BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
3. Sistem Instrumentasi
3.1. Sistem Instrumentasi
Sistem adalah susunan beberapa bagian dalam suatu batasan-batasan tertentu
yang bekerja bersama-sama untuk menghasilkan suatu keluaran dari masukanmasukan yang diberikan. Batasan-batasan tersebut memisahkan sistem dari
lingkungan dan sistem akan berinteraksi dengan lingkungan melalui sinyal-sinyal
yang bekerja melewati batas-batas tersebut baik dari lingkungan menuju sistem
maupun sebaliknya.[1]
Instrumentasi adalah suatu ilmu mengenai berbagai macam alat yang
digunakan di lapangan untuk mengukur dan mengendalikan besaran-besaran
seperti suhu (temperature), aliran (flow), tekanan (pressure) dan ketinggian
pengukuran (measurement), pengkondisi sinyal (signal conditioning), pengiriman
sinyal (signal transmission) dan pengendalian (controller).
3.1.1. Tujuan Instrumentasi
Terdapat beberapa tujuan dari instumentasi, yaitu :
1. Sebagai Alat pengukur (Measurement)
Sebagai alat ukur yaitu berfungsi untuk mengetahui atau memonitor
jalannya suatu kondisi operasi melalui pengukuran besaran dari variable
proses yang sedang diukur. Pengukuran yang banyak dilakukan adalah
berupa pengukuran tekanan (pressure), suhu (temperature), aliran (flow)
dan tinggi permukaan cairan (level) dan lain-lain.
2. Sebagai Alat control (Controller)
Sebagai alat kontrol yaitu berfungsi untuk mengendalikan jalannya
operasi agar variable proses (PV) yang diukur dapat diatur atau
dikendalikan sesuai harga yang diinginkan.
3. Sebagai Safety Sistem
Sebagai alat pengaman yaitu berfungsi untuk mencegah kerusakan pada
peralatan, mencegah terjadinya bahaya kecelakaan pada orang yang bekerja
dan mencegah kerusakan lingkungan. Sistem pengaman ini mempunyai
tahap-tahap yaitu memberi peringatan berupa alam dan melakukan
shutdown terhadap proses yang ada.
4.
Sebagai Alat Analisa (Analyzer)
Sebagai alat analisa peralatan instrumen berfungsi untuk menganalisis
kualitas kandungan dari suatu produk yang dikelola. Kemudian dapat juga
dipergunakan sebagai alat analisa untuk pencegahan polusi dari hasil
buangan industri agar tidak membahayakan dan merusak lingkungan.
Sehingga dari 4 tujuan diatas, instrumentasi sangat dibutuhkan dalam
dunia industri untuk menghilangkan kerugian-kerugian yang dapat terjadi
seperti losses (kerugian yang dikarenakan salah perhitungan), hasil yang
terbuang atau tidak memenuhi syarat dan alat produk yang dapat rusak
karena tidak sesuai dengan persyaratan alat.
3.1.2. Jenis Sinyal Instrumentasi
Dalam dunia Instrumentasi dan Kontrol terdapat dua jenis sinyal, yaitu :
1.
Sinyal Analog
Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang
mempunyai nilai kontinyu (tidak terputus) dimana besarannya berubah
terhadap waktu atau ruang, dan mempunyai semua nilai untuk setiap
nilai waktu (dan atau setiap ruang), yang membawa informasi dengan
mengubah karakteristik gelombang. Dalam instrumentasi, sinyal
pneumatic dan sinyal electric merupakan sinyal analog. Sinyal
pneumatic yang dipakai dalam dunia industri antara lain 3-15 psig, 20100 kPa dan 6-30 psig. Utuk sinyal electric yaitu sebesar 4-20 mA, 840 mA dan 10-50 mA.
2.
Sinyal Digital
Sinyal digital adalah sinyal data dalam bentuk pulsa yang
mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaan 0 dan 1.
Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan yaitu 0 dan 1 (bilangan
biner), sehingga tidak mudah dipengaruhi oleh derau/noise. Dalam
instrumentasi sinyal tersebut terdapat pada Hart Protocol, SMAR
Protocol, Fieldbus dan berbagai komunikasi tanpa kabel (wireless
communications)
3.1.3. Pemilihan Sinyal Instrumentasi
Pemilihan bentuk sinyal pengukuran (sinyal instrumen) sangat
ditentukan oleh jenis controller yang akan dipakai (Analog ;
pneumatik/elektronik atau digital). Untuk menerjemahkan sinyal sistem
pengukuran dari sensing element menjadi sinyal yang dapat dimengerti
oleh controller dibutuhkan sebuah unit yang disebut transmitter.
Sebagai strandarisasi sinyal keluar dari transmitter, baik analog
(pneumatic atau electric) maupun digital (HART Protocol, SMAR
Protocol atau Fieldbus) dibuat hanya bekerja pada standart skala
tertentu seperti diperlihatkan pada point jenis sinyal instrumen.
Untuk aplikasi di dalam industri proses, sinyal pneumatik yang
digunakan secara umum adalah dengan skala kerja 3 -15 psig atau 0.2 –
1 kg/ dan untuk sinyal elektrik skala kerja 4 – 20 mA (sinyal arus) atau
1 – 5 V DC (sinyal tegangan). Pada umumnya sinyal yang keluar dari
transmitter elektronik hampir selalu dalam bentuk 4 – 20 mA.
3.2. Kalibrasi
(PT PLN, 2013) Kalibrasi adalah perbandingan peralatan ukur terhadap
alat standar yang akurasinya lebih tinggi. Kalibrasi dilakukan menurut
prosedur dengan membandingkan nilai pengukuran suatu instrumen yang
sedang diuji terhadap instrumen yang lebih akurat untuk mendeteksi kesalahan
/error pada instrumen yang sedang diuji. Kesalahan /error bisa diterima jika
masih dalam batas yang diizinkan.
Kalibrasi merupakan aktivitas yang penting dalam pemeliharaan .
Kalibrasi diperlukan untuk memastikan bahwa ketelitian / akurasi peralatan
dalam sistem pengontrolan terkendali secara keseluruhan. Umumnya
pengkalibrasian ini dilakukan pada ruangan yang didalamnya terdapat
kalibrator dan perlengkapannya. Kualitas dari hasil kalibrasi tergantung
kepada ketelitian peralatan yang digunakan untuk mengkalibrasi / kalibrator
dan pengarsipan data kalibrasi untuk semua peralatan merupakan hal yang
penting dalam aktivitas kalibrasi.
3.2.1. Manfaat Kalibrasi
Kalibrasi memiliki beberapa manfaat, yaitu:
1. Untuk mendukung sistem mutu yang diterapkan di berbagai industri
pada peralatan laboratorium dan produksi yang dimiliki.
2. Dengan melakukan kalibrasi, bisa diketahui seberapa jauh perbedaan
(penyimpangan) antara harga benar dengan harga yang ditunjukkan
oleh alat ukur.
3. Secara umum menjaga kondisi instrumen ukur/bahan ukur agar tetap
sesuai dengan spesifikasinya.
3.2.2. Istilah-istilah Dalam Pengukuran dan Kalibrasi Instrumen
Beberapa istilah yang lazim dipakai dalam sistem pengukuran adalah
proses variable, range, zero, span, error, linearitas dan akurasi. Berikut
merupakan penjelasannya :
1. Proses Variable
Proses variable adalah besaran phisik atau besaran kimia karena berbagai
pengaruh proses. Tekanan, temperature, flow dan level adalah variabel
phisik sedangkan kandungan oksigen dan nilai pH adalah variabel-variabel
kimia.
2. Range
Range adalah mengambarkan batasan sinyal yang berhubungan dengan
instrument input ataupun instrumen output. Batasan sinyal terendah dari
suatu sinyal input adalah kuantitas instrumen terendah yang diukur, sedang
batasan maksimumnya adalah nilai tertinggi. Sebagai contoh, suatu proses
mempunyai batas atau range tekanan dari 100 kPa sampai 500 kPa. Maka
alat instrumenasi proses ini tidak dapat digunakan untuk mengukur nilai
dibawah 100 kPa atau diatas 500 kPa.
3. Zero
Nilai terendah suatu sinyal input atau sinyal output disebut zero, meskipun
nilainya tidak nol. Sebagi contoh, range input transmiter tekanan mungkin
0 – 1000 kPa sedang range outputnya 20 sampai 100 kPa. Dari sini, nilai
zero sinyal output digambarkan dengan 20 kPa. Transmiter temperatur
dapat mengukur temperature anatara 50 C dan 120 C, sedang nilai
outputnya bervariasi dari 20 sampai 100 kPa. Dalam hal ini, nilai zero pada
range input dan output masing-masing adalah 50 C dan 20 kPa.
4. Span
Span input dan output dari suatu instrumen berhubungan langsung dengan
range input ataupun range outputnya. Span adalah selisih aljabar antara
nilai range teratas dengan nilai range terendah.
5. Error
Error adalah selisih antara nilai yang diukur dengan nilai yang sebenarnya.
Sebagai contoh, jika pressure gauge menunjukkan 216 kPa ketika
tekananya nyatanya 220 kPa, maka errornya adalah – 4kPa.
6. Linieritas
Linieritas menggambarkan kedekatan hubungan antara input dengan output
dari suatu instrumen yang digambarkan seperti sebuah garis lurus. Hal
tersebut adalah sebuah garis lurus dari 0% input dan 0% output sampai
100% input dan 100% output. Jika hubungan ini menyimpang maka timbul
ketidaklinieran. Ketidaklinieran output biasanya dinyatakan dalam
persentase skala penuh atau full skala output.
7. Akurasi
Akurasi dari sebuah instrumen dapat didefinisikan sebagai kedekatan antara
pengukuran atau output yang menggambarkan nilai nyata. Akurasi biasanya
dinyatakan dengan persentase span.
3.3. DCS (Distributed Control System )
Gambar 3. 3 Arsitektur DCS
(Sumber : Emerson, n.d)
Gambar 3.3 merupakan arsitektur DCS. Distributed control system
merupakan suatu sistem yang mendistribusikan berbagai fungsi yang
digunakan untuk mengendalikan berbagai variabel proses dan unit operasi
proses menjadi suatu pengendalian yang terpusat pada suatu control room
dengan berbagai fungsi pengendalian, monitoring dan optimasi.
Distributed control system (DCS) adalah sebuah sistem kontrol yang
biasanya digunakan pada sistem manufacturing atau proses, dimana elemen
controller tidak berada pada sentral sistem (sebagai pusat) tetapi tersebar di
sistem dengan komponen subsistem dibawah kendali satu atau lebih controller.
Keseluruhan sistem dapat menjadi sebuah jaringan untuk komunikasi dan
monitoring.
Beberapa fungsi DCS adalah sebagai berikut:
a. DCS berfungsi sebagai alat untuk melakukan kontrol suatu loop sistem dimana
satu loop bisa terjadi beberapa proses kontrol.
b. Berfungsi sebagai pengganti alat-alat kontrol manual dan auto yang terpisahpisah menjadi suatu kesatuan sehingga lebih mudah untuk pemeliharaan dan
penggunaannya.
c. Sarana pengumpul data dan pengolah data agar didapat suatu proses yang
benar-benar diinginkan.
3.4. Transmitter
Transmitter adalah suatu peralatan instrumentasi yang dapat merubah
sinyal yang berasal dari insturment ukur (sensor atau detector) menjadi
bentuk sinyal yang dapat diterima oleh indicator, recorder dan controller
yang kemudian dapat dipantau atau dikendalikan dari suatu tempat yang jauh.
Transmitter sendiri ada yang berfungsi sebagai pengirim sinyal saja atau
ada juga yang mengkonversi besaran yang diinginkan. Selain ditransmisikan
ke controller (control room) transmitter juga memiliki display di lapangan
yang digunakan untuk pengecekan secara manual. Biasanya besaran yang
ditunjukkan di lapangan adalah berapa persen dari tekanan. Dari situ bisa
dikonversikan menjadi berapa flowrate (jika mengukur flow), berapa level (jika
mengukur kedalaman) atau berapa pressure (jika mengukur tekanan).
3.4.1. Jenis Transmitter
3.4.1.1.
Electronic Transmitter
Pada elekctronic transmitter, cara kerjanya lebih simple. Jalur
transmisi sudah menggunakan kabel. Dari transmitter dikirim ke control
room dengan kabel. Control system yang digunakan pada system electric
biasanya DCS. Sebelum masuk DCS, jalur transmisi tersebut masuk ke
panel box sebagai interkoneksi antara lapangan dengan control room.
Dengan DCS, semua bisa dikontrol melalui layar monitor. Sistemnya
sudah terintegrasi dan memiliki respon yang cepat. Jenis-jenis electronic
transmitter, yaitu :
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 3. 4 Jenis Electronic Transmitter
(Sumber : Bimbingan Profesi Sarjana Teknik (BPST), 2007)
Tampilan fisik dari jenis-jenis electronic transmitter dapat dilihat pada
Gambar 3.5. Pada gambar (a) merupakan jenis Differential Pressure Type
Flow Transmitter. Lalu jenis Pressure Transmitter ditunjukkan pada gambar
(b). Selanjutnya pada gambar (c) merupakan jenis Liquid Level Transmitter.
Dan pada gambar (d) merupakan jenis Temperature Transmitter.
3.4.1.2.
Pneumatic Transmitter
Pneumatic transmitter adalah transmitter yang digerakkan oleh
tekanan udara. Tekanan standar instrumen pneumatic adalah 3-15 psi.
Syarat utama dari transmisi pneumatic adalah sumber udara yang konstan.
Gambar dibawah ini merupakan bentuk fisik dari jenis-jenis pneumatic
transmitter. Pada gambar (a) merupakan jenis Differential Pressure Type
Flow Transmitter. Lalu pada gambar (b) merupakan jenis Pressure
Transmitter (Gauge Pressure). Dan yang terakhir pada gambar (c)
merupakan jenis Liquid Level Transmitter (Gauge Pressure). Semua
gambar dibawah merupakan jenis transmitter pabrikan Faxboro.
Berikut merupakan tampilan dari jenis-jenis pneumatic transmitter
yang telah dijelaskan pada lembar sebelumnya, yaitu :
3.5. Differential Pressure Transmitter
3.5.1. Pengertian Differential Pressure Transmitter
Differential Prsessure adalah pada dasarnya adalah salah satu metode
pengukuran tekanan yang tidak mengacu pada referensi tekanan
khusus.Transmitter adalah pemancara yang berfungsi mengirimkan signal
dari pengukur / sensor ke suatu sistem kontrol monitoring.
Jadi, Differential Pressure transmitter adalah salah satu jenis peralatan
instrument yang paling banyak digunakan sebagai alat ukur dalam
industri, karena transmitter model ini bisa difungsikan dalam banyak
aplikasi seperti untuk mengukur tekanan positip, untuk mengukur tekanan
vakum, untuk mengukur perbedaan tekanan, untuk mengukur ketinggian
permukaan isi tangki (Level) dan untuk pengukuran laju alir (Flow).
3.5.2. Fungsi Differential Pressure Transmitter
Kegunaan dari transmitter yang memberikan sinyal standart berupa
sinyal pneumatic atau sinyal listrik dari besaran proses (process
variable) yang diukur keperalatan lain yang membutuhkanya antara
lain:
1) Peralatan lain seperti indicator, recorder yang bekerja dengan
standart sinyal
yang sama.
2) Memungkinkan pengiriman sinyal kepada jarak yang cukup jauh
dan cepat serta aman.
3) Menekan biaya pengoperasian maupun biaya pemeliharaan.
4) Menekan biaya pengoperasian maupun biaya pemeliharaan.
3.5.3. Prinsip Kerja Differential Pressure Transmitter
Differential Pressure Transmitter adalah suatu alat untuk mengetahui
nilai beda tekanan dengan perinsip kerja menerima tekanan dari benda
cair, gas/udara yang akan di ukur. Hasil pengukuran berupa (aliran,
tekanan, dan level) tersebut dikonversikan menjadi nilai analog dalam
bentuk arus listrik, dengan nilai arus yang sangat kecil yaitu mili Ampere’.
Beda tekanan yang diukur Differential Pressure Transmitter akan diubah
sebagai perubahan nilai arus yang di hasilkan dan biasanya range antara
4mA s/d 20mA. Hasil dari beda tekanan tersebut berupa arus mA ini
kemudian dikirimkan ke alat penerima sinyal yang biasa disebut
controller.
Controller akan menkoversikan nilai arus 4mA s/d 20mA yang diterima
dari sensor Transmitter untuk kemudian diubah menjadi tampilan nilai
actual tekanan terukur dalam berbagai satuan, seperti mmH2O, Bar, Psi,
Kg/cm2, dan lain sebagainya. Dan akhirnya akan menampilkan hasil
pengukuran tersebut pada display controller dalam bentuk angka digital.
3.5.4. Konstruksi Differential Pressure Transmitter
Gamba
1 Bagian
r
0 DPX
a) Bagian Elektronika
1) Supply (+)
: Untuk menerima arus positif
2) Supply (-)
: Untuk menerima arus negative
3) Grounding
: Untuk pengaman bila ada arus berlebih
4) Check
: Untuk mengecek arus
b) Elemen Sensor Tekanan
c) Adjustment
1) Zero Adjustment : Untuk mengadjust output bagian bawah
(4mA)
d) Port
1) Port “ Low “
: Jalan masuknya supply udara sisi Low
2) Port “ High “
: Jalan masuknya supply udara sisi High
[1]
“Dasar Instrumentasi dan Proses Kontrol.”
https://www.teknisiinstrument.com/2016/11/14/rangkaian-kalibrasi-transmitter/