Apa jenis instrumen otomatisasi?

Banyak orang yang baru mengenal instrumentasi merasa kewalahan ketika pertama kali melihat banyaknya instrumen di lokasi.

Dengan nama-nama seperti pengukur tekanan, termometer, pengukur aliran, pengukur level, katup kontrol, pemancar, PLC, DCS, alarm, dan penganalisis, mudah untuk bingung tentang cara mengkategorikannya.

Pada kenyataannya, instrumentasi otomatisasi tidak serumit itu. Dari perspektif lokasi, ini terutama berkisar pada satu tujuan: mengukur parameter proses, mentransmisikannya, menampilkannya, dan mengontrolnya—sambil juga menyediakan alarm dan perlindungan peralatan jika diperlukan.

Berdasarkan fungsi, instrumen otomatisasi umumnya dapat dibagi menjadi enam kategori utama:

Instrumen pengukuran lapangan, instrumen kontrol lapangan, aktuator lapangan, instrumen tampilan dan perekaman, instrumen pengatur/kontrol, dan instrumen pengukuran khusus.

I. Apa yang dilakukan instrumen otomatisasi?

Instrumen otomatisasi bukan sekadar perangkat untuk "membaca nilai."

Dalam loop kontrol yang lengkap, instrumen pengukuran mengumpulkan parameter lapangan, pengontrol melakukan analisis dan perhitungan, aktuator mengeksekusi tindakan, dan instrumen tampilan/perekaman menyajikan data kepada operator dan menyimpannya untuk sistem.

Ambil contoh loop kontrol suhu: termokopel atau termometer resistansi mengukur suhu; pemancar suhu mengirimkan sinyal ke PLC atau DCS; pengontrol menghitung respons yang diperlukan dan mengeluarkan sinyal; dan akhirnya, katup kontrol menyesuaikan aliran uap, air panas, atau air pendingin.

Oleh karena itu, instrumen tidak ada secara terisolasi. Saat melakukan pemecahan masalah di lokasi, seseorang tidak bisa hanya fokus pada satu pengukur; instrumen harus dianalisis dalam konteks seluruh loop kontrol.

II. Instrumen Pengukuran Lapangan

Instrumen pengukuran lapangan berfungsi sebagai sumber data untuk sistem otomatisasi. Jika pengukuran tidak akurat, fungsi tampilan, perekaman, dan kontrol selanjutnya akan terganggu.

Instrumen pengukuran lapangan umum meliputi instrumen untuk mengukur level cairan, tekanan, suhu, dan aliran, serta instrumen analisis gas dan cairan.

Instrumen level digunakan untuk mengukur level cairan, level material, atau posisi antarmuka di tangki penyimpanan, menara, reaktor, dan silo. Jenis umum meliputi pengukur level flap magnetik, pengukur level tipe pelampung, pengukur level radar, pengukur level ultrasonik, pengukur level kapasitif, pengukur level tekanan diferensial, dan sakelar level.

Instrumen tekanan digunakan untuk mengukur tekanan, tekanan diferensial, atau level vakum di perpipaan, bejana, dan peralatan. Jenis umum meliputi pengukur tekanan, pemancar tekanan, pemancar tekanan diferensial, sensor tekanan, dan sakelar tekanan. Pengukur tekanan terutama digunakan untuk pembacaan di lokasi, pemancar tekanan untuk transmisi sinyal jarak jauh, dan sakelar tekanan untuk alarm dan fungsi interlock.

Instrumen suhu mengukur suhu medium atau permukaan peralatan. Jenis umum meliputi termometer bimetal, termometer kaca, termokopel, detektor suhu resistansi (RTD), pemancar suhu, sakelar suhu, dan termometer inframerah. Termokopel cocok untuk aplikasi suhu tinggi, sedangkan RTD lebih cocok untuk pengukuran suhu rendah hingga sedang.

Instrumen aliran mengukur laju aliran gas, cairan, atau uap. Jenis umum meliputi pengukur aliran elektromagnetik, vortex, turbin, ultrasonik, massa, pelat orifice, dan area variabel (rotameter). Pemilihan memerlukan verifikasi yang cermat terhadap medium, rentang aliran, tekanan dan suhu, viskositas, konduktivitas, dan persyaratan jalur pipa lurus.

Instrumen analisis gas mendeteksi komposisi dan konsentrasi gas. Jenis umum di pasaran meliputi penganalisis oksigen, detektor gas mudah terbakar, detektor gas beracun, penganalisis gas inframerah, penganalisis gas konduktivitas termal, penganalisis gas laser, dan kromatograf gas.

Instrumen analisis cairan mengukur parameter seperti pH, konduktivitas, kekeruhan, konsentrasi, densitas, viskositas, oksigen terlarut, COD, dan nitrogen amonia. Instrumen ini memerlukan perawatan yang relatif tinggi; pembersihan, kalibrasi, dan inspeksi jalur pengambilan sampel adalah tugas penting.

III. Instrumen Kontrol Lapangan

Instrumen kontrol lapangan bertanggung jawab untuk pemrosesan sinyal di lokasi, konversi sinyal, dan kontrol lokal.

Jenis umum meliputi instrumen kontrol pneumatik, elektrik, dan hidrolik.

Instrumen kontrol pneumatik menggunakan udara terkompresi sebagai sumber dayanya; mereka memiliki struktur yang relatif sederhana dan tetap berharga dalam aplikasi tahan ledakan. Instrumen kontrol elektrik menggunakan sinyal elektrik, membuatnya lebih mudah diintegrasikan dengan PLC, DCS, dan komputer pengawas. Instrumen kontrol hidrolik memberikan gaya output yang tinggi dan biasanya digunakan dalam aplikasi beban berat atau dorongan tinggi.

Faktor kunci saat memilih instrumen ini meliputi sinyal input/output, akurasi kontrol, kecepatan respons, kondisi catu daya, peringkat tahan ledakan, lingkungan lapangan, dan antarmuka sistem.

IV. Aktuator Lapangan

Aktuator lapangan adalah komponen dalam loop kontrol yang benar-benar melakukan tindakan fisik.

Setelah sistem kontrol mengeluarkan perintah, aktuator mengeksekusinya dengan menyesuaikan katup, peredam, gerbang penguras, atau struktur mekanis lainnya untuk mengubah kondisi proses seperti laju aliran, tekanan, level cairan, atau suhu. Perangkat aktuasi umum meliputi katup kontrol pneumatik, elektrik, dan hidrolik; katup penutup; katup kupu-kupu; katup bola; katup gerbang; aktuator; pemosisian katup; dan pemosisian katup pintar.

Selama pemeliharaan lapangan, seseorang harus melihat lebih dari sekadar apakah aktuator dapat membuka dan menutup. Penting juga untuk memeriksa kelancaran operasi, pemosisian yang akurat, sinyal umpan balik normal, waktu respons yang sesuai, dan apakah posisi fail-safe memenuhi persyaratan proses.

Banyak fluktuasi kontrol berasal bukan dari pengaturan parameter pengontrol, tetapi dari masalah seperti katup macet, pemosisian yang tidak akurat, tekanan suplai udara yang tidak stabil, atau respons aktuator yang lamban.

V. Instrumen Tampilan dan Perekaman

Instrumen tampilan dan perekaman menunjukkan parameter lapangan, status peralatan, dan informasi alarm, sambil juga menyimpan data penting.

Contoh umum meliputi tampilan digital, tampilan analog, pengontrol tampilan, pemindai multi-titik, perekam berbasis kertas, perekam tanpa kertas, HMI layar sentuh, terminal stasiun operator, dan perangkat alarm audio/visual.

Tampilan digital cocok untuk pemantauan parameter titik tunggal. Pengontrol tampilan dapat menggabungkan fungsi alarm dan kontrol dasar. Perekam tanpa kertas ideal untuk melacak tren parameter seperti suhu, tekanan, aliran, dan level. HMI dan stasiun operator digunakan untuk antarmuka visual, konfigurasi parameter, pemantauan alarm, dan operasi peralatan.

Kriteria pemilihan utama meliputi sinyal input, metode tampilan, interval perekaman, kapasitas penyimpanan, antarmuka komunikasi, output alarm, dan perlindungan kehilangan daya.

VI. Instrumen Regulasi dan Kontrol

Instrumen regulasi dan kontrol berfungsi sebagai "otak" sistem otomatisasi, menangani regulasi otomatis, kontrol logika, kontrol urutan, dan perlindungan keselamatan.

Perangkat lapangan umum meliputi pengontrol PID, regulator loop tunggal dan multi-loop, PLC, DCS, FCS, ESD, SIS, dan komputer industri.

Pengontrol PID biasanya digunakan untuk mengatur parameter kontinu seperti suhu, tekanan, aliran, dan level. PLC umumnya digunakan untuk operasi start/stop peralatan, kontrol urutan, perlindungan interlock, dan pemrosesan sinyal diskrit (on/off). DCS cocok untuk pemantauan terpusat dan kontrol terdistribusi unit produksi kontinu skala besar. SIS dan ESD terutama digunakan untuk interlock keselamatan dan pemadaman darurat; mereka tidak boleh diperlakukan hanya sebagai sistem kontrol standar.

Faktor pemilihan meliputi proses yang dikontrol, jumlah titik I/O, strategi kontrol, protokol komunikasi, persyaratan redundansi, tingkat integritas keselamatan (SIL), manajemen alarm, dan kemampuan pemeliharaan jangka panjang.

VII. Instrumen Pengukuran Khusus

Instrumen pengukuran khusus terutama digunakan untuk mendeteksi parameter unik, memantau kesehatan peralatan, dan melakukan kalibrasi lapangan. Contoh umum meliputi monitor getaran poros, monitor perpindahan poros, tachometer, instrumen penimbangan, pengukur ketebalan, kalibrator sinyal, detektor nyala api, penganalisis kelembaban online, pengukur densitas online, dan instrumen pemantauan kondisi peralatan.

Instrumen untuk mengukur getaran poros, perpindahan poros, dan kecepatan putar biasanya digunakan pada peralatan berputar seperti kompresor, turbin uap, kipas, dan pompa. Instrumen penimbangan digunakan di silo, timbangan sabuk, dan sistem batching atau pengemasan. Pengukur ketebalan digunakan untuk mengukur ketebalan pelat, pipa, dan dinding bejana, serta ketebalan lapisan. Detektor nyala api umumnya digunakan untuk perlindungan pembakaran di boiler, tungku pemanas, dan insinerator.

Memilih instrumen ini memerlukan pertimbangan faktor-faktor seperti jenis peralatan, parameter yang diukur, lokasi pemasangan, kecepatan respons, sinyal output, dan persyaratan perlindungan.

VIII. Poin Penting untuk Pemilihan dan Penggunaan di Lokasi

Saat memilih instrumen otomatisasi, seseorang tidak boleh hanya fokus pada nomor model dan harga.

Pertama, identifikasi parameter yang akan diukur; kemudian, tentukan rentang pengukuran, akurasi, bahan konstruksi, metode pemasangan, catu daya, dan sinyal output.

Jika medium bersifat korosif, bagian yang basah harus terbuat dari bahan yang sesuai. Untuk medium bersuhu tinggi, pertimbangkan pembuangan panas, kondensasi, isolasi, dan thermowell. Jika medium cenderung mengkristal atau tersumbat, atau mengandung kotoran, pertimbangkan penggunaan diafragma, pembersihan, pembilasan, atau pra-perlakuan sampel. Di area dengan getaran yang signifikan, pertimbangkan pemasangan braket dan lokasi pemasangan.

Setelah instrumen digunakan, periksa secara teratur titik nol, rentang, pengkabelan, catu daya, grounding, komunikasi, output alarm, dan status interlock.

Saat melakukan pemecahan masalah di lokasi, ikuti urutan ini: periksa catu daya, lalu sinyal, lalu pengkabelan, lalu pengaturan parameter, dan akhirnya elemen sensor dan kondisi proses.

Ringkasan

Klasifikasi instrumen otomatisasi tidak sulit diingat, karena setiap jenis melakukan fungsi tertentu.

Misalnya, instrumen pengukuran mengumpulkan data; instrumen kontrol menangani pemrosesan sinyal; aktuator melakukan tindakan fisik di lapangan; instrumen tampilan dan perekaman menampilkan dan menyimpan data; instrumen regulasi dan kontrol mengelola kontrol dan interlock; dan instrumen pengukuran khusus mendeteksi parameter unik.

Saat benar-benar di lokasi, jangan melihat instrumen sebagai perangkat yang terisolasi. Pertimbangkan dalam konteks seluruh loop kontrol, dan banyak masalah akan lebih mudah didiagnosis.