Sistem Pengukuran Instrumentasi
1. Fungsi Instrumentasi
Seperti ditunjukkan pada Gambar 1. dibawah ini, maka fungsi instrumentasi pada suatu proses industri diklasifikasikan sebagai berikut : |
| Gambar 1. Fungsi Instrumentasi |
- Sebagai alat Ukur, yaitu untuk memonitor kondisi operasi, melalui pengukuran variabel proses yang mempengaruhi jalannya operasi, seperti tekanan, temperatur, jumlah aliran, level dan lain-lain.
- Sebagai alat Kontrol, untuk mengendalikan jalannya operasi agar variabel proses selalu sesuai dengan harga yang diinginkan.
- Sebagai alat Safety, untuk mencegah kerusakan pada peralatan dan mencegah kecelakaan pada operator.
- Sebagai alat analisa, untuk menganalisa produk, apakah sudah memenuhi spesifikasi tertentu seperti yang diinginkan.
Pengukuran berarti membandingkan sesuatu yang telah ditentukan sebagai standard dengan sesuatu yang belum diketahui untuk mendapatkan besaran kwantitatif dari sesuatu yang diukur tersebut. Dengan demikian teknik pengukuran adalah cara-cara guna mendapatkan hasil pengukuran yang setepat-tepatnya atau mengurangi kesalahan-kesalahan yang mungkin timbul pada pengukuran.
 |
| Gambar 2. Sistem Pengukuran Secara Umum |
Secara umum sistem pengukuran dibagi menjadi tiga bagian. Hal tersebut adalah sebagai berikut :
- Input devices (sensor)
- Intermediate means (signal modifier)
- Output devices (read out device)
 |
| Gambar 3. Sistem Pengukuran |
Bagian input disebut juga sebagai elemen sensor atau tranducer. Dimana tugas sensor adalah merubah suatu besaran fisis menjadi besaran fisis yang lain. Contoh : dari panas ke listrik, dari tekanan ke perpindahan dan lain-lain. Bagian process tugasnya melakukan pengolahan data atau sinyal yang diberikan oleh bagian input untuk dimodifikasi, dikuatkan atau diubahnya menjadi bentuk lain sesuai dengan besaran/signal yang dibutuhkan read out device. Bagian output atau read out device tugasnyamemperagakan informasi yang dihasilkan bagian proses dalam bentuk sesuai dengan kebutuhan sistem. Peragaan informasi atau data bisa dalam valve (yang melaksanakan sinyal pengendali yang datang dari controller).
Instrumentasi merupakan alat-alat dan piranti (device) yang dapat dipakai sebagai alat pengukuran, pengontrolan dan analisa dalam suatu system yang lebih besar dan kompleks. Sistem pengukuran, analisa dan control dalam instrumentasi ini bisa dilakukan secara manual (hasilnya dibaca dan ditulis tangan), tetapi bisa juga dilakukan secara otomatis dengan mengunakan komputer (sirkuit elektronik). Untuk jenis yang kedua ini, instrumentasi tidak bisa dipisahkan dengan bidang elektronika dan instrumentasi itu sendiri.
Adapun jenis – jenis Pengukuran yang dilakukan menggunakan instrumentasi antara lain :1. Pengukuran Tinggi cairan (Level)
2. Pengukuran Tekanan (Pressure)
3. Pengukuran Suhu ( Temperature)
4. Pengukuran Aliran (Flow)
Sistem instrumentasi yang dapat digunakan didalam industri harus memenuhi beberapa syarat-syarat antara lain harus dapat dipercaya (reliable), harus teliti (accuracy). Beberapa hal yang sangat penting untuk keperluan proses dan faktor-faktor yang mempengaruhi adalah mengenai :
- Fungsi dan alat ukur- Jenis besaran yang akan diukur
- Daerah pengukuran (range) dari besaran proses
- Kepekaan dan ketelitian dari pengukuran
- Kehandalan (kekuatan dari instrumentasi)
3. Sistem Pengukuran dan Pengaturan Level
Hampir semua proses dalam dunia industri membutuhkan alat-alat otomatis untuk mengendalikan variabel proses termasuk dalam mengendalikan level cairan. Gabungan serta kerja alat-alat otomatis pengendali otomatis pada pengendalian level itulah yang disebut dengan sistem proses pengendalian level sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem tersebut dinamakan dengan instrumentasi proses pengendalian level. Ada empat langkah yang harus, diperhatikan dalam sistem proses pengendalian level yaitu :
1. Mengukur level
2. Membandingkan level yang terukur dengan level yang diharapkan.
3. Menghitung kesalahan
4. Mengoreksi dan memperbaiki kesalahan tersebut
Apabila langkah tersebut dilakukan sekaligus oleh alat instrumentasi, maka sistem pengendalian level seperti ini disebut sistem pengendalian level otomatis.
Sistem pengukuran dan pengaturan secara umum terdiri dari beberapa elemen antara lain :
a. Primary Element (Sensing Element)
b. Secondary Element (Transmitter)
c. Control Element
d. Final Control Element
Dalam sistem pengaturan ke empat element diatas selalu dipakai, sedang pada sistem pengukuran control element diganti dengan “Receiver” berupa indicator , recorder dan final element tidak digunakan.
Ada kalanya primary element dan secondary element merupakan suatu bagian yang tidak dapat dipisahkan secara phisik.
Susunan umum dari sistem pengaturan dapat dilihat pada blok diagram pada gambar 4.
1. Mengukur level
2. Membandingkan level yang terukur dengan level yang diharapkan.
3. Menghitung kesalahan
4. Mengoreksi dan memperbaiki kesalahan tersebut
Apabila langkah tersebut dilakukan sekaligus oleh alat instrumentasi, maka sistem pengendalian level seperti ini disebut sistem pengendalian level otomatis.
Sistem pengukuran dan pengaturan secara umum terdiri dari beberapa elemen antara lain :
a. Primary Element (Sensing Element)
b. Secondary Element (Transmitter)
c. Control Element
d. Final Control Element
Dalam sistem pengaturan ke empat element diatas selalu dipakai, sedang pada sistem pengukuran control element diganti dengan “Receiver” berupa indicator , recorder dan final element tidak digunakan.
Ada kalanya primary element dan secondary element merupakan suatu bagian yang tidak dapat dipisahkan secara phisik.
Susunan umum dari sistem pengaturan dapat dilihat pada blok diagram pada gambar 4.
Gambar 4 Blok Diagram Sistem Pengaturan
3.1 Primary Element
Primary element adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah suatu besaran phisis (suhu, tekanan, aliran dan level) menjadi besaran phisis yang lainnya.
Pada pengukuran level ada 2 (dua) metode yang dipakai yaitu :
- Pengukuran level secara langsung
Pengukuran level secara langsung adalah tingi permukaan fluida cairan yang langsung dapat diketahui.
- Pengukuran level secara tidak langsung
a. Pengukuran level dengan gelas penunjuk (sigh glass)
Pengukuran dengan gelas penunjuk merupakan cara yang sederhana, mudah, aman dan murah. Prinsip kerjanya adalah bejana berhubungan diisi cairan dengan berat jenis yang sama akan mempunyai permukaan yang sama pula.
Pada pengukuran level ada 2 (dua) metode yang dipakai yaitu :
- Pengukuran level secara langsung
Pengukuran level secara langsung adalah tingi permukaan fluida cairan yang langsung dapat diketahui.
- Pengukuran level secara tidak langsung
a. Pengukuran level dengan gelas penunjuk (sigh glass)
Pengukuran dengan gelas penunjuk merupakan cara yang sederhana, mudah, aman dan murah. Prinsip kerjanya adalah bejana berhubungan diisi cairan dengan berat jenis yang sama akan mempunyai permukaan yang sama pula.
Gambar 5 Pengukuran Level dengan Sigh Glass
b. Pengukuran Level Berdasarkan Variable Displacement
Pengukuran level variable displacement prinsipnya menggunakan Hukum Archimedes bahwa apabila suatu benda dimasukkan kedalam fluida/cairan maka benda tersebut akan mendapatkan gaya tekan keatas/beratnya akan berkurang sebesar berat fluida/cairan yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Pengukuran level variable displacement prinsipnya menggunakan Hukum Archimedes bahwa apabila suatu benda dimasukkan kedalam fluida/cairan maka benda tersebut akan mendapatkan gaya tekan keatas/beratnya akan berkurang sebesar berat fluida/cairan yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Gambar 6 Pengukuran Level Berdasarkan Variable Displacement Displacer
Prinsip ini dipakai dengan menggunakan displacer sebagai benda yang variable displacement jika permukaan zat cair naik/turun maka displacer akan mengalami perubahan berat, sehingga menimbulkan perubahan sudut punter dari torque tube yang berhubungan dengan pointer untuk mengetahui besaran level yang diukur. Perubahan sudut punter dari tube dimanfaatkan untuk menggerakan flapper atau nozzle system supaya menghasilkan signal pneumatic 3 – 15 psi.
Gambar 7 Pengukuran Level dengan Displacer (Masoneilan)
(Hardware Modul Pertamina, 2006)
3.2 Secondary Element
Element ini berfungsi mengolah perubahan fisik yang dihasilkan oleh sensor menjadi suatu penunjukan (indicator) atau menjadi suatu signal standar untuk ditranmisikan ke receiver (indicator dan recorder)
maupun control element (controller). Signal standard yang digunakan pada peralatan instrumentasi adalah :
Signal pneumatic : 3 – 15 psi
Signal listrik : 4 – 20 mA , 1 – 5 Vdc
Secondary element ini secara umum disebut transmitter :
Control valve adalah komponen akhir dari control system yang disebut juga dengan final control element. Fungsi dari control valve adalah untuk mewujudkan signal koreksi dari controller menjadi suatu aksi yang dapat mengembalikan kondisi proses ke harga yang telah ditentukan bila terjadi penyimpangan.
Dalam pengoperasiannya control valve mempunyai 2 (dua) macam aksi :
- ATO (Air to Open) / Normally Close, bila ada signal input control valve cenderung membuka.
- ATC (Air to Close) / Normally Open, bila ada signal input control valve cenderung menutup.
Control valve bekerja, digerakkan oleh pneumatic signal standard instrumen antara 3 – 15 psi dari controller.
Secara garis besar control dibagi atas :
- Actuator
- Body
Element ini berfungsi mengolah perubahan fisik yang dihasilkan oleh sensor menjadi suatu penunjukan (indicator) atau menjadi suatu signal standar untuk ditranmisikan ke receiver (indicator dan recorder)
maupun control element (controller). Signal standard yang digunakan pada peralatan instrumentasi adalah :
Signal pneumatic : 3 – 15 psi
Signal listrik : 4 – 20 mA , 1 – 5 Vdc
Secondary element ini secara umum disebut transmitter :
- Blind transmitter yaitu suatu alat yang mengubah besaran fisik dari sensor menjadi signal standar untuk dikirimkan ke alat lainnya tanpa indicator. Misalnya pressure cell flow transmitter tanpa indicator.
- Indicating atau recording Transmitter yaitu alat yang mengubah besaran fisik dari sensor menjadi besaran yang langsung bisa dibaca disamping tetap diubah menjadi signal standar untuk dikirimkan ke alat lain. Misalnya pressure transmitter dengan indicator
Control valve adalah komponen akhir dari control system yang disebut juga dengan final control element. Fungsi dari control valve adalah untuk mewujudkan signal koreksi dari controller menjadi suatu aksi yang dapat mengembalikan kondisi proses ke harga yang telah ditentukan bila terjadi penyimpangan.
Dalam pengoperasiannya control valve mempunyai 2 (dua) macam aksi :
- ATO (Air to Open) / Normally Close, bila ada signal input control valve cenderung membuka.
- ATC (Air to Close) / Normally Open, bila ada signal input control valve cenderung menutup.
Control valve bekerja, digerakkan oleh pneumatic signal standard instrumen antara 3 – 15 psi dari controller.
Secara garis besar control dibagi atas :
- Actuator
- Body
Gambar 8 Control valve
(Hardware Modul Pertamina, 2006)
3.4 ControllerSecara umum kerja dari controller adalah melakukan pengaturan terhadap variable proses dengan cara memerintahkan final control elemen mengatur variable proses. Kemudian hasil pengaturan dirasakan oleh
sensing element untuk dilaporkan ke controller untuk dibandingkan dengan nilai yang diinginkan (set point).
Jadi fungsi-fungsi controller adalah :
a. Membandingkan antara harga yang diinginkan set point (SP) dengan measurement (PV).
b. Menghitung berapa besar perbedaan set point (SP) dengan measurement variable (MV) atau berapa deviasinya.
c. Melakukan koreksi terhadap proses atas dasar menbandingkan dan menghitungnya.
d. Menghilangkan perbedaan dari kedua harga tersebut dengan cara merubah-rubah besarnya suatu manipulated variable, hingga control variable nya (PV) terjaga.
4. Jenis-Jenis Sistem Pengendalian
Suatu sistem pengendalian, dapat dibedakan berdasarkan jenis dari loop pengendaliannya. Ada 2 jenis loop pengendalian, yaitu:
1. Open Loop Control (Lup Terbuka)Suatu sistem pengendalian, dapat dibedakan berdasarkan jenis dari loop pengendaliannya. Ada 2 jenis loop pengendalian, yaitu:
Untuk memahami bentuk loop pengendalian ini, amatilah gambar di bawah ini. Open loop control adalah sistem pengendalian yang keluarannya tidak akan dapat mempengaruhi aksi dari pengendaliannya (output tidak dilakukan feed back ke input). Diagram blok control loop terbuka ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Open Loop Control
Dengan:V = set point
m =variabel termanipulasi
G1= unsur kontrol
c = variabel terkontrol
G2= unsur proses
2. Close Loop Control (Loop Tertutup)
Close Loop Control adalah merupakan sistem pengendalian yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengendaliannya. Struktur kontrol loop tertutup umpan balik ditunjukkan pada Gambar 10 dan Struktur kontrol loop tertutup umpan maju ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 10 Close Loop Control dengan Umpan Balik
Dengan:v = set point
m =variabel termanipulasi
G1 = unsur kontrol
G2 = unsur proses
c = variabel terkontrol
e = sinyal aktuasi
H = variabel feed back
Gambar 11 Struktur Kontrol Lup Tertutup Umpan Maju
DAFTAR PUSTAKA
Hartono, 2008, Handbook Pertamina, jurnal Instrumentasi Engineer, PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit II Dumai.Refinery Unit II Dumai, PT. Pertamina, 1969, Maintenance Instrumentasi Lesson Guide, Foxboro Perkind Indonesia, Anonim, Yokohama Heavy Docyard.
Refinery Unit II Dumai, PT. Pertamina, 2006, Handbook Pertamina, A.s Bulit Drawing, Mitsihibushi Industries LTD, Yokohama.
