JCCP TR-21-09

Sebagai negara yang sebagian besar kebutuhan minyak buminya diperoleh dari import, Jepang memberikan prioritas yang tinggi untuk menjamin stabilitas pasokan minyak bumi, yaitu dengan menjaga hubungan baik dan erat dengan negara-negara produsen minyak bumi.  Ditambah lagi dengan kondisi dunia saat  ini yang berubah begitu cepat dan turbulen, Jepang merasa sangat penting dan krusial untuk menjaga hubungan baik tersebut.

Dari prepektif inilah, Japan Coorperation Center Petroleum yang sering dikenal dengan JCCP didirikan pada bulan Nopember 1981.   JCCP bertujuan untuk mempromosikan kerja sama teknis dan pertukaran personil dengan negara-negara penghasil minyak. Kegiatan utamanya meliputi penyediaan program training untuk tenaga teknis maupun administrasi, pengiriman tenaga ahli Jepang ke luar negeri, mensponsor konferensi dan seminar internasional dan untuk melakukan studi dan penelitian. Khusus untuk program training,  hampir setiap tahun perusahaan tempat saya bekerja mengirimkan engineer  untuk mengikuti berbagai program training di Jepang.

Saya beruntung karena diberikan kesempatan untuk mengikuti salah satu program training JCCP, yang akan dilaksanakan dari tanggal 09 Februari s/d 26 Februari 2010 mendatang. Program training yang akan saya ikuti adalah TR-21-09: Advanced Process Control on DCS. Jadwal lengkapnya adalah sbb:

Bumpless Transfer di DCS Foxboro I/A Series

Bumpless transfer merupakan suatu fitur/fasilitas yang umumnya terdapat pada blok kontrol PID standard industri yang berfungsi untuk mencegah terjadinya perubahan mendadak pada output kontrol pada saat transisi mode kontrol dari Manual ke Auto atau dari Local ke Remote pada konfigurasi cascade. Seperti diketahui bahwa pada mode Manual, output kontrol PID diatur secara manual oleh operator, sedangkan pada mode Auto, output kontrol PID merupakan hasil kalkulasi algoritma PID yang besarnya bergantung pada error (Setpoint – Process variable). Jadi bisa saja terjadi bahwa pada suatu saat nilai output PID pada mode  Manual jauh berbeda dari hasil kalkulasi algoritma PID, sehingga jika mode kontrol diubah dari Manual ke Auto pada kondisi seperti ini, akan terjadi perubahan mendadak pada output PID yang tentu saja sangat tidak baik untuk operasi sebuah kontrol. Kondisi yang sama juga akan terjadi pada saat mode kontrol berubah dari Local ke Remote pada konfigurasi cascade. Untuk mengatasi hal ini maka diperlukan fasilitas bumpless transfer.

Pada DCS Foxboro I/A Series, bumpless transfer dilakukan dengan cara mengembalikan informasi yang ada di blok sesudahnya (downstream block) melalui parameter/jalur BCALCO ke blok PID melalui parameter/jalur BCALCI.  Berikut adalah beberapa konfigurasi bumpless transfer pada kontrol PID di DCS Foxboro I/A Series.

Apabila blok sesudah PID adalah AOUT (analog output) maka BCALCI blok PID dihubungkan ke BCALCO blok AOUT, seperti gambar di atas. Pada blok PID, nilai BCALCI akan digunakan sebagai nilai awal (initial value) untuk OUT pada saat mode kontrol berubah dari Manual ke Auto. Sedangkan pada blok AOUT, nilai BCALCO sama dengan MEAS. Sehingga pada saat perubahan mode kontrol dari Manual ke Auto, nilai OUT blok PID sama denga nilia MEAS blok AOUT (yang sama dengan nilai OUT blok PID pada saat mode Manual), dengan demikian tidak akan terjadi lonjakan mendadak (bump) pada OUT blok PID pada saat transisi dari Manual ke Auto tersebut.  Pada gambar di atas BCALCO blok AOUT juga dihubungkan ke FBK blok PID, ini dimaksud untuk menghasilkan aksi integration untuk mencegah terjadinya integral windup.

Apabila blok sesudah PID adalah juga PID (konfigurasi cascade), maka BCALCI blok PID yang di muka (upstream/primer) dihubungkan ke BCALCO blok PID yang di belakang (downstream/sekunder), seperti pada gambar di atas. Pada PID (sekunder), nilai BCALCO sama dengan MEAS kecuali pada saat transisi dari Local ke Remote dimana pada kondisi ini nilai BCALCO sama dengan SPT. Sehingga pada saat blok PID sekunder diubah mode-nya dari Local ke Remote (cascade), maka OUT blok PID primer bernilai sama dengan SPT blok PID sekunder, dengan demikian tidak akan terjadi perubahan mendadak pada setpoint PID sekunder (RSP).

Apabila digunakan blok Output Select (OUTSEL) untuk memilih satu  dari dua buah output kontrol (lebih besar atau lebih kecil), maka konfigurasinya seperti pada gambar berikut.

Apabila menggunakan blok Switch (SWCH), maka konfigurasinya sbb:

Apabila menggunakan kontrol Ratio, maka konfigurasi bumpless transfernya seperti pada gambar berikut.

System Dynamics

Sudah lama saya ingin mempelajari lagi topik ini, tapi nggak pernah terlaksana. Mengapa saya ingin? Ada 3 alasan, pertama untuk bernostalgia, dulu waktu kuliah di Lab LSPK ITB, saya ikut kuliahnya Pa. Tasrif mengenai topik ini. Waktu itu simulasinya masih  pakai Micro Dynamo berbasis DOS, tugasnya waktu itu membuat model untuk Star War. Jadi dengan mempelajari System Dynamics rasanya seperti masa kuliah dulu. Alasan kedua adalah, System Dynamics melatih kita untuk berpikir yang lebih komprehensif (secara kesisteman), hal ini disebabkan dalam pemodelan System Dynamics semua hal yang terkait diperhitungkan.  Alasan ketiga, karena System Dynamics masih saudara dekat dengan bidang pekerjaan yang saya geluti saat ini, yaitu Process Control.  Dalam Process Control yang kita pelajari adalah dinamika dari suatu unit proses, kemudian berusaha untuk mengontrolnya sehingga kondisi operasi yang diinginkan tetap terjaga. Jadi (mungkin) Process Control merupakan bagian dari System Dynamics. Sebagai bagian dari System Dynamics mestinya teknik/metode yang dipakai System Dynamics bisa juga diterapkan untuk Process Control (kalau nggak salah hal ini pernah disampaikan oleh Pa. Tasrif waktu kuliah dulu) atau sebaliknya, metode yang ada di Process Control bisa digunakan pada System Dynamics.

System Dynamics yang terkadang disebut juga sebagai System Thinking pertama kali diperkenalkan oleh Prof Jay W Forrester dari MIT pada tahun 1960-an.  Saat ini System Dynamics digunakan diberbagai bidang, dari industri hingga manajemen; dari sejarah hingga musik.

Model Predictive Control

Advanced Process Control (APC) merupakan teknik kontrol yang sudah terjamin baik (proven) dan banyak digunakan di industri proses seperti kilang minyak, pabrik petrokimia dan industri kimia lainnya. Tujuan penggunaannya adalah untuk meningkatkan efisiensi operasi unit proses.  Salah satu jenis APC yang paling banyak digunakan adalah teknologi Model/Multivariable Predictive Control (MPC). MPC, dengan kemampuannya menangani banyak variabel sekaligus sudah terbukti memberikan kinerja yang jauh lebih baik dibandingkan dengan Basic Regulatory Control (BRC) ataupun Enhanced Regulatory Control (ERC).  Beberapa fitur penting dari teknologi MPC akan dijelaskan berikut ini.

Multi-variable & Model predictive.  Di dalam industri proses banyak ditemukan unit proses atau bagian unit proses yang memiliki sifat interaksi, dimana perubahan salah satu variabel proses (sebagai manipulated variable) akan mempengaruhi lebih dari satu variabel proses lainnya (sebagai controlled variable). Unit proses dengan sifat interaksi seperti ini ditambah waktu tunda (time delay) yang lama, membuat ia sangat sulit untuk dikontrol oleh BRC maupun ERC.  MPC dengan kemampuannya menangani banyak variabel sekaligus (multi variable) ditambah kemampuannya memanfaatkan model proses untuk memprediksi outputnya dimasa mendatang (predictive control), membuat ia sangat cocok untuk mengatasi permasalahan interaksi dan waktu tunda ini.  Menggunakan data-data input (manipulated variable/MV) dan output (control variable/CV) pada waktu sebelumnya, MPC dapat memanfaatkan model proses untuk memprediksi CV termasuk error/deviasinya dan memberikan MV dengan besaran tertentu sehingga error/deviasi tersebut tidak terjadi.

Optimizing.  MPC memiliki paket optimasi bawaaan (embedded), seperti linear programming atau quadratic programmining. Dengan menggunakan informasi mengenai harga umpan (feed), utilitas (utility) dan produk (product), serta dengan mempertimbangkan batasan (constraint) operasi, program optimasi akan menentukan kondisi operasi yang paling menguntungkan. Dalam setiap siklus, target operasi dalam bentuk setpoint akan ditentukan, MV yang dikeluarkan akan menggerakan kondisi operasi ke target tersebut.

Constraint Handling.  Biasanya operator mengoperasikan unit operasi pada daerah yang aman, jauh dari batasan operasi dan proses (operation & process constraint). Akan tetapi, MPC memiliki kemampuan untuk mengontrol operasi unit proses sedekat mungkin dengan batasan tersebut.  Batasan operasi yang umumnya dijumpai misalnya spesifikasi produk, sedangkan batasan proses misalnya kemampuan pompa, control valve serta peralatan proses lainnya.

Error Dalam Pengukuran (Lanjutan)

Seperti yang dijelaskan pada tulisan yang lalu, bahwa suatu hasil pengukuran dinyatakan dalam berntuk  y ± C(y) 95, n  ;  dengan y adalah perkiraan nilai benar dan  C(y) adalah uncertainty pada 95% confidence level, n pengukuran.

Perkiraan nilai benar y merupakan nilai rata-rata dari n buah hasil pengukuran, setelah mengeluarkan spurious error dan systematic error (bias).  Spurious error diketahui dengan menggunakan Dixon’s (outlier) test.  Systematic error sangat sulit untuk diketahui, umumnya hanya bisa diketahui dari riset atau pengalaman.  Jika ada informasi mengenai systematic error ini, maka tinggal mengurangkannya dari data hasil pengukuran.

Uncertainty hasil pengukuran C(y) terdiri dari dua komponen, yaitu  a(y) yang disebabkan oleh random error dan b(y) yang disebabkan oleh systematic error.  Komponen a(y) ditentukan dengan menggunakan rumus statistik berikut :  a(y) = (t_{0.5, n-1}) x s(y)/n^0.5  dengan  s(y) adalah standard deviasi,  (t_{0.5, n-1})  merupakan t-distribution pada 95% confidence level dan n-1 degree of freedom dan n adalah jumlah pengukuran (setelah dikeluarkan spurious error).

Untuk komponen b(y), apabila ia berbentuk distribusi uniform, maka b(y) = 0.9 x |(e₁-e₂)/2| dengan  e₁ dan e₂  adalah nilai maksimum systematic error.  Apabila systematic error memiliki nilai positive (e₁ ) dan negative (e₂) yang sama besar (misalnya -1 s/d +1) maka b(y) = 0.95 |e₁| = 0.95 |e₂|.  Dan apabila sistematic error disebabkan oleh lebih dari satu penyebab maka b(y) = (b₁(y)² + b₂(y)² + …)^0.5  .    Kombinasi antara a(y) dan b(y) untuk menghasilkan c(y) dengan menggunakan rumus berikut  c(y) = (a(y)² + b(y)²)^0.5 .

Berikut adalah langkah-langkah perhitungan y ± C(y) secara lengkap:

Langkah 1 : Tentukan dan keluarkan spurious error dengan menggunakanDixon’s test  seperti pada tabel berikut:

Langkah-langkah pengetesannya adalah sbb:

• Urutkan hasil pengukuran berdasarkan besar nilainya, mulai dari nilai terkecil.
• Pilih kriteria test yang digunakan, berdasarkan jumlah pengukuran (n) dan kriteria low atau high.
• Hitung Dixon Ratio R. Jika hasilnya lebih besar dari critical ratio pada P=0.95  (atau P=0.99 tergantung yang dipilih), maka hasil pengukuran yang sedang ditest sangat mungkin mengandung spurious error sehingga harus dikeluarkan/dibuang. Ulangi perhitungan Dixon Ratio R ini sampai tidak ada hasil pengukuran yang dibuang.

Langkah 2 : Mengurangkan semua data hasil pengukuran yang memenuhi Dixon’s outlier test dengan bias, untuk koreksi terhadap systematic error.

• y = x – e, untuk error yang konstan, atau
• y = x – f(x), untuk error yang tidak konstan, atau
• y = x – e , untuk error rata-rata, dengan e  = (e₁+e₂)/2 .

Langkah 3 : Estimasi nilai benar (true value), yang merupakan nilai rata-rata hasil pengukuran (hasil pengukuran yang sudah dikurangi bias pada Langkah 2), dengan menggunakan rumus berikut :  

y = 1/n (y₁ + y₂ + … + y_n)

Langkah 4 : Menghitung rentang c(y).

a(y) = (t_{0.5, n-1}) x s(y)/n^0.5

 b(y) = 0.95 | (e₁ – e₂)/2|

c(y) = (a²(y) + b²(y))^0.5

 Dengan   (t_{0.5, n-1})  merupakan t-distribution pada 95% confidence level dan n-1 degree of freedom, seperti pada tabel berikut:

Sedangkan s(y) adalah standard deviasi yang dihitung dengan rumus berikut:

Langkah 5 .  Sebagai tambahan informasi, hitung repeatability hasil pengukuran dengan rumus sbb:

r =  (t_{0.5, n-1}) [2^0.5 s(y)]

Contoh .     Sebagai contoh (diambil dari API MPMS 13.1-85), terdapat 6 kali pengukuran level tanki dengan hasil dalam mm sbb : 6534 – 6544 – 6542 – 6540 – 6543 – 6544.  Systematic error diperkirakan berasal dari adanya sludge di bottom tanki (-4 mm s/d 0 mm) dan dari ketidak akuratan gauge tape yang digunakan untuk pengukuran (-1 mm s/d +1 mm).  Selanjutnya akan dihitung  y ± c(y)   seperti berikut:

Sehingga akhirnya pernyataan hasil pengukuran diatas menjadi : 6544.6 ± 2.96 mm atau dibulatkan menjadi 6545 ± 3 mm (95% conf level, 5 kali pengukuran).

Error Dalam Pengukuran

Setiap hasil pengukuran selalu mengandung error. Tidak ada pengukuran yang bebas error, ini merupakan sifat alamia, kecuali jika yang diukur/dihitung adalah jumlah barang atau jumlah kejadian. Error dalam pengukuran dikelompokan menjadi 3 jenis, yaitu spurious error, systematic error dan random error.

Spurious error merupakan gross error. Penyebab spurious error adalah karena kesalahan manusia (salah menggunakan metode, salah baca, salah lihat, salah mencatat) atau karena kesalahan alat ukur (instrument yang tidak berfungsi dengan baik).  Spurious error akan menyebabkan hasil pengukuran tidak valid karena berada jauh dari nilai rata-ratanya (outlier). Spurious error tidak bisa diikutkan dalam analisa statistik.  Cara menentukan spurious error dalam sekelompok hasil pengukuran adalah dengan outlier test.

Systematic error disebabkan oleh berbagai faktor yang secara sistematis mempengaruhi hasil pengukuran. Misalnya suatu keributan terjadi di dekat ruangan kelas dimana murid-murid sedang melakukan test.  Keributan ini bisa menyebabkan kesalahan menjawab pada semua murid karena terganggunya konsentrasi akibat keributan tersebut.  Contoh lainnya adalah adanya sludge dalam tanki bahan bakar yang menyebabkan kesalahan pada pengukuran level bahan bakar dalam tanki tersebut (level sludge juga ikut terukur).  Systematic error bernilai tetap atau jika berubah ia bisa diprediksi. Jadi Systematic error akan memberikan bias pada hasil pengukuran. Bias tersebut bisa bernilai positif atau negatif. Dalam prakteknya, systematic error ini sangat sulit untuk diidentifikasi/ditentukan.

Random error disebabkan oleh faktor-faktor yang secara acak/random berpengaruh pada suatu variable/besaran sepanjang proses cuplikan/sampling pengukuran.  Salah satu contoh faktor tersebut misalnya suasana hati (mood) seseorang yang bisa berpengaruh pada kinerjanya sehingga bisa mempengaruhi hasil pengukuran.  Random error menyebabkan pengukuran berulang yang dilakukan terhadap suatu besaran tidak pernah menghasilkan nilai yang sama.  Hasil pengukuran berulang tersebut akan terdistribusi di sekitar nilai benar-nya dan mengikuti distribusi normal (Gausian). Random error dapat ditentukan dengan menggunakan metode statistik.

Untuk membuat suatu hasil pengukuran dapat diterima oleh semua pihak, maka perkiraan error yang terkandung dalam hasil pengukuran tersebut harus disampaikan, baik menyangkut besarnya error tersebut maupun tingkat signifikannya.  Secara umum pernyataan hasil pengukuran yang baik akan berbentuk sbb:  : y ± C(y) 95, n (95% confidence level, n measurement). Dengan y  adalah perkiraan nilai benar dari pengukuran, yang juga merupakan nilai rata-rata dari beberapa kali pengukuran setelah dikoreksi terhadap systematic error,  dan C(y) adalah error.  Pernyataan diatas mengandung pengertian, nilai benar y tersebut 95% kemungkinan berada pada rentang  y  -  C(y)   dan  y + C(y) .

Process Control Hierarchy – Contoh di Debutanizer

Untuk lebih memahami process control hierarchy yang dibahas pada tulisan sebelumnya, berikut akan diperlihatkan salah satu contohnya yaitu pada unit debutanizer. Debutanizer dipilih karena unit proses ini cukup sederhana. Perlu diketahui bahwa tidak semua komponen Process Control Hierarchy digunakan di unit debutanizer ini, yang ada hanya tiga komponen pertama, yaitu Basic Regulatory Control, Enhanced Regulatory Control dan Advanced Process Control.

Debutanizer: Process Description & Basic Regulatory Control.

Debutanizer merupakan suatu unit proses yang memisahkan komponen C3/C4 (propane/butane) dari produk liquid yang lebih berat. C3/C4 merupakan komponen LPG.

Unit debutanizer terdiri dari Column utama V1, Overhead receiver V2, Reboiler heater H1 dan serangkaian Heat exchanger, Pompa serta peralatan pendukungnya, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Feed yang umumnya berasal dari unit proses sebelumnya masuk ke Column melalui bagian sampingnya. Di dalam Column akan terjadi proses pemisahan C3/C4 dari liquid yang lebih berat. Liquid akan mengalir ke bagian bawah Column, sedangkan vapor akan naik ke bagian atas Column. Vapor keluar dari bagian atas (overhead) Column, didinginkan di Condencer E1, kemudian masuk  ke Receiver V2 dalam bentuk campuran vapor dan liquid.  Dalam Receiver V2,  vapor dipisahkan dari liquid. Vapor keluar dari V2 dibawah kendali pressure control PC01 menuju ke unit proses lainnya. Liquid dari V2 dikeluarkan dengan pompa P1. Sebagian liquid tersebut dikembalikan ke Column V1 sebagai reflux dibawah kendali temperature control TC02 yang di-cascaded ke FC03, sebagian lainnya sebagai produk LPG (overhead product) dikirim ke unit proses lanjutannya dibawah kendali level control LC04 yang di-cascaded ke FC05.  Sebagian vapor yang naik ke bagian atas Column V1 dihasilkan oleh Reboiler heater H1 dengan mensirkulasi sebagian liquid yang ada di bagian bawah Column V1 kembali ke V1 melalui H1. Sirkulasi reboiler ini menggunakan pompa P2. Liquid (bottom product) dikeluarkan dari bagian bawah Column V1 dengan menggunakan pompa P3 dibawah kendali level control LC06 yang di-cascaded ke FC07, menuju ke unit proses selanjutnya. Heater H1 merupakan 2-pass heater, dimana masing-masing pass dilengkapi dengan flow control FC08 dan FC09. Temperature yang keluar dari H1 dikontrol oleh TC12 yang di-cascaded ke fuel gas flow control FC13 dan Combustion air flow control  FC14.  Konfigurasi control yang dijelaskan ini (seperti yang ada dalam gambar diatas) merupakan basic regulatory control (BRC).

Enhanced Regulatory Control.

Untuk meningkatkan kinerja sistem kontrol dalam mendukung operasi unit Debutanizer diatas, maka dipasang Enhanced Regulatory Control (ERC) untuk melengkapi BRC yang ada. ERC yang dibuat tersebut terdiri dari:

• V1 Internal Reflux Control.
• H1 Pass Temperature Balance Control.
• H1 Fuel Heating Value Compensation.
• H1 Combustion Air Ratio Control.

V1 Internal Reflux Control.  Tujuan V1 Internal Reflux Control adalah untuk memanipulasi (mengubah-ubah) internal reflux dalam rangka menjaga/mengontrol top temperature TC02.  Dengan konfigurasi ini response kontrol akan lebih baik karena internal reflux memberikan response yang lebih cepat dibandingkan dengan external reflux seperti yang digunakan pada konfigurasi BRC.  Internal reflux dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: Fint = F * (1 + Cp/Hv * (To – Tr)), dengan F adalah external reflux flow (FI03), Cp adalah reflux heat capacity , Hv adalah reflux heat of vaporization, To adalah overhead temperature (TI15) dan Tr adalah reflux temperature (TI16).   Konfigurasi ERC ini juga dilengkapi dengan switch (HS03) sehingga operator dapat memilih apakah menggunakan ERC (internal reflux control) atau BRC (external reflux control).

H1 Pass Temperature Balance Control.  Tujuan konfigurasi ERC ini adalah untuk menjaga kesetimbangan temperature keluaran yang ada pada kedua pass H1, dengan mempertahankan total flow agar tetap pada suatu nilai tertentu.  Temperature yang setimbang (sama) di kedua pass akan membuat heater lebih efisien dan mengurangi terbentuknya kerak pada kedua pass.  Pass temperature balance control akan menjaga temperature keluaran semua pass agar selalu sama dengan jalan memanipulasi (mengubah-ubah) flow masing-masing pass melalui setpoint yang diberikan ke flow control masing-masing pass.  Prinsip kerja Pass Temperature Balance Control secara garis besar adalah jika temperature keluaran salah satu pass lebih tinggi, maka setoint flow control pass tersebut dinaikan sehingga temperature keluarannya turun, begitu pula sebaliknya.  Pada skema kontrol ini, digunakan delta temperature control (DTC10) dengan aksi integral, yang berfungsi menjaga perbedaan (delta) temperature yang keluar dari kedua pass selalu berharga nol.  Keluaran DTC10 di-cascaded ke flow control masing-masing pass melalui setpoint distribution (FY08A). Apabila pass 1 lebih tinggi dari pass 2 maka setpoint FC08 bertambah dan FC09 berkurang, begitu pula sebaliknya. FY08B merupakan logic untuk Auto/Manual/Cascade transfer termasuk perhitungan untuk bumpless dan ramp changes.  Ini diperlukan karena block FY08A tidak memiliki fitur untuk Auto/Manual/Cascade transfer.

H1 Fuel Heating Value Compensation.  Tujuan skema ERC ini adalah untuk mengkompensasi fuel gas heating value dengan SG fuel gas.  Perubahan fuel gas heating value perlu dikompensasi sehingga diperoleh kandungan panas fuel gas yang masuk lebih konstan.  Dalam skema ini, fuel gas flow dikompensasi terlebih dahulu sebelum digunakan untuk controller, dengan menggunakan persamaan berikut:   F = Fr * ((SG)^0.5 * Hv)/((SGd)^0.5 * HVd); dengan Fr adalah flow fuel gas sebelum kompensasi (FI13); SG adalah SG fuel gas (AI16), SGd adalah design SG fuel gas (konstanta), Hv adalah heating value fuel gas (Hv = 7.2326 * (155 + 1425 * SG)/SG) dan Hvd adalah design heating value fuel gas (Hvd = 7.2326 * (155 + 1425 * SG)/SG ; yang juga sebuah konstanta).  Hand Switch (HS13) digunakan agar operator dapat memilih apakah menggunakan ERC (fuel heating value compensation) atau BRC (tanpa kompensasi).

H1 Combustion Air Ratio Control.   Tujuan skema kontrol ini adalah untuk mengontrol combustion air ratio.  Ketika jenis fuel berubah, operator mengubah nilai ratio sehingga kontrol akan mengubah aliran udara (combustion air flow) secara otomatis.  Ratio juga dapat diubah secara otomatis dengan menghubungkan setpoint (remote setpoint) control ini ke master control, seperti excess O2 control.  Skema kontrol ini juga dilengkapi dengan combustion air temperature compensation (FY14).

 

Advanced Process Control.

Sama seperti sistem kontrol pada umumnya, APC menggunakan beberapa jenis variable, yaitu control variable (CV) merupakan variable yang akan dikontrol termasuk untuk constraint, manipulated variable (MV) merupakan variable yang akan dimanipulasi/diubah-ubah nilainya dalam rangka menjaga CV pada setpointnya atau pada rantangnya. Selain itu, ada disturbance variable (DV) yang merupakan variable yang menggambarkan gangguan yang dapat diukur (measurable disturbance).  Dalam algoritmanya, APC menggunakan model yang menggambarkan hubungan antara MV/DV dengan CV. Berdasarkan nilai CV/DV saat itu yang diperoleh dari ERC, BRC atau kalkulasi dan CV yang ingin dicapai (predictive), APC menghitung besarnya MV yang optimal dan mengirimkan ke ERC atau BRC.

Berikut adalah contoh MV dan CV untuk unit debutanizer (pada contoh ini tidak ada DV):

• MV01 : TC12.SPT – H1 COT Setpoint.
• MV02 : FC05.OUT – LPG Flow Control Valve Position.
• MV03 : PC01.SPT – Overhead Pressure Control Setpoint.
• MV04 : FC14.OUT – H1 Comb Air Control Valve Position.
• CV01 : CL25.Value – Calculation LPG C5 Content.
• CV02 : FC03.SPT – External Reflux Flow Control Setpoint.
• CV03 : FC13.OUT – H1 Fuel Gas Flow Control Valve Position.
• CV04 : AI21.PNT – H1 Flue Gas O2 Content.
• CV05 : TI20.PNT – H1 Stack Temperature.
• CV06 : PI22.PNT – H1 Stack Pressure.
• CV07 : TC02.MEAS – Top Tray Temperature.
• CV08 : CI27. VALUE – H1 Max Tube Skin Temperature.

Tabel berikut adalah model yang digunakan dalam APC. Model ini diperoleh dari hasil step test.

Akhirnya secara lengkap, sistem kontrol pada unit debutanizer adalah seperti pada gambar berikut.

Process Control Hierarchy

Implementasi sistem kontrol dalam industri proses dapat dikelompokan dalam beberapa tingkat/hierarchy. Pengelompokan tingkat atau hierarchy ini didasarkan pada berbagai pertimbangan, antara lainnya yang akan dibahas disini adalah pengelompokan berdasarkan fungsi dan/atau metode yang digunakan, seperti terlihat pada gambar berikut.

 

Tingkat paling bawah adalah Basic Regulatory Control (BRC), yang langsung berhubungan dengan process plant melalui field instruments seperti sensor/transmitter, analyzer dan control valve.   Umumnya BRC merupakan PID feedback control, beberapa diantaranya dilengkapi dengan konfigurasi cascade atau feedforward atau kalkulasi sederhana. BRC dijalankan di Distributed Control System (DCS) atau Fieldbus Control System (FCS) atau single loop controller (baik yang electronic maupun pneumatic).

Tingkat berikutnya  adalah Enhanced Regulatory Control (ERC) atau terkadang disebut dengan low level APC. Konfigurasi ini masih menggunakan PID feedback control sebagai mainnya dan dilengkapi dengan konfigurasi cascade atau feedforward atau kalkulasi yang lebih kompleks dibandingkan dengan BRC.  ERC menerima inputdanmemberikan output ke BRC atau langsung ke field instruments. ERC juka dijalankan di DCS atau FCS.  Terkadang BRC dan ERC sangat sulit untuk dibedakan, sehingga keduanya dianggap berada pada level yang sama dan disebut regulatory control.

Tingkat yang ketiga adalah Advanced Process Control (APC). APC menggunakan process model untuk menghitung sinyal control.  APC memberikan sinyal controlnya berupa target operasi sebagai setpoint untuk ERC dan/atau BRC, serta menerima process variable dan constraint dari ERC dan/atau BRC. Jika ada POC, maka APC akan menerima informasi mengenal target plant/unit dari POC dan memberikan informasi mengenai kondisi plant ke POC.  Salah satu jenis/teknologi APC yang paling banyak digunakan adalah Model Predictive Control (MPC).  Untuk mendukung operasi APC, terkadang diperlukan inferential calculation untuk menghitung/memprediksi nilai process variable  tertentu, misalnya product quality.  APC paling banyak dijalankan di Process Computer (PC workstation atau server), yang terpisah dari DCS/FCS, meskipun ada juga yang dijalankan di level DCS.

Tingkat keempat adalah Process Optimization Control (POC), merupakan online-realtime optimization. POC menggunakan non linear, steady state modeling (regiruous model) & optimization. Ia menerima target operasi dari perencanaan operasi (operation planning & schedulling) baik secara manual maupun secara otomatik, kemudian melakukan simulasi berdasarkan kondisi plant untuk mendapatkan target operasi yang paling optimum untuk masing-masing unit operasi.

Tingkat berikutnya adalah Macro LP, ini adalah aplikasi yang digunakan di tingkat perencanaan operasi (planning & schedulling) untuk mendapatkan target operasi jangka panjang (planning) maupun jangka pendek/harian (schedulling).

Memiliki semua aplikasi seperti yang ada dalam diagram hierarchy diatas adalah hal yang paling ideal.  Jarang sekali suatu plant memiliki semua aplikasi tersebut, umumnya hanya sebagian. Misalnya hanya memiliki BRC, ERC dan Macro LP; atau BRC, ERC dan APC.

SIS : (10) Design Consideration – Separation

Salah satu pertimbangan dalam perancangan SIS (SIS design consideration) adalah isu pemisahan antara SIS dan Sistem Kontrol (Basic Process Control Sistem atau disingkat BPCS).

Pemisahan antara SIS dan BPCS akan mengurangi kemungkinan kedua sstem tersebut rusak (unavailable) pada saat yang bersamaan. Selain itu, pemisahan ini juga bisa mencegah adanya pengaruh perubahan pada BPCS terhadap fungsi SIS. Oleh karena itu secara umum bisa dikatakan bahwa pemisahan antara BPCS dan SIS akan lebih baik dibandingkan dengan jika keduanya disatukan.

Ada dua jenis pemisahan, yaitu identical separation dan diverse separation.  Identical separation adalah pemisahan dengan menggunakan dua jenis sistem yang sama/identik, baik menyangkut teknologi, peralatan atau metode perancangan. Sedangkan diverse separation adalah pemisahan dengan menggunakan dua jenis sistem yang berbeda, baik menyangkut teknologi, peralatan atau metode perancangan.

Identical separation umumnya dapat diterima untuk SIL I. Diverse separation akan memberikan tambahan keuntungan yaitu mengurangi kemungkinan terjadinya systematic error dan mengurangi common cause failure (merupakan faktor yang sangat penting untuk SIL 3).

Terdapat 4 bagian/area dalam SIS-BPCS, dimana pemisahan diperlukan dalam rangka memenuhi persyaratan SIL, yaitu:

• Field sensor.
• Final control element.
• Logic solver.
• Communication (antara SIL dan BPCS).

1.  Pemisahan Sensor:

• SIL 1 : Penggunaan sensor tunggal untuk kedua sistem  SIS dan BPCS sudah memenuhi persyaratan.
• SIL 2 : Identical separation antara SIS dan BPCS sudah memenuhi persyaratan.
• SIL 3 : Identical separation sudah memenuhi persyaratan, tetapi lebih baik jika menggunakan diverse separation.

2.  Final Control Element.

• SIL 1 : Valve tunggal untuk SIS dan BPCS bisa digunakan asalkan unsafe failure rate-nya memenuhi persyaratan safety (safety integrity requirement). Selain itu, perancangannya harus menjamin bahwa aksi SIS harus bisa mengatasi (override) aksi BPCS.
• SIL 2 : Identical separation untuk SIS dan BPCS sudah memenuhi persyaratan.  Sedangkan penggunaan valve tunggal untuk SIS dan BPCS bisa diterima asalkan dilakukan sefety review terlebih dahulu untuk meyakinkan bahwa safety integrity-nya terpenuhi.
• SIL 3 : Identical seperation sudah memenuhi persyaratan, tetapi lebih baik jika menggunakan diverse separation.

3.  Logic Solver.

• SIL 1 : Identical separation atau diverse seperation.
• SIL 2 : Diverse separation, atau identical separation yang membutuhkan safety review terlebih dahulu untuk meyakinkan bahwa safety integrity-nya terpenuhi.
• SIL 3 : Diverse separation.

Untuk kasus khusus dimana tidak mungkin melakukan pemisahan antara SIS dan BPCS (seperti pada sistem kontrol untuk turbin gas), maka diperlukan tambahan pertimbangan berikut:

• Evaluasi terhadap kegagalan/failure dari komponen-komponen yang dipakai bersama (common) dan software, terutama menyangkut pengaruhnya terhadap kinerja SIS.
• Life cycle support (seperti perubahan, pemeliharaan, testing dan dokumentasi) terhadap keseluruhan sistem harus diberlakukan sebagai sebuah SIS.
• Adanya pembatasan akses ke program atau konfigurasi sistem.

4.  Communication.

• No external communication : Diterima untuk semua SIL.
• Hard-wired between BPCS and SIS : Dapat diterima untuk SIL 1 dan SIL 2. Sedangkan untuk SIL 3 diperlukan safety review untuk meyakinkan bahwa safety integrity-nya terpenuhi.
• Read only external communication from SIS to BPCS : Dapat digunakan untuk semual SIL asalkan safety review sudah dilakukan untuk menjamin bahwa tidak ada kompromi terhadap safety. Salah satunya adalah dengan mengukur tingkat proteksi (write protection), antara lain: 1) Hard-wired switch (atau jumper) untuk membatasi akses untuk menulis (write access). 2) Safety function dilakukan di SIS ROM.
• Read/write external communication with write protection of the safety function: Dapat digunakan untuk SIL 1 dan SIL 2 tetapi SIL 3 membutuhkan safety review.  Ukuran tingkat proteksi (write protection) adalah: 1) Pembatasan waktu akses untuk menulis (limited time for write access). 2) Software switch (seperti password) untuk membatasi akses untuk menulis.
• Read/write external communication with limited or no write protection of the safety function: Bisa digunakan untuk SIL 1. Untuk SIL 2 memerlukan safety review. Sedangkan SIL 3 tidak diperbolehkan.

Selamat Idul Fitri 1430 H

Selamat Hari Raya Idul Fitri 1430 H.

Maaf Lahir & Bathin.

 

 

 

.