4 I/O dalam Intrumentasi
Bagi orang yang baru dalam bidang instrumentasi, dapat memahami Instrumentasi dengan mengelompokkan Sinyal-sinyal dalam instrumentasi. Kita dapat mengelompokkan menjadi 4 sinyal (4 I/O = 4 Input atau output) yaitu : - AI (Analog Input), - AO (Analog Output), - DI (Digital Input) dan - DO (Digital Output) 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 biasanya besarnya sinyal analog adalah 4 – 20 mA, 0 – 20 mA. 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, sehingga tidak mudah dipengaruhi oleh derau/noise. Dalam instrumentasi biasanya besarnya 0 dan 24 V, 0 dan 5 V. Input adalah sinyal yang masuk ke kontroler (DCS), Output adalah sinyal yang diberikan/ dikirim oleh kontroler (DCS).
Jadi : Analog input input adalah sinyal 4 – 20 mA yang masuk ke kontroler (DCS) yang biasanya berasal dari Transmiter atau analizer, misalnya dari Transmiter temperatur, flow, level, tekanan atau analizer Oksigen, CO, silika dsbnya. Analog Output Output adalah sinyal 4 – 20 mA yang diberikan/ dikirim oleh kontroler (DCS) yang biasanya dikirim ke Kontrol Valve. Digital Input Input adalah sinyal 0 atau 24 V yang masuk ke kontroler (DCS) yang biasanya berasal dari limit switch, speed switch, temperatur swith, presure switch, flow switch, level switch dsnya. Digital Output Output adalah sinyal 0 atau 24 V yang diberikan/ dikirim oleh kontroler (DCS) yang biasanya dikirim ke solenoid valve untuk on/off valve.
Anda dapat mendalami Instrumentasi dengan menjabarkan dan memahami alat-alat instrument yang termasuk dalam 4 I/O tersebut, karena itulah dunianya Instrumentasi. Analog Input (AI) dalam Dunia Instrumentasi
Seperti yang di bahas pada posting sebelumnya mengenai 4 I/O; Analog Input adalah Sinyal 4– 20 mA yang masuk ke kontroler (DCS) yang biasanya berasal dari Transmitter atau Analizer, misalnya dari Transmitter Temperature, Flow, Level, Tekanan atau dari Analizer Oksigen, CO, Silika dsbnya. Dalam dunia instrumentasi analog input ini berasal berbagai macam transmitter ataupun analizer yang mengeluarkan sinyal 4–20 mA. Transmitter ataupun Analizer mengeluarkan sinyal 4–20 mA (Outputnya) adalah merupakan input bagi kontroler (DCS) yang nantinya dapat dipakai sebagai indikasi ataupun set poin untuk alarm maupun interlock dalam suatu sistem. Sebagai contoh : Temperatur Transmitter, temperatur transmitter akan mengirimkan sinyal 4–20 mA ke kontroler (DCS), mengirim sinyal analog 4 mA saat zero indikasi sampai sinyal analog 20 mA saat full range.
Range temperatur tersebut di Kontroler (DCS) harus sama dengan di transmitter agar indikasi yang ditampilkan di Kontroler (DCS) adalah besaran aktual temperatur di lapangan. Kalau range temperatur di Kontroler (DCS) adalah 0–100 °C ; maka transmitter juga harus di kalibrasi pada range 0-100 °C agar suhu aktual dilapangan yang disensing sensor sebagai 50 °C di kirim oleh transmitter sebagai 12 mA dan nantinya kontroler yang memiliki range temperatur yang sama 0 – 100 °C akan menerima 12 mA ini dan menampilkan sebagai suhu 50 °C.
Karena pada range transmitter dan kontroler (DCS) 0 - 200°C; pada suhu 50 °C ini, transmitter akan mengirim sinyal 8 mA dan kontroler (DCS) akan menerima dan menampilkan 8 mA ini sebagai suhu 50 °C, sehingga tidak terjadi kesalahan dalam pembacaan. Jadi tidak ada masalah berapa pun range temperature tersebut asalkan range di transmitter dan Kontroler (DCS) sama. Cuma perlu saya ingatkan bahwa pemilihan range tersebut disesuaikan dengan range temperatur prosses yang diukur, misalnya air 0–100 °C, LP steam 0–300 °C, MP steam 0–400 °C, Bed temperatur boiler 0–1200 °C.
Arus 4 - 20 mA
Anda pasti sering mendengar tentang arus 4-20 mA , terutama dalam bidang instrumentasi. Angka 4-20 mA tersebut bukan muncul begitu saja, tetapi ada sejarah yang membentuk angka tersebut. Dahulu industri pemanas, ventilasi dan pengkondisian udara (Heating, ventilating dan air conditioning; HVAC) telah menggunakan control pneumatic (control udara). Dalam system ini, rasio controller, PID controller, sensor suhu dan actuator digerakkan oleh udara yang di kompressi. Pada sistem itu 3-15 pound/inche2 adalah standar modulasinya, 3 psi untuk “zero” dan 15 psi untuk “100%”. Setiap tekanan di bawah 3 psi adalah “dead zero” dan kondisi alaram. Pada tahun 1950-an, kontrol listrik dan elektronika berkembang. Bentuk sinyal yang baru 4-20 mA berusaha menyamai sinyal pneumatic 3-15 psi. Bentuk arus sinyal ini cepat menjadi metode pilihan karena kabel lebih mudah di pasang dan dipelihara dibandingkan dengan jalur tekanan pneumatic. Selain itu dapat mengirimkan arus sinyal pada jarak yang jauh dan membutuhkan energi yang jauh lebih rendah. Anda tidak lagi membutuhkan compressor 20-50 tenaga kuda, dan dengan elektronik kita dapat menambah algoritma control yang rumit.
Dasar-dasar Loop Arus 4-20 mA Loop arus 4-20 mA ini sangat berpeluang menjadi sinyal standar sensor, yang ideal untuk menjadi transmisi data, karena ketidak pekaannya terhadap noise (gangguan) listrik. Dalam loop 4-20 mA ini arus sinyal mengalir ke semua komponen, mengalirkan arus yang sama bahkan pada sambungan kabel yang kurang sempurna sekalipun. Semua komponen dalam loop mengalami tegangan jatuh karena arus sinyal yang mengalir melaluinya. Arus sinyal tidak terpengaruh oleh tegangan jatuh tersebut selama tegangan listrik power supply lebih besar dari pada jumlah tegangan jatuh dalam loop pada arus sinyal maksimum 20 mA.
Gambar 1 menunjukkan skema dari loop sederhana 4-20 mA. Ada 4 komponen di sana yaitu : 1. Sebuah catu daya DC; 2. sebuah transmitter 2-Wire; 3. Sebuah resistor penerima (Rpenerima) yang mengubah sinyal arus menjadi tegangan; 4. Kabel yang menghubungkan semuanya. Dua “R kabel” merupakan simbol yang menggambarkan perlawanan kabel dari transmitter ke catu daya dan Rpenerima (kontroler).
Gambar 1: Skema Dasar Loop Arus
Pada Gambar 1, arus disuplay dari catu daya melalui kabel ke transmitter dan transmitter mengatur aliran arus dalam loop. Arus yang diizinkan oleh transmitter disebut arus loop yang sebanding dengan parameter yang sedang diukur. Arus loop mengalir kembali ke controller melalui kabel, dan kemudian mengalir melalui resistor Rpenerima ke tanah dan kembali ke catu daya. Arus yang mengalir melalui Rpenerima ini menghasilkan tegangan yang mudah diukur dengan input kontrol analog. Untuk resistor 250Ω ,tegangan akan terukur 1 VDC pada 4 mA dan 5 VDC pada 20 mA. Komponen-komponen pada Loop Arus 4-20 mA 1. Catu Daya Catu daya untuk transmitter 2-wire harus selalu DC, karena perubahan arus merupakan parameter yang sedang diukur. Jika daya AC yang digunakan, arus dalam loop (lingkaran) akan berubah sepanjang waktu. Oleh karena itu, perubahan arus dari transmitter akan mustahil untuk dibedakan dari perubahan arus yang disebabkan oleh catu daya AC. Untuk loop 4-20 mA dengan transmitter 2-wire, catu daya umumnya dipasok dengan tegangan 36 VDC, 24 VDC, 15 VDC dan 12 VDC. Loop Arus yang menggunakan transmitter 3-wire dapat menggunakan power supply AC atau DC. Catu daya AC yang paling umum adalah transformator kontrol 24 VAC. Pastikan untuk memeriksa literatur instalasi transmitter untuk kebutuhan tegangan yang tepat.
2. Transmitter Transmitter adalah jantung dari sistem sinyal 4-20 mA. Merubah besaran fisik seperti suhu, kelembaban atau tekanan menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang proporsional terhadap suhu, kelembaban atau tekanan yang diukur. Dalam loop 4-20 mA, 4 mA merupakan titik pengukuran terendah dan 20 mA merupakan titik tertinggi. Beberapa transmitter saat ini menggunakan range catu daya, misalnya 15-24 VDC untuk transmitter kelembaban atau 7-40 VDC untuk transmitter suhu .Tegangan rendah adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk menjamin operasi yang tepat dari transmitter. Tegangan tinggi adalah tegangan maksimum transmitter untuk dapat bertahan dan beroperasi dengan spesifikasi yang ditetapkan. 3. Resistor Penerima Adalah jauh lebih mudah untuk mengukur tegangan daripada untuk mengukur arus. Oleh karena itu, banyak sirkuit loop saat ini (seperti rangkaian pada gambar 1) menggunakan Rpenerima untuk mengubah arus menjadi tegangan. Dalam Gambar 1, Rpenerima adalah sebuah resistor presisi 250Ω. Arus yang mengalir melaluinya akan menghasilkan tegangan yang mudah diukur oleh input k ontrol analog. Untuk resistor 250Ω, tegangan akan terukur 1 VDC pada arus loop 4 mA dan 5 VDC pada arus loop 20 mA. Rpenerima yang paling umum dalam sebuah loop 4-20 mA adalah 250Ω, namun tergantung pada aplikasinya, resistor 100Ω sampai 750Ω dapat digunakan juga. 4. Kabel Mengirim arus melalui kabel menghasilkan drop tegangan yang proporsional dengan panjang dan tebal (ukuran) darikabel tersebut. Semua kawat memiliki tahanan, biasanya dinyatakan dalam ohm per 1.000 feet.
Tabel 1 Tahanan Kabel Tembaga @ 20 ° C (68 ° F) Amerika
Drop tegangan dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm : E=IxR E = tegangan resistor dalam volt; I = arus yang mengalir melalui konduktor dalam ampere; R = resistensi konduktor dalam ohm. Resistansi kabel alat ukur umum diperlihatkan pada Tabel 1 di atas. Ketidakpekaan terhadap Gangguan(noise) Listrik
Keuntungan terbesar menggunakan loop arus untuk transmisi data adalah ketidakpekaan suatu loop arus terhadap gangguan (noise) listrik. Setiap transmitter saat ini memiliki beberapa resistansi output yang terkait dengannya. Idealnya, resistansi output transmitter adalah tak terbatas. Namun, transmitter saat ini sudah sangat besar, tetapi tidak terbatas pada resistensi output. Misalnya, transmitter suhu memiliki resi stansi output 3.640.000 Ohm atau 3,64 MegΩ. Resistansi keluaran ini dapat direpresentasikan sebagai resistor dalam skema rangkaian gambar 2. Skema rangkaian pada gambar 2 menunjukkan komponen tahanan dari sebuah loop arus 4-20 mA dengan sumber ganguan (noise) yang ditambahkan ke loop. Karena resistansi keluaran tinggi dari pemancar (3,64 MegΩ), sebagian besar dari tegangan noise drop (jatuh) di transmitter, dan hanya sebagian kecil drop di Rpenerima. Sejak kontroller dibuat hanya melihat tegangan di Rpenerima, tegangan noise hampir tidak berpengaruh pada kontroler.
Gambar 2, Model Arus loop noise
Contoh Reduksi gangguan (noise): Jika sumber noise pada gambar 2 memiliki amplitudo 20 Volt, maka tegangan gangguan yang terlihat pada Rpenerima hanya 0,0014 Volt. Hal ini karena tegangan gangguan yang diukur pada setiap resistor adalah sama dengan Ohm dari resistor dibagi dengan total ohm pada rangkaian dikalikan dengan tegangan gangguan. Tegangan noise pada Rpenerima = Vnoise x Rpenerima / (Rkabel + Rtransmitter + Rpenerima) Vnoise = 20 x 250 / 3.640.260 = 0,0014 Volt Tegangan Rpenerima pada loop 20 mA saat ini adalah lima volt. Menambahkan 0,0014 volt noise hanya 0,028% dari lima volt, merupakan suatu kesalahan yang tidakberarti. Prinsip yang sama berlaku juga untuk tegangan fruktuasi dalam power supply. Impedansi output tinggi transmitter suhu menolak kesalahan karena fruktuasi catu daya. Jika catu daya dari gambar 1 adalah bervariasi sehingga tegangan jatuh di transmitter bervariasi 7-24 VDC, output hanya merubah arus sebesar 0,000005 amper, atau 5 mikro-amper. Ini sama hanya 0,00125 volt di resistor Rpenerima 250Ω, yang merupakan fruktuasi yang t idak berarti. Tergantung pada sumber saat ini untuk loop, perangkat dapat diklasifikasikan sebagai aktif (penyediaan daya atau supplying Power) atau pasif (mengandalkan kekuatan loop). Misalnya, perekam grafik dapat menyediakan tenaga loop untuk transmitter tekanan. Transmitter tekanan memodulasi arus pada loop untuk mengirim sinyal ke strip chart recorder, tetapi tidak dengan sendirinya menyuplai power ke loop dan begitu juga pasif. (Sebuah instrumen 4-wire memiliki masukan power supply terpisah dari loop arus) loop lain mungkin berisi dua perekam pasif grafik, transmitter tekanan pasif, dan baterai 24 V.. (Baterai adalah perangkat aktif).
Dipilihnya 4-20 mA menjadi sinyal standar instrumentasi antara lain karena : - Sinyal analog dari 4 sampai 20 mA dapat merepresentasikan dengan baik 0 sampai 100% dari variabel proses. - 4 mA cukup untuk menyuplai arus yang di butuhkan oleh power loop dan tidak cukup untuk menyebabkan kehilangan daya. - Dipilih karena resistansi 250 Ohm, 4 mA x 250 = 1 Volt, dan 20 mA x 250 = 5 Volt, merupakan range kerja dari sinyal digital. Standar Analog ke Digital adalah 1 ke 5 V dengan resistan 250 Ohm yang sesuai dengan Zero dan Full digital. - Memberikan suatu sinyal minimum yang bukan nol untuk memungkinkan pendeteksian kehilangan sinyal, dan batas tegangan sinyal minimum menyediakan batas antara sinyal minimum dan setiap gangguan yang mungkin ada. - Sangat mudah memahami 4 mA adalah low level dan jika dibawah 4 mA artinya instrument tidak bekerja atau fail. - Ketidakpekaan loop arus terhadap gangguan (noise) listrik dan fruktuasi catu daya. - Peralatan akan ready untuk pengembangan dan kemungkinan histerisis alat akan dikurangi.
- Loop arus yang sama (disebut transmitter 2-wire) dapat digunakan untuk mengukur tekanan, temperatur, aliran (flow), pH atau variabel proses lainnya. Sebuah loop arus juga dapat digunakan untuk mengontrol positioner aktuator valve atau output lainnya. - Komunikasi digital untuk perangkat tambahan dapat ditambahkan ke loop arus dengan menggunakan HART Protocol. - Ini adalah standar untuk memastikan keselamatan pada area kerja. Sinyal 20 mA tidak cukup untuk memicu percikan api dan kita dapat membatasi daerah bahaya api di area kerja.
Contoh Mencari Besar mA (arus) dan Indikasi (display) pada Transmitter (Analog Input, 4 – 20 mA). Untuk Range yang berawal nol :
Misalnya Range Temperature Transmitter 0 – 100 °C a. Kalau di transmitter terukur 8 mA, maka indikasinya (Display) adalah : mA terbaca - 4 Display = --------------------- X Range 16
= (8-4/16) x 100 = 25 °C
b. Kalau sekarang terbaca 75 °C, mA yang seharusnya adalah : Display terbaca mA = ( ------------------------ X 16 ) + 4 Range
= (75/100 x 16) + 4 = 16 mA c. Begitu pula dalam %, 0 – 100 °C diatas diganti menjadi 0 – 100%
Untuk Range yang bukan berawal nol :
Misalnya : Range temperatur 250° - 550° Artinya Zeronya = 250 Spannya 550° - 250° = 300° Maka mencari display berlaku Rumus : mA - 4 Display = Zero + {(------------ ) x Span }
16 a. Misalnya terbaca 12 mA, maka display = Display = 250 + (12-4/16 x 300) = 250 + 150 = 400° b. Misalnya terbaca 4 mA maka display = Display = 250 + (4-4/16 x 300) = 250 +0 = 250° c. Misalnya terbaca 20 mA maka display = Display = 250 + (20-4/16 x 300) = 250 +300 = 550° Kebalikannya, mencari mA dengan rumus :
Display - Zero mA = { [ ( --------------------) x 16 ] + 4 } Span a. Misalnya Display 400°, maka mA = mA = {(400-250/ 300) x 16} + 4 = 8 + 4 = 12 mA b. Misalnya Display 250°, maka mA = mA = ({250-250/ 300) x 16} + 4 = 0 + 4 = 4 mA c. Misalnya Display 550°, maka mA = mA = ({500-250/ 300) x 16} + 4 = 16 + 4 = 20 mA Ada teman yang menanyakan, contoh menghitung Flow transmitter (DP) pada range 0 - 2500 mmH2O. Perhitungan di atas memang hanya untuk yang Linier, sementara untuk Flow Transmitter (DP) menggunakan square root (akar kuadrat). Untuk itu saya akan jelaskan dengan tabel di bawah ini :
Istilah-istilah dalam Instrumentasi
Dalam dunia instrumentasi ada beberapa istilah yang sering muncul. Beberapa istilah-istilah itu antara lain : Instrumentasi adalah alat-alat dan piranti (device) yang dipakai untuk pengukuran dan pengendalian dalam suatu sistem yang lebih besar dan lebih kompleks. Secara umum instrumentasi mempunyai 3 fungsi yaitu sebagai alat pengukur, alat analisa dan alat kendali. Sistem adalah gabungan komponen-komponen yang bekerja sama dalam melakukan tujuan tertentu. Sistem tidak terbatas pada benda-benda phisik saja, konsep sistem dapat digunakan pada benda-benda abstrak, fenomena dinamik dsbnya. Plant adalah merupakan objek phisik yang dikendalikan,yang dapat berupa peralatan-peralatan yang mempunyai tugas masing-masing dan mempunyai tujuan yang sama. Proses adalah sistem fisika yang kita usahakan untuk diukur atau dikontrol. Proses Variabel adalah kuantitas spesifik yang kita ukur dalam proses. Kuantitas tersebut dapat berupa besaran phisik atau besaran kimia.Tekanan, temperatur, flow dan level adalah variabel phisik; sedangkan kandungan oksigen dan nilai pH adalah variabel-variabel kimia. Primary Sensing Element (PSE) adalah sebuah perangkat yang secara langsung merasakan variabel proses dan menterjemahkan besaran yang dirasakan menjadi representasi analog (tegangan listrik, arus, resistansi, kekuatan mekanik, gerakan dll). Contoh termokopel, termistor, bourdon tube, sel electrokimia, microfon, accelerometer. Sensor merupakan primary sensing element yaitu suatu alat yang mengambil energi dari sistem yang diukur untuk memberikan sinyal keluaran yang dapat diubah menjadi sinyal listrik yang cocok dengan hasil pengukuran. Transduser adalah suatu alat (device) yang berfungsi merubah suatu besaran/ energi ke bentuk besaran energi yang lain. Transduser merupakan perangkat yang mengubah standar sinyal instrumentasi yang satu ke standar sinyal instrumen yang lain atau melakukan semacam pengolahan pada sinyal. Sering disebut sebagai konverter. Misalnya I/P converter (mengkonversi sinyal listrik 4-20mA ke sinyal pneumatik 3-15 PSI).
Transmitter adalah sebuah perangkat yang menterjemahkan sinyal yang dihasilkan oleh element pengindera primer menjadi sinyal instrumentasi standart seperti arus listrik DC 4-20mA yang mungkin kemudian disampaikan ke perangkat indikator , sebuah perangkat pengendali atau keduanya. Kalibrasi merupakan proses untuk menyesuaikan keluaran atau indikasi dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan standar yang digunakan dalam akurasi tertentu. Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan suatu standar yang terhubung dengan standar nasional maupun internasional dengan bahan acuan yang tersertifikasi. Dengan kata lain, kalibrasi merupakan proses verifikasi bahan suatu akurasi alat-ukur sesuai dengan rancangannya. Kontroler adalah sebuah perangkat yang menerima sinyal proses variabel (PV) dari Primer Sensing Element (PSE) atau transmitter, membandingkan sinyal dengan nilai yang di kehendaki untuk proses variabel (setpoint), dan menghitung sinyal output yang sesuai yang akan dikirim ke Final Control Element (FCE) seperti kontrol valve atau motor istrik. Final Control Element (FCE) atau aktuator adalah perangkat yang menerima sinyal dari kontroler untuk secara langsung mempengaruhi proses. Contoh : Kontrol valve, speed variabel motor listrik, dsbnya. Range adalah menggambarkan batasan sinyal yang berhubungan dengan instrumen input ataupun instrumen output. Batasan sinyal terendah dari suatu sinyal input adalah kuantitas instrumen terendah yang diukur, sedangkan batasan maksimumnya adalah nilai tertinggi. Contoh : Suatu proses mempunyai batas atau range tekanan dari 100 kPa sampai 500 kPa, maka alat instrumen ini tidak dapat digunakan untuk mengukur nilai dibawah 100kPa ataupun diatas 500 kPa. Zero adalah nilai terendah suatu sinyal input atau output, meskipun nilainya tidak nol. Span adalah selisih aljabar antara nilai range teratas dengan range terendah. Span input dan output dari suatu instrumen berhubungan langsung dengan range inputataupun rang outputnya. Akurasi (ketepatan) adalah harga (nilai) seberapa dekat angka terbaca pada alat ukur dengan nilai sebenarnya besaran yang diukur tersebut. Akurasi biasanya dinyatakan dengan persentasi span. Presisi (ketelitian) adalah harga atau nilai yang menyatakan berapa dekat nilai bacaan alat ukur tersebut ketika dilakukan pengukuran secara berulang-ulang. Sensitivitas (kepekaan) adalah perbandingan keluaran terhadap perubahan besaran yang diukur. Suatu alat yang peka akan memberikan tanggapan (respon) yang besar jika besaran yang diukur mengalami perubahan kecil. Resolusi (daya pisah) adalah perubahan terkecil dari besaran yang diukur, dimana alat ukur masih memberikan tanggapan. Error (Kesalahan) adalah simpangan terhadap nilai sebenarnya, atau selisih antara nilai yang diukur dengan nilai sebenarnya besaran yang diukur. Misalnya presure gauge menunjukkan 97 Bar ketika presure nyatanya 100 Bar, maka kesalahannya -3 Bar. Gangguan merupakan sinyal yang cenderung mempengaruhi nilai output sistem. Jika gangguan bangkit dari dalam sistem maka disebut gangguan internal, sedangkan gangguan eksternal dihasilkan dari luar sistem. Linieritas adalah menggambarkan kedekatan hubungan antara input dengan output dari suatu instrumen yang digambarkan seperti sebuah garis lurus; hal tersebut adalah sebuah garis lurus dengan 0% input dan 0% output sampai 100% input dan 100% output. Jika hubungan ini meyimpang maka timbul ketidaklinieran. Ketidak linieran output biasanya dinyatakan dalam persentase skala penuh atau full scale output.
Set point (SP) adalah nilai dimana kita menginginkan proses variabel harus dipertahankan. Dengan kata lain adalah target nilai dari variabel proses. Tag Number adalah 8 karakter huruf atau angka yang berfungsi sebagai tanda atau identifikasi suatu transmitter, sensor ataupun peralatan instrumen yang lain.
Teknik Sederhana untuk membaca P&ID
Piping and Instrumentation Diagram atau biasa disingkat P&ID adalah ilustrasi skematik secara mendetail (Overview) mengenai hubungan fungsional perpipaan, instrumentasi dan komponen sistem peralatan didalam suatu pabrik. P&ID adalah salah satu informasi penting mengenai semua komponen pabrik, baik ketika pabrik didalam fase desain, fase konstruksi maupun fase operasional. Dari P&ID kita dapat mengetahui bagaimana suatu pabrik proses bekerja, pipa ukuran apa saja yang digunakan, instrumentasi apa saja yang digunakan dan lain sebagainya. Intinya, P&ID adalah jantung komunikasi antara para insinyur fasilitas produksi dari berbagai disiplin ilmu mengenai pabrik. Memulai dari PFD Awal membaca gambar P&ID – bagi insinyur pemula – memang cukup sulit untuk pabrik yang sedikit rumit karena mungkin belum terbiasa dengan proses yang tergambar dalam P&ID. Supaya lebih mudah membaca P&ID, sangat disarankan membaca gambaran pabrik secara keseluruhan, yaitu dengan membaca Process Flow Diagram (PFD) terlebih dahulu. Dari PFD ini kita bisa melihat gambaran besar cara kerja pabrik. PFD menjelaskan hal-hal sbb: • • • • • •
Perpipaan proses Simbol peralatan utama Katup kendali atau kontrol utama Interkoneksi dengan sistem lain Jalur bypass dan jalur resirkulasi Neraca massa dan neraca energi
Setelah cukup jelas, kita bisa beralih ke P&ID – yang merupakan penjabaran detil dari PFD – untuk mengikuti alur proses disitu, serta mencoba memahami segala fungsi peralatan dan instrumentasi yang ada di gambar P&ID. Anatomi Gambar P&ID Gambar P&ID secara umum dapat dikelompokkan menjadi 5 area utama. 1. Title block 2. Grid system 3. Revision block 4. Notes and legends 5. Engineering drawing (porsi grafis) Kemampuan untuk memahami informasi di semua area ini hampir sama pentingnya dengan memahami P&ID, oleh sebab itu kita akan membahasnya satu-persatu. 1. Title block
Title block atau blok judul dari P&ID biasanya terletak dibawah atau dipojok kanan bawah suatu gambar, berisikan informasi yang diperlukan untuk mengidentifikasi gambar dan memverifikasi validitas gambar tersebut. Berikut adalah gambar contoh blok judul.
Blok judul terdiri dari beberapa area sebagai berikut A. Area pertama dari blok judul Area pertama dari blok judul berisikan judul gambar, nomor gambar dan daftar lokasi/lapangan/vendor. Judul gambar dan nomor gambar digunakan untuk identifikasi dan tujuan pendokumentasian. Biasanya nomor gambar adalah unik untuk setiap gambar dan terdiri atas kode yang berisikan informasi gambar mengenai lapangan, sistem maupun tipe gambar. Nomor gambar bisa juga berisikan informasi seperti nomor lembar ( sheet number ), jika gambar tersebut terdiri dari beberapa halaman, atau bisa juga berisikan tingkatan revisi. Gambar-gambar biasanya didokumentasikan berdasarkan nomor gambar karena judul gambar bisa menjadi terlalu umum atau tidak unik. B. Area kedua dari blok judul Area kedua dari blok judul berisikan tanda tangan dan tanggal-tanggal persetujuan ( approval) dari pihak-pihak yang terkait. Area ini menyediakan informasi kapan dan oleh siapa komponen/sistem ini didesain dan kapan serta oleh siapa gambar ini dibuat serta diverifikasi dalam tahap akhir persetujuan. Informasi ini dapat sangat berharga ketika kita hendak mencari data lebih jauh mengenai sistem/komponen desain atau operasi. Nama-nama yang tercantum disitu besar kemungkinan dapat membantu mencari solusi antara perbedaan gambar dengan sumber informasi lainnya. C. Area ketiga dari blok judul Area ketiga dari blok judul adalah blok referensi. Blok referensi berisikan daftar gambar-gambar lain yang berhubungan dengan sistem/komponen, atau dapat juga berisikan daftar gambar lain yang saling mereferensikan, bergantung pada konvensi di lapangan atau vendor. Blok referensi ini dapat sangat bermanfaat dalam mencari informasi tambahan pada sistem atau komponen di P&ID. Meskipun demikian, informasi yang terdapat pada blok judul bisa berbeda-beda tergantung lapangan ataupun vendor, seperti misalnya ditambahkan nomor kontrak. Ketiga area diatas tidak selalu juga dapat ditemui dalam setiap P&ID, tetapi biasanya area pertama dan area kedua selalu ada di P&ID. 2. Grid System Suatu gambar bisa saja menjadi sangat besar maupun rumit, mencari suatu titik atau peralatan
tertentu saja bisa sulit. Ini menjadi semakin nyata ketika satu kabel atau pipa disambungkan dengan gambar dilembar kedua. Untuk membantu mencari titik tertentu pada gambar yang telah dicetak, kebanyakan gambar – khususnya P&ID dan gambar skematik elektrik – mempunyai sistem kisi atau grid system. Kisi dapat terdiri dari huruf, angka atau keduanya yang melintang secara horizontal dan vertikal disekitar gambar seperti pada gambar dibawah.
Seperti halnya peta kota, gambar dibagi menjadi blok-blok yang lebih kecil, yang mana setiap bloknya mempunyai pengidentifikasi dua huruf atau angka. Sebagai contoh, suatu pipa dilanjutkan dari satu gambar ke gambar yang lain, tidak hanya gambar kedua mereferensikan gambar pertama, tetapi koordinat kisi juga ikut membantu peletakan pipa sambungan tersebut. Sehingga pencarian pipa yang terdapat dalam suatu blok akan lebih mudah dilakukan daripada mencari diseluruh gambar. 3. Revision block Ketika perubahan-perubahan terhadap komponen atau sistem dilakukan, gambar-gambar yang merefleksikan komponen atau sistem yang bersangkutan harus digambar ulang atau diterbitkan kembali (reissued). Ketika gambar pertama kali diterbitkan, disebut sebagai revisi 0 dan blok revisi menjadi kosong. Setiap kali revisi gambar dibuat, sebuah entri akan diletakkan pada blok revisi. Entri ini dilengkapi dengan nomor revisi, judul atau ringkasan dari revisi, dan tanggal revisi. Nomor revisi bisa saja ditampilkan pada nomor gambar atau pada blok yang terpisah seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah.
Ketika komponen atau sistem dimodifikasi, gambar tersebut dimutakhirkan untuk merefleksikan perubahan, nomor revisi akan dinaikkan satu angka, dan kemudian nomor revisi di blok revisi akan diubah untuk mengindikasikan nomor revisi baru. Sebagai contoh, jika gambar dengan Revisi 2 dimodifikasi, maka gambar baru yang menunjukkan modifikasi terakhir akan mempunyai nomor gambar yang sama, tetapi dengan level revisinya menjadi 3. Gambar Revisi 2 akan didokumentasikan serta dipertahankan didalam sistem pengarsipan untuk kepentingan historikal. Terdapat dua metode yang umum dipakai untuk menunjukkan bahwa revisi telah mengubah gambar yang berisikan diagram sistem. Metode pertama adalah metode awan (cloud method), dimana setiap perubahan diletakkan didalam bentuk awan, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah.
Metode kedua menggunakan segitiga (atau lingkaran atau bentuk lainnya) dengan nomor revisi didalamnya yang kemudian diletakkan porsi gambar yang terkena revisi. Metode pertama dengan awan hanya menunjukkan perubahan dari revisi yang terakhir, sedangkan metode kedua menunjukkan semua perubahan dari proses revisi-revisi sebelumnya karena semua segitiga masih diletakkan didalam gambar. 4. Notes and legend Gambar terdiri dari simbol dan garis yang merepresentasikan komponen atau sistem. Meskipun kebanyakan dari simbol dan garis terjelaskan dengan sendirinya atau standar, beberapa simbol yang unik dan konvensi harus diterangkan untuk setiap gambar seperti terlihat pada gambar dibawah. Catatan dan legenda gambar (notes and drawing legend) biasanya memberikan penjelasan simbol dan konvensi pada gambar tersebut. Biasanya dicantumkan juga catatan dari desainer atau draftsman yang dirasa perlu untuk menggunakan dan memahami gambar secara benar. Karena pentingnya pemahaman dari semua simbol dan konvensi yang digunakan didalam gambar, maka catatan dan legenda gambar harus dipelajari terlebih dahulu sebelum membaca sebuah gambar. Dibawah ini adalah contoh Notes dan Legend dari sebuah P&ID. Anda bisa membaca Notes & Legend dari P&ID pabrik anda.
5. Engineering drawing (porsi grafis)
Ini adalah jantung dari P&ID secara keseluruhan. Gambar mengenai aliran proses, perpipaan dan instrumentasi dideskripsikan dibagian ini. Semua simbol-simbol dan kode-kode yang dipakai didalam P&ID merupakan kesepakatan dan dapat dilihat artinya dari legenda gambar. Simbol yang digunakan sebenarnya bersifat sederhana dan terjelaskan dengan sendirinya (selfexplanatory), sehingga tidak terlampau sulit untuk sekedar membaca P&ID yang terpampang dimeja kita. Meskipun demikian, mengenal dan mengetahui arti dari simbol-simbol dan kode-kode di P&ID akan sangat membantu dalam pembacaan P&ID. Pengenalan Simbol P&ID Simbol-simbol P&ID yang perlu diketahui adalah simbol-simbol dasar yang mewakili perpipaan/koneksi (line), unit operasi (operating unit), katup (valve) dan peralatan instrumentasi (instrumentation). Diharapkan dengan mengetahui simbol-simbol diatas, pemahaman pembacaan P&ID pabrik mulai sedikit jelas.
1. Perpipaan Proses Umumnya, simbol perpipaan diwakili oleh simbol garis lurus biasa dengan warna hitam, bisa juga ketebalan garisnya dibedakan untuk membedakan pipa utama dan pipa cadangan. Beberapa perusahaan tertentu kadangkala membuat pewarnaan pada simbol perpipaan untuk mendeskripsikan jenis dari fluida proses yang dialirkan melalui pipa tersebut. Misalnya warna merah untuk gas, hijau untuk minyak, biru untuk air dan ungu untuk kondensat. Deskripsi simbol perpipaan digambarkan sebagai berikut:
Gambar perpipaan proses di P&ID 2. Unit operasi Bejana bertekanan, kompresor, pompa, alat penukar kalor, unit dehidrator, ekspander, dll. 3. Katup dan katup kendali Globe, ball, butterfly, gate, katup kendali dll. 4. Instrumentasi, kontrol dan Safety Instrumented System gauge, transmitter, kontroler, switch, flowmeter, PSV, SDV, BDV,dll.
