industri proses

industri proses dikatagorikan sebagai industri yg mengolah bahan baku secara kontinyu dalam jumlah besar, seperti oil & gas company, chemical, power plant, fertilizer, petrochemical maupun cement.

sebuah plant proses (exmp: heat exchanger, pressurized vessel dll) dalam pengoperasiannya memerlukan instrumentasi untuk menunjang safety. tingkatan sistem instrumentasi dari yg awal sampai puncak:
1. BPCS (Basic Process Control System)
2. Alarm system
3. Safety Instrumented System (SIS), biasanya Emergency Shutdown System (ESD) & Fire Gas System (FGS)
4. Relief system (pengaplikasian Pressure Relief Valve/PRV)

Sebaiknya dibahas terlebih dulu sistem instrumentasi tingkatan yg pertama,yaitu BPCS.
sebuah loop sistem kendali proses memiliki element sensor, transmitter, controller,algoritma kendali,actuator & final element, serta plant proses/controlled variable (Basic Process Control System/BPCS).

A. Sensor
Variabel proses yg diukur dan dikontrol di industri proses adalah Flow, Pressure, Temp, Level, Analyzer, vibrasi, speed, weigh dll.
contoh:variabel proses yg penting adalah flow, pengukuran flow untuk liquid berbeda dengan fasa vapour,superheated steam & gas, karena liquid bersifat incompressible sehingga pengaruh temperature & pressure actual flowing fluida tidak berpengaruh pada densitas liquid (ingat prinsip thermodynamic).sebaliknya untuk gas, vapour & steam maka diperlukan kompensasi atas perubahan densitas akibat perubahan pressure & temperature flowing.

pengukuran flow ada 2 metode:mass flowrate (ada kompensasi densitas fluida terhadap perubahan Press dan Temp actual) & volume flowrate.
controh:
mass flowrate instrument adalah corriolis,multivariable flowmeter (punya Diff transm,Press transm & temp transm).
Volume flowrate adalah orifice,turbine meter,vortex dll.
kita ambil contoh sistem pengukuran Natural Gas metering (mass flowrate) untuk jual beli, seperti pada beberapa perushan gasl dll:
Intrument yg dipakai:
1.sensor flow yg dipakai adalah orifice (prinsip bernoulli), flow sebanding dengan akar beda tekanan.
2. Differential pressure transmitter, mengukur beda tekanan pada orifice dan menyampaikannya ke recorder/controller.
3.Pressure sensor (tipe diapragm sensor pada pressure transmitter), mengukur kompensasi perubahan densitas gas terhadap pressure.
4.Thermocouple, ngukur suhu actual gas flowing untuk kompensasi perubahan densitas gas terhadap temperatur.
5. Temperature transmitter (biasany electronic 4-20mA)
6. Pressure Control Valve, mengontrol pressure gas yg mengalir ke pembeli.
7. Pressure switch High/High High (PSH/PSHH) dan pressure switch Low/ Low Low (PSL/PSLL),mendeteksi pressure gas.
PSH terdeteksi=alarm,PSHH terdeteksi=operasi shutdown, PSL terdeteksi=Alarm, PSLL=operasi Shutdown
8. Shutt Down Valve (SDV), berfungsi sebagai actuator untuk memblock laju aliran gas ke pembeli apabila pressure aliran gas telah mencapai setingan PSLL atau PSHH (INTERLOCK ESD).
9. Gas analyzer,yaitu Gas Chromatograph (GC) untuk mengukur kadar komposisi berat jenis masing2 senyawa kimia dalam Natural Gas seperti metana,butana, Nitrogen dll.
10. Barton chart flow recorder

semua data2 dari sensor/transmitter tersebut dihitung oleh flow computation, dengan menggunakan rumus standard internasionalpengukuran, APPI (klo ga salah) yaitu AGA 3 gas flow calculation (aq ga hafal rumusnya hehe).tp satu hal yg jelas, teori2 thermodynamic & mekanika fluida berperan besar dalam perhitungan AGA 3.

B.Transmitter
berfungsi mengirimkan sinyal elektric (4-20 mA) atau pneumatic (3-15 Psig) ke controller,proportional dengan nilai ouput sensor.
jenisnya: Pressure Transmitter, Differential Pressure Transm, Temp transm dll

C.Controller
alat pengendali bisa berupa electric/pneumatic controller yg tidak terdistribusi, maupun yg terdistribusi seperti DCS,PLC,SCADA (tuk remote/jarak jauh area)..saat ini PLC sudah memiliki fitur menyamai DCS (pny Human Machine Interface,analog I/O ribuan,PID control,data history & redundant controller),namun ada hal2 prinsip DCS yg tidak dimiliki oleh PLC yaitu (referensi dari vendor ABB):
1. Support Asset Management features
2. Support Safety System, ada istilah Safety Integrity level (SIL),panjang penjelasannya jadi silakan cari di internet saja hehe.
3. Integrated Development Software
untuk Plant yg menuntut safety tinggi, maka DCS lebih unggul daripada PLC, dgn adanya SIL 3 untuk DCS.untuk Pembangkit Listrik
Tenaga Nuklir (PLTN) maka memiliki SIL paling tinggi yaitu SIL 4.

D. Algoritma kendali
saat ini algoritma PID (Proportional Integral Derivative) masih umum digunakan, setahuku ada Model Predictive Control (MPC) yg mulai tersedia di salah satu vendor DCS. penggunaan MPC menandai babak baru sistem kendali proses, yaitu Advanced Process Control (APC) untuk optimasi sistem kendali.
PID control adalah Basic Regulatory Control System pada sebuah feedback control,namun di industri,sebuah proses plant memiliki banyak variable proses sehingga muncul istilah cascade, ratio, feedforward,three element,decoupler control (Advanced Regulatory Control) yg tetap menggunakan PID control sebagai basic algoritma.

E. Actuator & final element
biasanya adalah control valve, damper, motor (untuk speed & berat pada conveyor). yg populer di industri proses adalah control valve.
untuk regulatory (pengaturan) control:Pressure Control Valve (PCV), Flow Control Valve (FCV), Temp Control Valve (TCv), Level Control Valve (LCV), Hand Control Valve (HCV).
untuk On-Off control ; Motor Operated Valve (MOV), Remote Operated Valve (ROV).
untuk Emergency Shutt Down system (ESD): Shutt Down Valve (SDV),Blow Down valve (BDV).
penggunaan valve untuk regualtory, On-Off dan ESD masing2 memiliki karakteristik yg berbeda.

F. Plant proses
plant proses adalah tempat dimana berlangsungnya suatu proses, contoh sebuah tangki yg didalamny bisa terdapat beberapa feedback control seperti Level Control System, Pressure Control System maupun Flow Control System dan terdapat cascade, ratio,decoupler control.penguasaan terhadap proses2 fisika pada suatu plant, dari pengalaman,seharusnya intrument & process control engineer harus bisa sehingga bisa menjabarkan dinamika system pada suatu plant. ada hubungannya nanti dengan proses penentuan nilai variabel2 Tuning PID (Proportional band, reset time(I) dan derivative time) dari orde proses yg dihadapi maupun penentuan jenis regulatory apa yg cocok dgn proses entah itu cascade, ratio, feedforward dll.

SISTEM MODULASI RADIO

Sistem modulasi adalah sistem pencampuran sinyal informasi dengan sinyal pembawa. Agar sinyal informasi dapat dipancarkan dalam jarak yang jauh maka sinyal informasi tersebut harus di campur / ditumpangkan pada frekuensi tinggi yang dinamakan frekuensi pembawa. Proses pencampuran ini dinamakan modulasi. Ada dua sistem modulasi yang umum digunakan dalam teknik radio yaitu frekuensi modulasi (FM) dan modulasi amplitudo (AM) sedangkan untuk telepon seluler (GSM telepon) sistem modulasi yang digunakan adalah impuls modulasi (PM, FDM, dan QPSK).

Sistem komunikasi ini tidak menggunakan kawat dalam proses perambatannya, melainkan menggunakan udara atau ruang angkasa sebagai bahan penghantar. Secara garis besar sistem ini adalah sebuah pemancar Tx yang memancarkan dayanya menggunakan antena ke arah tujuan, sinyal yang dipancarkan berbentuk gelombang elektromagnetis. Pada penerima gelombang elektromagnetik ini diterima oleh sebuah antena yang sesuai. Sinyal yang diterima kemudian diteruskan ke sebuah pesawat penerima Rx.

Gelombang elektromagnet pertama kali diturunkan oleh Maxwell dalam rumus-rumusnya. Kemudian dikembangkan oleh Hertz, yang menunjukkan bahwa energi dapat disalurkan dalam bentuk elektromagnet.

Gelombang elektromangnet dicirikan oleh frekuensinya. Dimana kecepatan penjalarannya rata-rata 300.000 km/detik. Berdasarkan sifat-sifat perambatannya, frekuensi-frekuensi radio dapat dibagi dalam beberapa daerah atau band pada tabel berikut ini :

Nama	Frekuensi	Panjang Gelombang	Nama
Very Low Frequency (VLF)	< 30 kHz	> 10 km	Gelombang Myriametrik
Low Frequency (LF)	30 – 300 kHz	1 – 10 km	Gelombang kilometer
Medium Frequency (MF)	300 – 3.000 kHz	100 – 1.000 m	Gelombang hektometer
High Frequency (HF)	3 – 30 MHz	10 – 100 m	Gelombang dekameter
Very High Frequency (VHF)	30 – 300 MHz	1 – 10 m	Gelombang meter
Ultra High Frequency (UHF)	300 – 3.000 MHz	10 – 100 cm	Gelombang decimeter
Super High Frequency (SHF)	3 – 30 GHz	1 – 10 cm	Gelombang sentimeter
Extremely High Frequency (EHF)	30 – 300 GHz	1 – 10 mm	Gelombang milimeter

Tabel 3.1 Pembagian frekuensi radio

Energi sebagai gelombang elektromagnetik dengan frekuensi di atas 10 kHz bisa dipancarkan tanpa menggunakan kawat-kawat penghantar. Ternyata pada frekuensi di bawah 30 kHz adalah sangat mahal dan merepotkan untuk menyalurkan gelombang-gelombang elektromagnetik (gelombang radio), karena dibutuhkan daya yang sangat besar untuk memancarkannya, dan juga karena instalasi antena dari pemancar dengan frekuensi tersebut sangat besar. Untuk memancarkan energi secara efisien, panjang antena pemancar saling sedikit harus ¼ panjang gelombang dari frekuensi yang bersangkutan.

Misalkan pada frekuensi 10 kHz, antena harus berukuran 7500 meter,

Dengan perhitungan :

c/f = 3 x 10l⁸/10⁴ = 3 x 10⁴ meter.

Panjang antena adalah = l/4 = 7500 meter.

Dari kenyataan diatas sangat sukar untuk menyalurkan sinyal-sinyal suara dan musik pada frekuensi rendah sebagai suatu gelombang radio. Tetapi pada frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi atau dengan panjang gelombang yang lebih pendek, lebih mudah dan lebih ekonomis untuk menyalurkan gelombang-gelombang radio. Karena kenyataan ini pada sistem radio digunakan frekuensi-frekuensi tinggi untuk membawa sinyal-sinyal informasi dengan frekuensi yang ke suatu tujuan. Dalam hal ini sinyal-sinyal informasi dititipkan atau diselipkan pada sinyal pembawa pada sisi akhir dari perlatan pengirim atau pemancar dengan suatu proses yang disebut Modulasi. Di tempat tujuan, sinyal informasi dikeluarkan laagi dari frekuensi pembawa dengan suatu proses yang berlawanan dari proses pengirim yang disebut Demodulasi.

Modulasi dari gelombang pembawa dapat diperoleh dengan cara mengubah-ubah beberapa karakteristik dari gelombang pembawa tersebut yang dilakukan oleh sinyal-sinyal informasi. Gelombang bolak-balik sinusoidal atau gelombang elektromagnet mempunyai karakteristik yang penting misalnya amplitudo, frekuensi, dan fasa, dan terhadap informasi hal itu dapat diatur untuk merubah setiap karakteristik dari tiap bentuk gelombang pembawa ini. Jadi informasi dapat dibawa dengan mengubah frekuensi, amplitudo ataupun fasa pada gelombang radio yang dipancarkan dan melakukan proses sebaliknya di penerima, sinyal informasi dapat diperoleh kembali di penerima.

3.1.1 FREKUENSI MODULASI

Keuntungan – keuntungan yang di capai bila mengguakan sistem pemancar FM dari pada menggunakan sistem AM adalah:

a. Gangguan – gangguan cuaca kecil sekali.

b. Memberikan lajur frekuensi yang lebih lebar, sehingga suaranya sempurna

c. Suara bising akan kecil sekali dan tak berarti.

d. Memiliki rendemen yang lebih besar.

Dengan memakai sistem frekuensi modulasi maka pengiriman berita akan lebih baik dibandingkan dengan sistem AM, sebab pengungkapan sinyal – sinyal FM tidak banyak dipengaruhi oleh gangguan cuaca karena sinyal – sinyal FM amplitudonya tetap, walaupun frekuensi pembawa telah dimodulasi oleh sinyal audio.

Modulasi yang mempengaruhi frekuensi pembawanya dan tidak akan merubah amplitudonya, tetapi akan mengadakan pergeseran frekuensi pembawa tersebut dan besar kecilnya amplitudo frekuensi audio akan mempercepat atau memperlambat pergeseran perubahan frekuensi pembawa. Frekuensi modulasi adalah suatu modulasi dimana sinyal informasi merubah – ubah besarnya frekuensi pembawa sedangkan amplitudonya tetap.

Sinyal FM mampu melenyapkan sinyal gangguan, asal saja sinyal gangguan tersebut lebih kecil. Bila sinyal FM diterima bersama – sama dimana sinyal yang lebih lemah dari yang lainnya, maka sinyal yang lemah ini akan ditindas oleh sinyal yang kuat. Sifat ini sangat penting untuk sistem FM dan merupakan suatu keuntungan yang besar, sebab bila antena pesawat penerima FM menerima 2 macam sinyal, sedangkan sinyal asli mempunyai 2x saja lebih kuat dari sinyal gangguan maka sinyal FM asli sudah akan mampu menekan sinyal gangguan itu. Padahal pada sistem AM, bila sinyal pengganggu 1/100 kali dari sinyal asli, maka sinyal asli AM akan tetap terganggu. Dengan demikian keuntungan – keuntungan yang didapat pada sistem pemancar FM akan lebih banyak memberikan kemajuan dalam bidang telekomunikasi atau pemancar frekuensi tinggi.

Untuk mendapatkan mutu suara yang lebih baik, maka harus di buat pergeseran frekuensi harus lebih besar dari pada getaran sinyal audio yang tertinggi atau maksimum 75KHz, dikiri kanan frekuensi sentral sehingga frekuensi audio dapat dipertinggi daerahnya sampai batas pendengaran manusia yaitu 15KHz. Dengan cara tersebut, maka mutu suara yang diterima akan lebih sempurna. Dengan besarnya pergeseran frekuensi pada sistem FM ini, maka sinyal FM hanya dipakai untuk gelombang pendek saja, yaitu λ < 10 meter. Akibatnya hanya dapat diterima pada daerah yang terbatas, Karena gelombag pendekss tidak dipantulkan oleh lapisan ionosphere.

Pada modulasi frekuensi, sinyal informasi dapat digunakan untuk mengubah frekuensi pambawa, sehingga menimbulkan modulasi frekuensi. Modulasi frekuensi mempunyai beberapa kelebihan tertentu dibandingkan modulasi amplitudo. Terutama adalah perbandingan S/N dapat ditingkatkan tanpa harus menambah daya yang dipancarkan tetapi harus diimbangi dengan meningkatnya lebar-jalur frekuensi yang diperlukan, bentuk-bentuk interferensi tertentu pada penerima lebih mudah untuk ditekan, dan proses modulasi dapat dilakukan pada tingkat daya yang rendah pada pemancar, sehingga dengan demikian tidak diperlukan daya modulasi yang terlalu besar.

Jika sinyal informasi (sinyal pemodulasi) telah diselipkan maka frekuensi gelombang pembawa akan naik menuju harga maksimum, sesuai dengan amplitudo dari sinyal pemodulasi yang naik menuju harga maksimum dalam arah positif. Kemudian frekuensi gelombang pembawa akan turun kembali menuju harga frekuensi aslinya sesuai dengan harga amplitudo sinyal pemodulasi yang menuju nol. Selanjutnya pada setengah siklus berikutnya, frekuensi gelombang pembawa akan turun ke harga minimum, sesuai dengan harga amplitudo sinyal pemodulasi yang menuju harga maksimum dalam arah negatif, kemudian frekuensi gelombang pembawa akan naik kembali menuju harga aslinya sesuai dengan harga amplitudo sinyal pemodulasi yang turun kembali ke harga nol.

3.1.2 AMPLITUDO MODULASI

Dalam proses pemancaran dengan sistem Amplitudo Modulasi (AM) dapat di bagi dua proses yang dikenal dengan :

a. DSB = Modulasi dengan sisi lajur ganda yaitu apbila kedua sisi lajur frekuensi audio dipancarkan

b. SSB = Modulasi dengan sisi lajur tunggal yaitu apabila yang dipancarkan atau di modulasikan hanya sebelah sisi lajur frekuensi saja, sedang sisi sebelahnya dihilangkan.

Untuk membuat pesawat pemancar AM sebenarnya lebih mahal dari pada pemancar FM apabila tenaga outputnya sama besar sebab sistem AM yang mendapatkan suatu modulasi yang sempurna harus membutuhkan suatu penguat audio yang cukup besar tenaga pembawanya. Mengingat sisi lajur frekuensi pada sinyal AM mengandung 50% frekuensi pembawa. Suatu noise yang terdengar pada pengeras suara, adalah suatu bukti gangguan cuaca pada sistem pemancar AM yang tak dapat dihilangkan.

Pada sistem AM, maka akan mempengaruhi sistem amplitudonya atau tegangan sinyal modulasi, sinyal frekuensi pembawanya. Apabila sinyal AM yang dimodulasi dengan frekuensi audio yang lebih kuat maka akan menghasilkan suatu indeks modulasi 100% dan apabila sinyal AM yang dimodulasi dengan frekuensi audio yang terlalu kuat akan menghasilkan indeks modulasi yang lebih besar dari 100%. Hal ini jelaslah bahwa bila memodulasikan frekuensi audio terlalu besar atau lebih dari 100% maka akan terjadi informasi yang putus – putus atau cacat.

Berdasarkan data diatas maka amplitudo modulasi adalah suatu modulasi dimana frekuensi informasi merubah – rubah besarnya amplitudo dari frekuensi pembawa sedangkan besarnya frekuensi adalah tetap.

Proses modulasi terjadi pada sisi pemancar atau pengirim sedangkan pada sisi penerima frekuensi informasi yang ditumpangkan pada frekuensi pembawa diurai lagi sehingga hanya frekuensi informasi saja yang keluar. Proses ini disebut demodulasi.

Pada sistem amplitudo modulasi tersebut mudah sekali mendapatkan gangguan, baik dari alam maupun dari buatan manusia sendiri. Jadi pada sistem AM dimana informasi – informasi itu terkadang dalam perubahan amplitudo, sehingga gangguan – gangguan tersebut atau cacat pada amplitudonya tidak dapat dihindarkan. Karena gangguan – gangguan tersebut mempengaruhi amplitudo.

Pada modulasi amplitudo, dinyatakan bahwa bagaimana membuat suatu cara sehingga amplitudo gelombang pembawa berubah sesuai dengan bentuk gelombang dari informasi yang akan dikirim. Sinyal atau informasi yang akan dibawa disebut sinyal modulasi dan gelombang radio yang membawa, pada umumnya frekuensinya harus lebih tinggi daripada sinyal modulasi, dinamakan gelombang pembawa.

Gelombang pembawa yang belum dimodulasikan mempunyai harga amplitudo maksimun yang tetap dan frekuensi yang lebih itnggi daripada sinyal pemodulasi (sinyal informasi), tetapi bila sinyal pemodulasi telah diselipkan, maka harga amplitudo maksimum dari gelombang pembawa akan berubah-ubah sesuai dengan harga-harga sesaat dari sinyal pemodulasi tersebut, dan bentuk gelombang luar atau sampul dari harga-harga amplitudo gelombang yang telah dimodulasi tersebut adalah sama dengan bentuk gelombang sinyal informasi yang asli atau sama dengan perkataan lain gelombang sinyal pemodulasi telah diselipkan pada gelombang pembawa.