Share PDF

Search documents:
  Report this document  
    Download as PDF   
      Share on Facebook

DIKTAT KULIAH

Elektronika Industri & Otomasi

(IE-204)

BAB 1. PENDAHULUAN

Diktat ini digunakan bagi mahasiswa

Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha

Ir. Rudy Wawolumaja M.Sc

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI - FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG 2013

rudy-wawolumaja.lecturer.maranatha.edu

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Bab 1 . Pendahuluan

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi di industri berkembang cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan, dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya dengan electro-mechanic (semi otomatis) dan sekarang sudah menggunakan robotic (full automatic) seperti penggunaan Flexible Manufacturing Systems (FMS) dan

Computerized Integrated Manufacture (CIM) dan sebagainya.

Pengertian Otomasi (Automation)

Otomasi adalah teknologi yang memanfaatkan aplikasi mekanik, elektronik dan sistem komputer untuk mengoperasikan dan mengendalikan operasi.

Revolusi Industri di awali dengan mekanisasi, yaitu usaha untuk membantu manusia dari usaha fisik, yaitu dengan menggantikan tenaga manusia dan binatang (kuda, kerbau, sapi) dengan tenaga yang dihasilkan dari energi fosil (batu bara, minyak, air dll).

Dengan berkembangnya teknologi elektronik dan komputer, maka otomasi adalah kelanjutan dari mekanisasi, otomasi adalah usaha untuk membantu manusia dari usaha mentalnya dalam mengoperasikan dan mengendalikan operasi dari suatu proses .

automation dan automatisation dalam bahasa Inggris kerap digunakan bergantian dan

mempunyai arti yang sama, dalam bahasa Indonesia digunakan istilah Otomasi.

Perkembangan Teknologi Otomasi

Istilah otomasi (automation) pertama kali digunakan di industri mobil Fords di Detroit, sebagai substitusi kata otomatis/automatic, sehingga pada awalnya dikenal sebagai Otomasi Detroit.. Pada waktu itu otomasi Detroit mempunyai arti sistem ban berjalan, yaitu alat mekanis untuk handling diantara mesin perkakas sehingga menjadi suatu lintas produksi yang kontinu .

Kelanjutan otomasi Detroit diterapkan pada perakitan motor listrik, radio, TV, “Automated push button factory”, Pengendali otomatis proses kontinu . Dan teknologi yang digunakan adalah : pneumatik, listrik, hidrolik. Dengan berkembangnya teknologi elektronika dan komputer, munculnya Integrated Circuit (IC) pada tahun 1960 an dan munculnya microprocessor pada tahun 1970 an yang berlanjut dengan turunnya harga IC dan microprocessor maka lahirlah

Rudy Wawolumaja

Halaman 1

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Revolusi Industri ke2, yang ditandai dengan meningkatnya tingkat atau derajad otomasi pada industri yang dimungkinkan.

Derajat / tingkat otomasi industri adalah seberapa jauh otomasi industri mengendalikan proses mengantikan campur tangan / bantuan manusia. (ppt AI – 110, 120, 130, 140, 150)

Pengendalian (Control Tasks) adalah measure - command – control, meliputi :

-Menghidupkan/menyalakan (command)

-Mematikan/menghentikan (command)

-Mengatur parameter proses, seperti gerakan, posisi, aliran, kecepatan, temperatur, level, tekanan dll. (measure, control atau regulate)

Jantung dari sistem kontrol otomatis modern sekarang adalah elektronik dan dengan berkembangnya teknologi komputer, teknologi informasi dan komunikasi dimungkinkan dirancanganya sistem otomatis yang kompleks dan fleksibel, (AI 130. 140, 150)

Sistem Otomasi dalam Industri meliputi :

ï‚·Numerical Control Machine Tools (NC, CNC)

ï‚·Programmable Controllers (PC/PLC)

ï‚·Automateic Storage and Retrieval System (AS/RS)

ï‚·Robotics

ï‚·Flexible Manufacturing Systems (FMS)

Aplikasi Automation dalam berbagai area industri :

ï‚·Power generation : hydro, coal, gas, oil, shale, nuclear, wind, solar

ï‚·Transmission : electricity, gas, oil

ï‚·Distribusi : electricity, water

ï‚·Proses : kertas, kaya, makanan, farmasi, produksi dan proses logam, gelas,semen, kimia, refinery, oil & gas

ï‚·Manufacturing : computer aided manufacturing (CIM), flexible fabrication, appliances, automotive, aircrafts

ï‚·Storage : silos, elevator, harbor, retail houses, deposits, luggage handling

ï‚·Building : heat, ventilation, air conditioning (HVAC), access control, fire, energy supply, tunnels, parking lots, highways,....

ï‚·Transportation : rolling stock, street cars, sub-urban trains, busses, trolley busses, cars, ships, airplanes, rockets, satellites,...

Rudy Wawolumaja

Halaman 2

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Pemasok Sistem Automation - World Players/Supplier Utama

 

Company (urutan abjad )

Lokasi

Merjer utama

 

ABB

CH-SE

Brown Boveri, ASEA, CE, Alfa-Laval,

 

Alstom

FR

Alsthom, GEC, CEGELEC, ABB Power,..

 

Ansaldo

IT

 

 

Emerson

US

Fisher Rosemount

 

General Electric

US

 

 

Hitachi

JP

 

 

Honeywell

US

 

 

Rockwell Automation

US

Allen Bradley, Rockwell,..

 

Schneider Electric

FR

Télémécanique, Square-D, ...

 

Invensys

UK

Foxboro, Siebe, BTR, Triconex,…

 

Siemens

DE

Plessey, Landis & Gyr, Stäfa, Cerberus,..

 

Yokogawa

JP

 

 

8 Besar dunia setelah proses Konsolidasi: the Big Eight

Rudy Wawolumaja

Halaman 3

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Perputaran bisnis € 80 juta /tahun, growing 5 % pertahun (data Januari 2010, EPFL)

Secara Umum Hirarki dari Sistem Otomasi dapat diklasifikasi menjadi

 

 

 

Level 5

 

 

 

 

 

 

•

Enterprise

 

 

 

 

 

 

Control

 

 

 

 

Level 4

 

 

 

 

 

 

•

Plant Control

 

 

 

 

 

 

(Production,

Quality,

 

 

 

Level 3

 

 

 

 

 

 

•

Cell Controller

 

 

 

 

 

(Supervisory Control)

 

 

Level 2

 

 

 

 

 

 

•

Machine Controller/

 

 

Level 1

Automatic Control)

 

 

 

 

 

 

 

 

•

Device Control

 

 

 

 

 

 

(Sensors &

Actuators)

 

 

 

Raw

 

 

 

 

 

 

Part or

Material

Transformation Process

Product

 

 

 

 

 

 

 

Scrap or

 

 

Power

 

 

 

Waste

 

 

Tools

 

 

 

 

 

Machines

 

 

 

 

 

 

Labour

 

 

 

 

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

EPFL / ABB Research Center, Baden, Switzerland

Menggambarkan hirarki otomasi sbb. :

Rudy Wawolumaja

Halaman 5

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

ï‚·Administration meliputi Keuangan, HRD, dokumentasi, perencanaan jangka panjangg

ï‚·Enterprise meliputi menetapkan target produksi, ERP (Enterprise Resource Planning), koordinasi site yang berbeda, pengelolaan order.

ï‚·Manufacturing mengelola eksekusi, sumber daya, aliran kerja, supervisi mutu, jadwal produksi, pemeliharaan / maintenance.

ï‚·Supervision meliputi supervisi produksi dan lapangan, optimasi, eksekusi operation, visualisasi plant, penyimpanan data proses, log operasi, history (open loop)

Group (Area) , mengendalikan bagian pabrik yang terdefinisi jelas ( a well-defined part of the plant) – merupakan sistem yang closed loop, kecuali untuk intervensi oleh operator / except for intervention of an operator)

•Coordinate individual subgroups

•Adjust set-points and parameters

•Command several units as a whole

Unit (Cell) mengendalikan l (regulation, monitoring and protection) bagian dari suatu group – merupakan sistem closed loop kecuali untuk maintenance

•Measure: Sampling, scaling, processing, calibration.

Rudy Wawolumaja

Halaman 6

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

•Control: regulation, set-points dan parameter 2

•Command: sequencing, protection & interlocking

ï‚·Field meliputi data acquisition (Sensors & Actors*), data transmission tidak memproses kecuali koreksi pengukuran ( measurement correction) dan built-in protection

Dari gambaran diatas, level 1 dan 2 adalah area otomasi yang sarat piranti keras otomasi, makin kebawah peran operator/manusia makin kecil.

Dalam kuliah ini pembahasan akan dititik beratkan pada level 1 Device control (sensor dan actuator), level 2 machine controller dan level 3 cell controller (model hirarki gambar 1), atau pada model EPFL/ABB Reserch Center level 1 – sensors 7 actuator, Field, Unit Control, Group Control dan Supervisory.

Automation network view

Rudy Wawolumaja

Halaman 7

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Sistematika dan organisasi dari perkuliahan

ï‚·Dimulai perkenalan umum, yang berisi gambaran sekilas tentang otomasi, hirarki dalam otomasi, sistem pengaturan dalam industri dan persolan-persoalan pokok dalam system pengendalian , sistem pengaturan yang dibahas adalah sistem pengaturan kontinyu , dilanjutkan dengan pembahasan materi dengan pendekatan dari bawah keatas atau bottom-up approach:

•Perangkat keras instrumentasi ( instrumentation hardware) : bagaimana kondisi plant dibaca & dikendalikan (how is the state of a plant read and controlled)

•Rangkaian pengolah sinyal analog yang digunakan dimana opamp sebagai building block.

•Sistem digital, sistembilangan biner, dasar rangkaian logika, Analog to Digital Converter dan Digital to Analog Converter.

•Controller PID untuk robust sistem , dalam analog dan digital (gambaran sekilas)

•PLC – Programmable Logic Controller

•controllers: hardware and software bagaimana controllers bekerja dan di program

•industrial communication networks: how are real-time data exchanged, in the field and in the plant

• operator interface and SCADA how does the operator see the plant it supervises

Berbagai jenis pengelompokan Plants dan Control

Pengelompokan berdasarkan berbagai sudut pandang :

ï‚·Open loop vs closed loop

ï‚·Proses kontinyu vs proses diskrit

ï‚·Proses kontinyu vs proses batch

Open loop vs closed loop

Rudy Wawolumaja

Halaman 8

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Traditional allocation of function of computers in control systems

Rudy Wawolumaja

Halaman 9

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Discrete vs continuous plants

Continuous plants

Contoh: Drives, Ovens, Chemical Reactors

Continuous plants (processes) memiliki keadaan (states) yang dapat dinyatakan dengan variabel (analog) seperti (temperature, voltage, speed,...)

Antara plant input dan plant output, terdapat hubungan yang tetap (fixed relation) yang dinyatakan oleh model kontinyu disebut fungsi transfer (transfer function).

Transfer function dinyatakan oleh persamaan differential, disederhanakan menggunakan transformasi Laplace atau or transformasi-z bila sistem adalah linear.

Rudy Wawolumaja

Halaman 10

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Prinsip utama control task dalam proses kontinyu adalah pengendalian (regulation), yaitu mempertahankan keadaan (state) pada level atau trajectory yang telah ditetapkan (set )

Discrete plants

Discrete plant dimodelkan dengan keadaan (states) yang terdefinisi jelas /well-defined, unik dan tidak tumpang tindih (exhaustive and non-overlapping states), dan perubahan / transisi dari satu state kelainnya disebabkan oleh events. Dalam model diatas state dinyatakan dengan lingkaran dan event garis.

Discrete plants adalah reversible, namun tidak monotone, artinya hilangnya stimulus yang menyebabkan transisi state tidak serta merta menyebabkan state plant balik ke state sebelumnya :

Contohe: suatu lift tidak akan ketingkat sebelumnya ketika tombol dilepaskan.

Contoh dari diagram model diatas dari state 1 ke state 2 dibutuhkan event a, bila event a telah berakhir maka state tetap di state 2 tidak kembali ke state 1, untuk kestate 1 dari state 2 dibutuhkan transit melalui beberapa state lain, dalam hal ini dari 2 ke 3 ke 7 ke 1 balik ke 2 , atau 2-3-4-7-1-2- atau 2-3-4-5-6-7-1-2 atau 2-3-4-5-6-3-2 dst.

Discrete plants dapat dipelajari menggunakan tools Finite State Machines, Petri Net, State transition tables Grafcet, SDL or Sequential Function Chart diagrams dll..

Prinsip utama dalam control task untuk sistem

discrete plants adalah command yang

berupa event atau menggerakkan event.

 

 

 

 

 

Rudy Wawolumaja

Halaman 11

TI 2013

IE-204 Elektronika Industri & Otomasi

UKM

Continuous process, dapat berupa continuous flow of material or energy

contoh kontrol motor pada pabrik cement, glass, paper production,rolling mill for wires, plate or profiles, newspaper printing: 23 m/s, steel wire 90 m/s

Main task: regulation

Batch process, berupa proses diskrete dalam menangani elemen individual, contoh : Numerical Controlled machine, packing machines, Bottle-filling, manufacturing, pharmaceutical and chemical processes.

Main task: command

Rudy Wawolumaja

Halaman 12