aliran udara mela lui nozzle, yang pada gi lirannya mempengaruhi air pressure yang terben tuk dalam nozzle (nozzle backpressure), dengan mekanisme membagi sumber pressure pneu matik menuju nilai teren dah berdasarkan rasio restriktif antara nozzle dan orifice.

• Dari grafik dapat dilihat beberapa gerakan orde 1/1000 inch cukup meng gerakkan output pneuma tik diantara limit saturasi.

ANALOGI MEKANISME PNEUMATIK DAN ELEKTRIK

Bila control rod bergerak keatas dan kebawah dengan gaya luar, maka jarak antara plug dan seat berubah. Perubahan resistansi ini berupa pembatasan udara, yang menyebabkan pressure gauge mencatat sejumlah perubahan pressure.Keduanya bekerja de ngan prinsip satu restriksi variabel, dan satu restriksi tetap (berupa orifice), yang memisahkan pressure compressed air menjadi nilai yang lebih rendah.

PRINSIP INSTRUMENT PNEUMATIK SELF BALANCING

1. Untuk mengukur besaran, menggunakan prinsip timbangan/neraca2. Dengan penambahan baffle/nozzle dan mekanisme bellows pada skala, maka kita dapat mengha

pus kebutuhan berat kuningan, dan malah mempunyai air pressure pengganti. Yang dibutuhkan ada lah sekarang adalah suatu cara mentranslasikan air pressure ke dalam indikasi massa yang dapat dibaca.

3. Solusinya sederhana : tambahkan pressure gauge kembali kedalam system. Gauge akan mencatat air pressure, dan saat ini air pressure akan proporsional ekivalen dengan contoh massa. Untuk menghormati proportionalitas, maka label satuan pressure gauge adalah gram (massa) sebagai pengganti Psi atau kPa (pressure).

4. Dengan melengkapi timbangan dengan pneumatic self balancing, maka akan berubah menjadi pneumatic self transmitter, yang mampu menyampaikan pengukuran massa dalam pneumatik, ben tuk analog untuk mengindikasikan gauge dengan jauh. Hal ini merupakan prinsip dasar force-balan ce yang digunakan pada hampir semua pneumatik transmitter untuk mengkonversikan proses peng ukuran ke dalam sinyal pneumatik 3-15 psi.

CONTOH : BOILER WATER LEVEL CONTROL SYSTEM

Elemen penting water level con trol system adalah : transmitter, controller, dan control valve.Level Transmitter (LT) untuk mendeteksi level air dalam ste am drum dan melaporkan peng ukuran ke controller dalam ben tuk sinyal instrument. Dengan level air yang makin tinggi da lam drum, akan menambah air pressure output dengan LT. Sinyal pneumatik kemudian diki rim kepada Level Indicating Controller (LIC), untuk memban dingkan sinyal level transmitter dengan nilai setpoint yang dike hendaki operasi.Kemudian controller membang kitkan sinyal output, yang me ngatakan control valve untuk menambah atau mengurangi air kedalam Boiler untuk mem pertahankan set point level air steam drum.

DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER MODEL 13 FOXBORO

ANALISA INSTRUMENT PNEUMATIK : DIFF. PRESSURE TRANSMITTER

Dp cell digunakan untuk mengukur pressure, vacuum, diffe rential pressure, level liquid, flow liquid atau gas, dan bah kan density liquid, menggunakan prinsip force-balance (atau motion balance), karena setiap perubahan posisi akan dide teksi oleh sensor (baffle/nozzle assembly) dan segera diko reksi dengan negatif feedback untuk mengembalikan kese timbangan.

DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER MODEL 13 FOXBORO

ANALISA INSTRUMENT PNEUMATIK : DIFF. PRESSURE TRANSMITTER

Akibatnya sinyal air pressure output merupakan differential pressure fluida pro ses yang dideteksi oleh diaphragm capsule. Pada foto diatas ujung jari tangan menunjukkan mekanisme baffle/nozzle pada bagian atas transmitter.Pada saat pressure naik, maka capsul diaphragm yang besar ditekan ke ka nan. Efek yang sama terjadi bila pressure pada port input “low pressure” turun. Hal ini disebut differential pressure transmitter, yang merespons perubahan dalam perbedaan pressure diantara dua input port.Kalibrasi instrument melalui dua adjustment, yaitu zero screw dan range wheel. Zero screw secara sederhana akan menambah tegangan pada bagian bawah range bar, menarik dalam arah menutup bellows sebagai zero screw yang diputar searah jarum jam.

1. Nominal Instrument Air Pressure : 690 kPA (100 Psi)

2. Unit Volume dan Flowrate (volumetrik)o Nmch : normal meter-cubed per houro Scfm : standard cubic feet per minuteo Fpm : feet per minute

Normal dan Standard kedua-duanya mengacu kepada volume pada kondisi referensi standard.

3. Dew point : Maximum : -40°C (-40°F), minimum : -20°C (-4°F) pada 100 psig. Pressure dew point pada dryer outlet sekurang-kurangnya 10°C (18°F) dibawah temperatur minimum setiap bagian instrument air system.

4. Tipikal instrument air umumnya berbasis pressure, jarang berbasis flow.

5. Setiap valve aktuator, sensor, signal converter atau peralatan lainnya memerlukan beberapa volume udara pada pressure tertentu untuk beroperasi (data lihat pada Tabel 1).

6. Komponen tipikal untuk Instrument Air Supply System adalah :Filter, Compressor, Air treatment system, Air receivers, Drain traps, After coolers and moisture separators, pressure regulators, Pressure-relief devices, Piping.

SISTEM DISTRIBUSI INSTRUMENT AIR

Source : Standard ANSI/ISA-7.0.01-1996 Quality standard for Instrument Air

COMPRESSED AIR DRYING SYSTEM : DESICCANT DRYER

INSTRUMENT AIR SUPPLY SYSTEM

KEBUTUHAN KAPASITAS UDARA BEBERAPA PART INSTRUMENT

Inspeksi AwalKonfirmasi data name plate konsisten dengan kriteria rancangan sistem trans misi seperti : pressure, kapasitas, dan temperatur.

Verifikasi jalur udara instrument dari air supply valve menuju air operated devi ce.

Pressure testTest ini dilakukan sesudah instalasi komponen, maintenance, modifikasi untuk memverifikasi integritas dan operasional dari komponen dan/atau sistem pada design pressure, dan operating pressure. Test lainnya adalah system integrity dengan bubble fluid untuk mengamati indikasi kebocoran.

Test (pengujian) pada saat start-up awal, dan sesudahnya secara periodik meliputi :a) Dew point testb) Lubricant content testc) Particle size testd) Contamination test

INSPEKSI DAN TESTING SISTEM TRANSMISI PNEUMATIK

1. Hal yang utama dalam pengoperasian instrumen pneumatik adalah memperta hankan kualitas udara instrument bersih dan kering, karena :a. Udara bertekanan umumnya kotor, berkarat, berminyak, berair, dan berisi

kontami nan lainnya, yang akan mengganggu problem operasional instrument pneumatik.

b. Moisture dalam udara bertekanan menyebabkan korosi pada bagian metal dalam mekanisme pneumatik, akan membentuk kotoran yang akan menghambat orifice dan nozzle, dan memakan diaphragm tipis dan bellows sampai timbul udara bocor.

2. Sumber instrument air supply hendaknya berasal dari dedicated air compres sor, dilengkapi automatic air dryer, dan terdistribusi melalui stainless steel, tembaga, dan tubing plastik (tidak menggunakan pipa besi atau galvanized iron).

3. Instrument pneumatik harus disupply sesuai dengan pressure yang seharus nya. Bila pressure supply terlalu rendah, maka instrument tidak dapat mengha silkan sinyal full scale. Bila pressure supply terlalu tinggi, akan terjadi failure internal oleh rupture diaphragm, seals, atau bellows.

4. Hindari vibrasi mekanikal, karena calibration adjustments akan longgar dan bergeser, sehingga mempengaruhi akurasi instrument.

OPERASI DAN PEMELIHARAAN INSTRUMENT PNEUMATIK

Kelemahan

• Sensitif terhadap vibrasi, perubahan temperatur, posisi pemasangan, dan akurasi kalibra si instrument pneumatik mempunyai derajat lebih besar daripada instrument elektronik.

• Compressed air merupakan utilitas yang mahal per ekivalen watt-hour dibandingkan lis trik – sehingga biaya operasional instrument pneumatik lebih besar dari elektronik.

• Biaya pemasangan instrument pneumatik tinggi, karena dibutuhkan tubing khusus (stain less steel, tembaga, plastik) untuk membawa supply udara dan sinyal pneumatik ke loka si yang jauh.

• Volume tubing udara untuk membawa sinyal pneumatik pada jarak tertentu sebagai low pass filter, secara alami damping respons instrument, dan dari sini mengurangi kemam puan dalam merespons secara cepat perubahan kondisi proses.

Keunggulan

• Instrument pneumatik lapangan merupakan intrinsic safety, tidak menghasilkan electrical sparks (di lingkungan gas eksplosif, liquid, abu dll).

• Berfungsi sebagai self purging, secara alami membersihkan bagian dalam instrument, mencegah intrusi abu dan vapor dari luar dengan pressure positif didalam instrument case.

• Instrument pneumatik dapat dioperasikan dengan gas bertekanan, selain udara, teruta ma instalasi gas alam.

KEUNGGULAN DAN KELEMAHAN INSTRUMENT PNEUMATIK

Sinyal elektronik analog menyatakan besaran voltage atau arus (current) yang menyatakan hasil pengukuran fisik atau besaran control.

Medium untuk mentransfer energi pada jarak yang panjang berupa listrik, dan juga dipakai oleh instrumentasi untuk mentransfer informasi.

Transmitter akan merasakan pressure fluida dari proses yang diukur, meregulasi arus listrik dalam rangkaian seri sesuai dengan hasil kalibrasi (4 mA = no pressure ; 20 mA = full pressure), dan indikator (ammeter) mencatat pengukuran pada skala yang terkalibrasi yang dibaca dalam unit pressure.

INSTRUMENTASI ELEKTRONIK ANALOG

Sinyal Analog Standard : arus listrik yang digunakan secara proporsional menyatakan pengukuran atau sinyal perintah, secara tipikal nilai arus 4 milliamp menyatakan skala 0 %, dan nilai arus 20 milliamp menyatakan skala 100 %, dan setiap nilai arus diantara 4 dan 20 milliamp menyatakan prosentase diantara 0 % dan 100 %.

Contoh : hasil kalibrasi temperatur transmitter range pengukuran 50° s/d 250°C, didapat kurva sebagai berikut :

INSTRUMENTASI ELEKTRONIK : SINYAL ANALOG 4 s/d 20 mA

Contoh sistem control yang menggunakan minimal 2 sinyal 4-20mA yang berbeda.

INSTRUMENTASI ELEKTRONIK : SINYAL ARUS ANALOG 4 s/d 20 mA

• Satu menyatakan Process Varia bel (PV), dan satunya menyata kan sinyal perintah ke final con trol element (Manupulated Varia bel atau MV)

• Relasi antara 2 sinyal seluruhnya tergantung pada respons control ler.

Perhitungan nilai milliamp ekivalen untuk setiap prosentase sinyal berdasarkan re lasi linear, maka persamaan berbentuk standard slope-intersect untuk garis ada lah y = mx + b, dimana y adalah arus ekivalen dalam milliamp, x adalah prosenta si sinyal yang diinginkan, m adalah span untuk range 4-20 mA (16 mA), dan b ada lah nilai offset atau “live zero” dari 4 mA. :

Current = (16 mA)() + (4 mA)

Persamaan ini identik dengan sinyal pressure instrument pneumatik (standard 3 s/d 15 psi)

Pressure = (12 Psi)( + (3 Psi)

Relasi matematikal yang sama untuk setiap range pengukuran linier. Untuk pro sentase pada range x, maka variabel yang diukur adalah sama dengan :

Measured variable = (span) ( + (LRV)

RELASI SINYAL 4 s/d 20 mA DENGAN VARIABEL INSTRUMENT

Sinyal output dari electronic loop controller sebesar 8,55 mA menuju control valve dengan respon direct (4 mA tutupan, dan 20 mA adalah bukaan penuh). Sebera pa besar bukaan control valve pada level sinyal MV.

Kita harus mengkonversikan besaran sinyal mA ke dalam prosentase valve travel. Hal ini berarti untuk menyatakan prosentasi besaran sinyal 8,55 mA ke dalam range 4-20 mA. Pertama-tama kita perlu memanipulasi formula prosentase – milliAmp untuk menyelesaikan prosentase (x) :

(16 mA)() + (4 mA) = current

(16 mA)(current – (4 mA)

(

X = () 100 %

Kemudian, kita sambungkan besaran sinyal 8,55 mA, dan solusi untuk x adalah :

X = ( ) 100 %

X = 28,4 %

Dari sini, control valve akan membuka 28,4 % bila sinyal MV pada besaran 8,55 mA.

CONTOH PERHITUNGAN : CONTROLLER OUTPUT TO VALVE

Suatu Flow Transmitter dengan range 0 s/d 80 M3/hr, output 4-20 mA, respon direct. Hitung besaran sinyal current pada flowrate 35 M3/hr.

Pertama-tama kita konversikan besaran flow 35 M3/hr ke dalam prosentase range, sebagai berikut :

0,4375 = 43,75 %

Kemudian, ambil besaran prosentase dan konversikan ke dalam besaran milliamp menggu nakan formula sebagai berikut :

(16 mA)(

(16 mA)(11 mA

Dari sini, output transmitter dari sinyal PV adalah 11 mA pada flow rate 35 M3/hr. Pa

ge 37

CONTOH PERHITUNGAN : FLOW TRANSMITTER

Bentuk sederhana current loop, adalah tipe yang menyatakan output process controller, mengirimkan sinyal perintah ke final control element.

Controller kedua-duanya menyuplai daya listrik dan mengendalikan arus DC ke final control element, yang bertindak sebagai beban listrik

Sebagai ilustrasi contoh satu unit controller mengirim sinyal 4-20 mA ke I/P signal converter, yang kemudian secara pneumatik menggerakkan control valve.

CONTROLLER OUTPUT CURRENT LOOPS

4-WIRE (“SELF POWERED”) TRANSMITTER CURRENT LOOPS

Sinyal arus listrik DC juga digunakan untuk mengkomunikasikan informasi pengukuran proses dari trans mitter, ke controller, indicator, recorder, alarm, dan input lainnya. Bentuk sederhana loop pengukuran 4-20 mA adalah dimana transmitter mempunyai dua terminal untuk koneksi wire sinyal 4-20 mA, dan dua terminal lainnya, tempat koneksi ke power source. Koneksi sinyal arus dari transmitter ke terminal pro cess variable input controller melengkapi loop tersebut. Secara tipikal controller proses tidak dilengkapi sinyal input milliamp, tetapi sinyal voltage, sehingga perlu memasang resistor presisi 250 ohm pada ter minal input, untuk mengkonversikan sinyal 4-20 mA ke dalam standard sinyal voltage 1 – 5 Volt DC

Standard HART digital/analog hybrid

• Teknologi yang diperkenalkan pada akhir 1980 adalah HART : Highway Addressable Remote Transmitter. Tujuan adanya standard HART adalah mem buat cara instrument yang secara digital berkomunikasi satu dengan lainnya pada dua wire yang sama untuk menyampaikan sinyal instrument analog 4-20 mA.

• HART adalah standard komunikasi hybrid, dengan satu variabel (channel) dikomunikasikan dengan besaran sinyal analog 4-20 mADC, dan channel lainnya untuk komunikasi digital dimana variabel lainnya dikomunikasikan menggunakan pulsa yang menyatakan besaran bit biner 0 dan 1.

• Data digital di encoded dalam HART dengan standard modem Bell 202 : dua frekuensi audio “tones” (1200 Hz dan 2200 Hz) yang digunakan untuk menya takan bilangan biner 0 dan 1, masing-masing ditransmisikan pada rate 1200 bits per detik. Hal ini dikenal sebagai Frequency Shift Keying atau FSK.

• Total loop resistansi (besaran resistor presisi dan resistansi wire) pada range tertentu : 250 ohm s/d 1100 ohm.

INSTRUMENTASI ELEKTRONIK DIGITAL


Transmitter HART mempunyai dua sumber arus paralel : satu DC dan satu AC. Untuk kemudahan ko neksi di lapangan, maka peralatan HART dihubungkan paralel. Hal ini untuk mengeliminasi kebutuhan memecah loop, dan menginterupsi arus sinyal DC setiap waktu untuk menghubungkan peralatan komu nikator HART dengan transmitter.


Manfaat Teknologi HART :• Data diagnostik dapat ditransmisikan dengan peralatan lapangan (self

test result, out-of-limit alarms, preventive maintenance alerts dll).• Instrument lapangan dapat dirubah rangenya secara remote melalui

penggunaan HART communicator.• Teknisi dapat menggunakan HART communicator untuk menekan ins

trument lapangan ke dalam posisi mode “manual”, untuk tujuan diag nostik (a.l memaksa output transmitter pada arus tetap, sehingga dapat memeriksa kalibrasi pada komponen loop lainnya, melakukan stroke valve secara manual yang dilengkapi dengan positioner HART.

• Instrument lapangan dapat diprogram dengan data identifikasi (seperti tag number, yang menyatakan dokumentasi loop instrument)

Definisi umum dari fieldbus adalah jaringan digital yang dirancang untuk interkoneksi an tar instrument lapangan.

Beberapa fieldbus standard adalah foundation fieldbus, profibus PA, profibus DP, profi bus FMS, modbus, AS-1, CANbus, ControlNet, DeviceNet, BACNet.

Utilitas instrument digital “fieldbus” akan nampak melalui host system instrument yang di hubungkan ke Distributed Control System (DCS).

FIELDBUS STANDARD

Host system pada gambar disebelah kanan adalah Emerson Delta V DCS, sedangkan device manager software adalah Emerson AMS

TIPE-TIPE TRANSMITTER

What Are Smart Transmitter ?

• A smart transmitter is a digital device that converts the analog information from a sensor into digital information, allowing the device to simultaneously send and receive information and transmit more than a single value.

• Smart transmitters, in general, have the following common features:– Digital Communications– Configuration– Re-Ranging– Signal Conditioning– Self-Diagnosis

What Are Smart Transmitter ?

• A smart transmitter is a digital device that converts the analog information from a sensor into digital information, allowing the device to simultaneously send and receive information and transmit more than a single value.

• Smart transmitters, in general, have the following common features:– Digital Communications– Configuration– Re-Ranging– Signal Conditioning– Self-Diagnosis

Digital Communication

Smart transmitters are capable of digital communications with both a configuration device and a process controller.

Digital communications have the advantage of being free of bit errors, the ability to multiple process values and diagnostic information, and the ability to receive commands.

Some smart transmitters use a shared channel for analog and digital data (Hart, Honeywell or Modbus over 4-20mA). Others use a dedicated communication bus (Profibus, Foundation Fieldbus, DeviceNet, Ethernet).

What Are Smart Transmitter ? Digital Communication

Most smart instruments wired to multi-channel input cards require isolated inputs for the digital communications to work.

What Are Smart Transmitter ? Digital Communication

What Are Smart Transmitter ? Configuration, Signal Conditioning, Self Diagnosis

• Configuration– Smart transmitters can be configured with a handheld

terminal and store the configuration settings in non-volatile memory.

• Signal Conditioning– Smart transmitters can perform noise filtering and can

provide different signal characterizations.• Self-Diagnosis

– Smart transmitters also have self-diagnostic capability and can report malfunctions that may indicate erroneous process values.

What Instrument Properties Affect a Process ? Measurement Resolution

• Resolution is the smallest amount of input signal change that the instrument can detect reliably.– Resolution is really a function of the instrument span

and the controller’s input capability.– The resolution of a 16 bit conversion is:

– The resolution of a 12 bit conversion is: – The bit error.

535,65

SpanInput

095,4

SpanInput

Accuracy of a measurement describes how close the measurement approaches the true value of the process variable.

% error over a range ± x% over

% of full scale % of span

Absolute over a range ± x units over

full scale span

What Instrument Properties Affect a Process ? Accuracy

Precision is the reproducibility with which repeated measurements can be made under identical conditions.

This may be referred to as drift.

What Instrument Properties Affect a Process ? Precision

What Instrument Properties Affect a Process ? Accuracy vs Precision

• Why is precision preferred over accuracy?

The gain of an instrument is often called sensitivity.

The sensitivity of a sensor is the ratio of the output signal to the change in process variable.

The dead time of an instrument is the time it takes for an instrument to start reacting to process change.

What Instrument Properties Affect a Process ? Instrumentation Dynamics : Gain and Dead Time

As for processes, one time constant for an instrument is the time it ta kes to provide a signal that represents 63.2% of the value of variable it is measuring after a step change in the variable.

Instrument manufacturers may sometimes specify the rise time instead of the time constant.

Rise time is the time it takes for an instrument to provide a signal that represents 100% of the value of the variable it is measuring after a step change in the variable.

The rise time of an instrument is equal to 5 time constants.

What Instrument Properties Affect a Process ? Instrumentation Dynamics : Time Constant

CalibrationPeralatan instrument perlu dikalibrasi dari waktu ke waktu untuk meyakinkan besaran yang benar. Interval kalibrasi tergantung pada jenis peralatan, brand, dan tipe.

Control loop checkBagian dari program preventive maintenance adalah memeriksa respons peralatan. Sebagai contoh bila flow diset 22 m3/hr, maka flow menjadi 22 m3/hr.

Physical instrumentation checkSemua instrumentasi perlu diperiksa secara fisik. Route inspeksi fisik untuk peralatan instrumentasi merupakan cara yang tepat untuk mengetahui problem fisik, dan identifikasi problem menjadi lebih mudah.

PREVENTIVE MAINTENANCE INSTRUMENTASI SECARA UMUM

Setiap instrumentasi sekurang-kurangnya terdapat satu input dan satu output.

Kalibrasi instrument berarti melakukan check dan adjust (bila perlu) untuk merespons, sehingga secara output hasilnya akurat yang menya takan input masih berada dalam range. Untuk pelaksanaannya, maka salah satu instrument dibuka ke input aktual dengan stimulus yang tepat dari besaran yang sudah diketahui secara presisi.

Range instrument berarti melakukan set range bilangan terendah dan tertinggi, sehingga dapat merespons sensisitivitas yang diinginkan de ngan perubahan input.

Dalam instrument analog, re-range hanya (biasanya) dapat dilakukan dengan rekalibrasi, sedangkan adjustment yang sama dapat dipakai untuk tujuan ke dua-duanya. Dalam instrument digital, kalibrasi dan ra nging merupakan adjustment terpisah, maka penting untuk memahami perbedaan tersebut.

KALIBRASI PERALATAN INSTRUMENTASI

Tujuan kalibrasi adalah untuk meyakinkan input dan output instrument, yang menyatakan dari satu ke yang lainnya, yang dapat diprediksi melalui keseluruh an range operasi.

Kita dapat menyatakan ekspetasi ini dalam bentuk grafik, yang memperlihat kan bagaimana relasi input dan output :

Grafik memperlihatkan setip prosentase input prosentase yang sama dari input dan output.

ZERO DAN SPAN ADJUSTMENT

Grafik untuk Pressure Transmitter dengan range input 0 ke 100 psi dan range sinyal output elektronik arus listrik dari 4 ke 20 mA.

• Grafik masih linier, zero pressure tidak sama dengan zero current. Hal ini di sebut live zero, karena pengukuran titik 0 % (0 psi fluid pressure) menyatakan sinyal elektronik non zero (“live”).

Secara fungsi matematik dapat dinyatakan dengan persamaan “slope intercept” :

y = mx + b

Kalibrasi instrument tidak jauh berbeda, persamaan diatas sebagai y = 0,16 x + 4, dimana x merupa kan input dalam psi, sedangkan y merupakan arus output dalam milliamp.

Terdapat 2 adjustment, yaitu zero (adjustment besaranLRV pada fungsi vertikal grafik) dan span (adjustment slope fungsi grafik)

ZERO DAN SPAN ADJUSTMENT : PRESSURE TRANSMITTER

Kalibrasi adjustment pada “analog transmitter” yaitu setting “zero” dan “span”.

Besaran proses berupa pressure akan dideteksi oleh sensor, yang setelah melalui low-pass filter circuit, amplifier, dan driver circuit, akan mengeluarkan output 4-20 mA.

KALIBRASI ANALOG PRESSURE TRANSMITTER

• Smart field instrument yang berisi microprocessor merupakan kemajuan dalam industri instrumentasi, yang mempunyai kemampuan diagnostik, accuracy yang lebih tinggi (karena kompensasi digital dari nonlinieritas sensor), dan kemampuan untuk melakukan komunikasi secara digital dengan host devi ces untuk melaporkan beberapa parameter.

• Blok diagram smart pressure transmitter sebagai berikut :

• Kalibrasi smart transmitter tidak hanya besaran range terendah dan tertinggi (LRV dan URV), tetapi ju ga kalibrasi analog to digital converter, dan digital to analog converter secara independent.

SETTING LRV DAN URV, DIGITAL TRIM DIGITAL TRANSMITTER

INSTRUMENT LINIER

• Prosedur kalibrasi sederhana instrument linier adalah metoda “zero dan span”.

• Rangkuman metoda sebagai berikut :Terapkan stimulus besaran yang terendah pada instrument, tunggu untuk kestabilan.Geserkan adjustment zero sampai register instrument akurat pada titik ini.Terapkan stimulus besaran yang tertinggi pada instrument, tunggu untuk kestabilan.Geserkan adjustment span sampai register instrument akurat pada titik ini.Ulangi step 1 sampai 4 sesuai kebutuhan untuk mencapai akurasi yang baik pada kedua

range.

• Variasi check pada 0% (LRV), 25%, 50%, 75%, 100% sambil melakukan zero dan span adjustment pada 0% dan 100%, dengan tujuan untuk meyakinkan akurasi minimum di pertahankan pada semua titik sepanjang skala, sehingga respons instrument terbukti sa at service.

• Prosedur lainnya adalah metoda kalibrasi Up-down, adalah memeriksa instrument pada kalibrasi 5 titik saat penurunan sama baiknya pada saat kenaikan, dengan tujuan untuk mengetahui adanya hysteresis, kurangnya respons saat perubahan arah kalibrasi.

INSTRUMENT NON LINIER

• Kalibrasi instrument linier lebih menantang dari instrument linier, karena tidak hanya adjustment zero dan span, tetapi juga lebih dari dua titik untuk mendefinisikan kurva, an tara lain meliputi expanded-scale electrical meter, square root characterizers, dan posi tion characterizerd control valve.

• Setiap instrument non linier mempunyai rekomendasi kalibrasi dari pabrikan.

PROSEDUR KALIBRASI INSTRUMENT

INSTRUMENT DISKRIT

• Dalam enjiniring, suatu variabel diskrit atau pengukuran mengacu pada kondi si “true” atau “false”. Jadi sensor diskrit adalah hanya satu yang mampu untuk mengindikasikan bahwa variabel yang diukur berada diatas atau dibawah set point.

• Instrument diskrit memerlukan regular kalibrasi seperti instrument kontinyu. Kebanyakan instrument diskrit mempunyai satu adjustment : set point atau trip point, sedangkan beberapa process switch mempunyai dua adjustment : set point dan juga adjustment deadband. Tujuan dead band adjustment adalah un tuk melaksanakan adjustable buffer range yang harus dilalui sebelum perubah an state switch.

• Pada saat kalibrasi, yakinkan akurasi set-point pada arah yang benar pada stimulus perubahan, contoh air pressure switch, cek untuk melihat perubahan state switch, 85 psi falling, bukan 85 psi rising.

• Prosedur yang efisien dalam kalibrasi instrument diskrit tanpa terlalu banyak trial dan error adalah menge-set pada stimulus yang diinginkan (hipotesis 85 psi pada low pressure switch), kemudian geserkan adjustment setpoint pada arah yang berlawanan dengan arah stimulus)

PROSEDUR KALIBRASI INSTRUMENT

• Error kalibrasi hysteresis terjadi, bila merespons adanya perbedaan antara kenaikan input dibanding kan penurunan input.

• Hysteresis error hampir selalu disebabkan friksi mekanik pada beberapa elemen penggerak (dan/atau kehilangan coupling beberapa elemen mekanik) seperti bourdon tubes, bellows, diagrams, pivots, levers, atau gear sets.

• Hampir semua error kalibrasi merupakan kombinasi dari problem zero, span, linierity, dan hysteresis.

TYPICAL CALIBRATION ERRORS : HYSTERESIS

DOKUMENTASI KALIBRASI

Up-test dan down-testTidak biasanya untuk tabel kali brasi memperlihatkan banyak ti tik kalibrasi arah naik sama baik nya dengan arah turun, untuk tu juan dokumentasi hysteresis dan dead band error. Contoh berikut memperlihatkan transmitter de ngan hysteresis maksimum 0,313 % (titik data singgungan di tandai huruf bold tebal)

Dokumentasi as found dan as left. Bertujuan untuk mendokumenta sikan kedua kondisi tersebut, se hingga data selalu tersedia untuk menghitung “drift” instrument dari waktu ke waktu.Secara tipikal dokumentasi as fo und dan as left seperti tabel dise belah kanan, yang memperlihat kan titik kalibrasi, respons instru ment ideal, respons instrument ak tual, dan kalkulasi error pada seti ap titik.

Sistem Instrumentasi Pneu Elek (2)

Documents

Transcript of Sistem Instrumentasi Pneu Elek (2)