Setiap disiplin teknis memiliki cara standar tersendiri untuk membuat diagram deskriptif dan instrumentasi, tidak ada pengecualian. Ruang lingkup instrumentasi sangat luas, tidak ada satu bentuk diagram yang cukup untuk menangkap semua yang kita perlukan untuk merepresentasikannya. Bab ini akan membahas tiga jenis diagram instrumentasi :
- Process Flow Diagram (PFD)
- Process and Instrument Diagram (P&ID)
- Loop Diagram
- Functional Diagram
Pada tingkat tinggi, teknisi instrument tertarik pada interkoneksi proses bejana, pipa dan proses jalur aliran cairan. Bentuk diagram yang tepat untuk merepresentasikan proses disebut process flow diagram. Instrumen individual jarang direpresentasikan dalam PFD, karena fokus diagram adalah proses itu sendiri.
Pada level bawah, teknisi instrument tertarik pada interkoneksi instrument individual, termasuk semua nomor kabel, nomor terminal, jenis kabel, rentang kalibrasi instrument, dan lain-lain. Bentuk diagram yang tepat untuk tingkat ini disebut loop diagram.
Process and instrument diagram (P&ID) terletak sisuatu tempat ditengah-tengah antara PFD dan loop diagram. P&ID menunjukan tata letak semua yang berhubungan dengan proses seperti bejana, pipa dan perlengkapan dengan instrument yang dimasukan kedalam diagram menunjukan apa yang diukur dan apa yang dikontrol. Didiagram ini, orang dapat melihat aliran proses serta aliran informasi antara instrument yang mengukur dan pengendalian proses.
Functional diagram digunakan untuk tujuan yang berbeda, yaitu untuk mendokumentasikan strategi system control. Dalam diagram ini, menitikberatkan pada algoritma yang digunakan untuk mengendalikan proses.
Teknisi instrument sering beralih diantara berbagai diagram saat memecahkan masalah system control yang rumit. Pertama-tama kita mulai dari PFD atau P&ID untuk melihat gambaran proses, untuk melihat komponen utama berinteraksi. Kemudian, setelah mengindentifikasi instrument mana yang ingin diperiksa, kita menuju ke loop diagram yang sesuai untuk melihat detil interkoneksi instrument tersebut jadi kita mengetahui dimana untuk menghubungkan perangkat uji dan sinyal apa yang kita harapkan untuk ditemukan ketika melakukannya.
2.1 Process Flow Diagram
Untuk menunjukan contoh praktik proses, mari kita membahas tiga diagram system control compressor, dimulai dari PFD. Dalam proses ini, air sedang dievaporasi dari larutan proses dibawah vakum parsial (disediakan oleh compressor). Kemudian compressor membawa uap ke “drum knockout” dimana mereka mengembun menjadi bentuk cairan. Diaram ini menunjukan interkoneksi utama dari bejana proses dan perangkat, tetapi menghilangkan detil seperti garis sinyal instrument dan instrument tambahan.
Gambar 2.1 PFD System control compressor
Orang mungkin menebak interkoneksi instrument berdasarkan label intrumen. Sebagai controh, tebakan yang baik adalah bahwa level transmitter (LT) dibagian bawah knockout drum mungkin mengirim sinyal yang akhirnya mengontrol level valve (LV) dibagian bawah bejana. Orang juga bisa menebak bahwa termperature transmitter (TT) pada bagian atas evaporator mungkin bagian dari system control suhu yang mengendalikan uap ke jaket bejana.
Bedasarkan diagram ini saja, orang akan kesulitan untuk menentukan system control apa. Tingkat ketidakpastian ini dapat diterima untuk PFD, karena tujuannya hanya untuk menunjukan aliran umum dari prose situ sendiri dan hanya instrumentasi control minimum.
2.2 Process and Instrument Diagram
Tingkat detil selanjutnya adalah P&ID. Disini kita melihat “pembesaran” dari ruang lingkup keseluruhan proses evaporator ke compressor sebagai satu unit. Evaporator dan knockdown drum hampir pudar kedalam latar belakang, dengan instrument yang terkait tidak ada ditempatnya.
Gambar 2.2 P&ID system control
Sekarang kita dapat melihat lebih banyak instrument yang terkait dengan compressor bukan hanya sekedar flow transmitter (FT). Di diagram juga ada differential pressure transmitter (PDT), flow indicating controller (FIC) dan katup control yang memungkinkan uap yang keluar dari saluran pembuangan compressor kembali ke saluran hisap compressor. Sebagai tambahan, kita mempunyai sepasang temperature transmitter (TT) yang menginformasikan suhu pada saluran hisap dan saluran pembuangan ke recorder.
Beberapa detil lainnya juga muncul dalam P&ID. Kita melihat flow transmitter, flow controller, pressure transmitter dan flow valve mempunyai nomor yang sama : 42. Nomor loop ini mengindikasikan keempat instrument tersebut adalah bagian dari system control yang sama. Instrumen dengan nomor loop lainnya adalah bagian dari system control berbeda, mengukur dan/atau mengendalikan fungsi lain dalam proses. Contoh pada diagram ini diantaranya temperature transmitter dan recorder, mempunyai nomor loop 41 dan 43.
Perhatikan perbedaan dalam lingkaran instrument yang terdapat dalam P&ID ini. Beberapa lingkaran hanya lingkaran terbuka, dimana yang lainnya memiliki garis tengah. Setap simbol memiliki arti berdasarkan kepada standar ISA (Instrumentation, System and Automation society).
Gambar 2.3 Simbol instrument standar ISA
Jenis lingkaran yang digunakan setiap instrument menjelaskan lokasinya. Simbol ini cukup penting ketika bekerja difasiitas dengan ribuan instrument yang tersebar diarea tertentu.
Simbol persegipanjang yang mentupi kedua recorder suhu menunjukan bahwa mereka adalah bagian dari instrument yang sama. Dengan kata lain, ini menunjukan hanya ada satu intrumen recorder suhu, dan instrument ini memplot suhu hisap dan pembuangan.
Kita tidak melihat detil jenis kabel, nomor kabel, terminal block, rentang kalibrasi instrument, sumber daya dan sejenisnya. Untuk memeriksa tingkat detil ini, kita harus beralih kedokumen lain yang disebut loop diagram.
2.3 Loop Diagram
Sekarang kita tiba pada loop diagram (terkadang disebut juga loop sheet) untuk system control compressor (nomor loop 42).
Gambar 2.4 Loop diagram system control compressor
Disini kita melihat bahwasanya P&ID tidak menunjukan semua instrument dalam loop control ini. Kita tidak hanya memiliki dua transmitter, controller dan katup, kita juga memiliki dua sinyal transducer. Transducer 42a merubah sinyal flow transmitter sebelum masuk ke controller dan transducer 42b merubah sinyal elektronik 4-20 mA ke sinyal tekanan udara pneumatic 3 – 15 PSI. Setiap lingkaran instrument dalam loop diagram merepresentasikan perangkat individu dengan terminalnya untuk menyambung kabel.
Garis putus-putus menunjukan kabel individu. Terminal listrik dimana kabel disambung ditunjukan oleh symbol kotak dengan nomor didalamnya. Port cairan pada instrument juga ditunjukan dengan symbol kotak. Nomor kabel, warna kabel, nomor terminal pada junction box, panel dan titik ground ditunjukan dalam loop diagram. Loop diagram adalah bentuk diagram yang paling terperinci untuk system control secara keseluruhan dan karenanya harus memuat semua detail yang tidak ada pada PFD dan P&ID.
Bagi pemula mungkin tampak berlebihan untuk memasukan hal-hal sepele seperti warna kabel dalam loop diagram. Bagi teknisi yang berpengalaman yang harus bekerja pada system yang kurang terdokumentasi, informasi ini sangat berharga. Ketika loop diagram lebih terperinci, menjadi lebih mudah untuk melakukan pelacakan masalah, kalibrasi dan upgrade.
Detail yang terlihat pada loop diagram ini adalah tabel yang menetapkan kalibrasi input dan kalibrasi output untuk setiap instrument dalam system. Ini adalah konsep yang sangat penting untuk diingat ketika memecahkan masalah system instrumentasi yang rumit. Memeriksa dimana letak permasalahan dalam pengukuran atau system control terkadang memerlukan alat uji berbagai instrument untuk melihat jika respon output sudah tepat dengan kondisi inputnya, oleh karena itu sangat penting untuk mendokumentasikan kalibrasi input dan output.
Ketika terjadi kesalahan kalibrasi atau malfungsi pada salah satu instrument dapat menyebabkan masalah pada system control, akan lebih baik jika ada cara untuk menemukan mana instrument yang malfungsi dan yang tidak. Anda dapat menggunakan prosedur pengujian yang sama input-versus-output untuk memverifikasi operasi yang tepat pada level transmitter pneumatic (3-15 PSI) atau analog flow transmitter (4-20 mA) atau digital temperature transmitter yang sama. instrument mempunyai input dan output dan selalu ada korelasi yang dapat diprediksi (diuji) dari satu ke yang lainnya.
Detil yang menarik pada loop diagram ini adalah arah aksi setiap instrument. Anda akan melihat sebuah kotak dan panah (menunjuk keatas atau kebawah) disetiap symbol lingkaran instrument. Panah naik merepresentasikan instrument direct-acting, yang mana sinyal output meningkat ketika input meningkat. Panah turun merepresentasikan instrument reverse-acting, yang mana sinyal output menurun ketika input meningkat. Semua instrument dalam loop ini adalah direct-acting kecuali differential pressure transmitter PDT-42.
Gambar 2.5 Detil instrument dengan arah panah
Panah turun pada gambar diatas menginformasikan sinyal output transmitter menjadi 20 mA ketika transmitter mendeteksi tekanan diferensial 0 PSI dan mengleuarkan 4 mA ketika mendeteksi 200 PSI. Karena sinyal arus berkurang dengan meningkatnya tekanan dan controller harus dikonfigurasi, sinyal arus yang berkurang akan ditafsirkan oleh controller sebagai tekanan diferensial yang tinggi. Ketika kabel koneksi ke instrument terputus, hasilnya adalah sinyal 0 mA yang akan dilihat oleh controller sebagai kondisi over-range. Penurunan tekanan yang berlebihan pada compressor dianggap berbahaya karena dapat menyebabkan compressor melonjak. Dengan demikian, controller akan mengambil tindakan untuk mencegah lonjakan dengan memerintahkan katup control anti lonjakan membuka, karena controller berfikir compressor akan melonjak. Dengan kata lain, transmitter sengaja dikalibrasi untuk reverse-acting sehingga ketika ada kerusakan pada kabel sinyal akan membawa system ke kondisi paling aman.
2.4 Functional Diagram
Bentuk unik dari diagram teknis untuk menggambarkan fungsi abstrak dari system control adalah functional diagram. Functional diagram focus pada aliran informasi dalam system control. Aliran dari functional diagram dari atas ke bawah, transmitter terdapat pada bagian atas dan element akhir dibagian bawah. Diagram ini adalah tentang algoritma yang digunakan untuk membuat keputusan control.
Contoh functional diagram ditunjukan pada gambar dibawah ini, menunjukan transmitter (FT) mengirim sinyal proses ke controller PID dan kemudian mengirim sinyal ke katup aliran (FCV).
Gambar 2.6 Contoh functional diagram
Sistem control cascade, dimana output dari satu controller bertindak sebagai setpoint untuk controller lainnya ditunjukan pada functional diagram dibawah ini
Gambar 2.7 Contoh functional diagram cascade
Functional diagram dapat menunjukan berbagai tingkat detil tentang strategi control yang mereka dokumentasikan. Sebagai contoh, anda dapat melihat control auto/manual direpresentasikan pada entity yang terpisah dalam functional diagram, terlepas dari fungsi dasar controller PID. Pada contoh dibwah ini, kita melihat blok transfer (T) dan dua pengaturan manual (A) menyediakan kemampuan untuk mengatur setpoint dan output secara terpisah dan untuk memindahkan antara mode auto dan manual.
Gambar 2.8 Contoh functional diagram dengan tingkat detilnya
Blok kotak seperti Δ , P, I, dan D yang ditunjukan pada gambar diatas merepresentasikan fungsi auto. Blok jajaran genjang seperti A dan T adalah fungsi manual. Gambar dibawah ini menunjukan functional digram yang lebih lebih detil menunjukan algoritma setpoint tracking dalam controller, sebuah fitur yang merubah nilai setpoint ke nilai yang sama dengan variable proses ketika dalam mode manual.
Gambar 2.9 Functional diagram dengan setpoint tracking
Disini kita dapat melihat jenis garis putus-putus. Garis solid merepresentasikan sinyal analog sperti variable proses, setpoint dan variable manipulasi. Garis putus-putus merepresentasikan sinyal diskrit (on/off), dalam kasus ini kondisi auto/manual dari controller yang memerintahkan algoritma PID untuk mendapatkan setpoint nya dari input operator (A) atau dari input variable proses (FT).
2.5 Simbol Perangkat Proses dan Instrumen
Dibagian ini kita akan membahas beberapa symbol instrument yang dapat ditemukan dalam jenis diagram teknis yang berbeda-beda untuk mendokumentasikan system instrumentasi.
Jenis garis
Gambar 2.10 jenis garis pada diagram teknis
Garis Sambungan Proses/Instrumen
Gambar 2.11 Jenis sambungan proses/instrument
Lingkaran Instrumen
Gambar 2.12 Simbol instrument
Jenis Katup Proses
Gambar 2.13 Jenis symbol katup
Jenis Aktuator Katup
Gambar 2.14 jenis symbol actuator katup
Mode Kegagalan Katup
Gambar 2.15 Simbol mode kegagalan katup
Perangkat Ukur Ketinggian Cairan
Gambar 2.16 Simbol perangkat ukur ketinggian cairan
Perangkat Ukur Aliran
Gambar 2.17 Simbol perangkat ukur aliran
Perangkat Proses
Gambar 2.18 Simbol perangkat proses
Simbol Functional Diagram
Gambar 2.19 Simbol functional diagram
Simbol Diagram Listrik Garis Tunggal
Gambar 2.20 Simbol diagram listrik garis tunggal
Simbol Diagram Hidrolik
Gambar 2.21 Simbol diagram hidrolik
2.6 Tag Identifikasi Instrumen
Kita sudah membahas beberapa jenis diagram instrumentasi, masing-masing membuat referensi ke instrument yang berbeda dengan pengidentifikasian huruf seperti TT (Temperature Transmitter), PDT (Pressure Diferential Transmitter) atau FV (Flow Valve), tanpa formal mendefinisikan semua huruf yang digunakan untuk mengidentifikasi instrument.
Setiap instrument dalam fasilitas instrumentasi harus mempunyai tag yang unik terdiri dari urutan huruf yang menjelaskan fungsi instrument, juga nomor yang mengidentifikasi loop nya. Opsi awalan numeric biasanya menunjuk area yang lebih besar dari tempat loop berada dan opsi akhiran alphabet menandakan banyak instance instrument dalam satu loop.
Sebagai contoh, jika kita melihat instrument yang mempunyai tag FC-135, kita jadi tahu bahwasanya itu adalah flow controller (FC) untuk nomor loop 135. Dalam fasilitas yang lebih besar dengan banyaknya unit area proses, tag seperti ini mungkin diawali oleh nomor lain yang menunjuk area unit. Sebagai contoh, flow controller mungkin di label 12-FC-135 (flow controller untuk loop #135, berlokasi di unit #12). Jika loop ini mengandung banyak controller, kita harus membedakan satu dengan lainnya dengan menggunakan akhiran huruf yang ditambahkan ke nomor loop (misalnya 12-FC-135A, 12-FC-135B, 12-FC-135C).
Setiap instrumen dalam loop tertentu pertama kali di definisikan oleh variable loop yang mengontrolnya, terlepas dari kontruksi fisik instrument itu sendiri. Sebagai contoh, LC-135, setiap instrument dalam loop tersebut harus dimuai dengan huruf “L” juga. Transmitter di identifikasi sebagai “LT” walaupun elemen deteksi aktualnya bekerja pada tekanan (karena variable yang diproses oleh loop untuk dikendalikan adalah ketinggian, walaupun aktualnya bahwa ketinggian cairan yang diberikan dari tekanan) dan katup control yang mengatur aliran cairan di identifikasi sebagai “LV”.
Huruf yang resmi dan diakui oleh ISA untuk mendefinisikan variable proses darisuatu instrument dalam satu loop ditunjukan pada table dibawah. Sebagai catatan, penggunaan modifier menentukan variable yang unik, sebagai contoh, “PT” adalah transmitter untuk mengukur tekanan pada satu titik dalam proses, sedangkan “PDT” adalah transmitter yang mengukur perbedaan tekanan antara dua titik dalam proses. Begitu juga dengan “TC” yang mengontrol suhu, sedangkan “TKC” adalah controller yang mengatur tingkat perubahan suhu.
Kata “user-defined” pada table merepresentasikan variable non-standard yang digunakan beberapa kali dalam system instrumentasi, Sebagai contoh, enginner yang merancang system instrumentasi untuk mengukur dan mengontrol reflective index dari cairan mungkin akan memilih untuk menggunakan huruf “C” untuk variable ini. Maka, transmitter akan diidentifikasi sebagai “CT” dan katup control akan diidentifikasi sebagai “CV”.
Kata “unclassified” pada table merepresentasikan satu atau lebih variable non-standard, masing-masing digunakan satu kali (jumlah yang sangat terbatas) dalam system instrument. Arti variable unclassified sebaiknya dijelaskan didekat symbol instrument.
Huruf-huruf berikutnya dalam tag instrument menggambarkan fungsi yang dilakukan instrument relative terhadap variable proses. Sebagai contoh “PT” adalah instrument yang mengirimkan sinyal merepresentasikan tekanan, “PT” adalah indicator untuk tekanan dan “PC” adalah controller untuk tekanan. Banyak instrument memiliki beberapa fungsi ditandai dengan beberapa huruf seperti TRC (Temperature Recording Controller). Dalam beberapa kasus, fungsi huruf pertama merepresentasikan fungsi “passive” dan huruf kedua merepresentasikan fungsi “active”.
Berbagai kombinasi huruf lainnya sering digunakan untuk mengidentifikasi detil yang tidak distandarisasi oleh ISA. Sebagai contoh, instrument analyzer kimia sering direpresentasikan oleh kombinasi huruf “SC”, ini tidak ada dalam standar ISA 5.1.
Berbagai kombinasi huruf terkadang digunakan untuk mengidentifikasi yang tidak ada dalam standard ISA. Sebagai contoh, instrument analyzer kimia direpresentasikan oleh kombinasi huruf “SC”, walaupun kombinasi ini tidak terdapat dalam standard ISA 5.1.
Beberapa contoh tag instrument sebagai berikut :
AIT = Analytical Indicating Transmitter
ESL = Voltage Switch, Low
FFI = Flow Ratio Indicator
FIC = Flow Indicating Controller
HC = Hand Controller
JQR = Power Totalizing Recorder
LSHH = Level Switch, High-High
LT = Level Transmitter
PIT = Pressure Indicating Transmitter
PDT = Pressure Differential Transmitter
Referensi :
- Lesson in Industrial Instrumentation, Tony R. Kuphaldt, 2018
- Instrument Engineer’s Handbook Fourth Edition, Bela G. liptak, 2006
Leave a Comment