Instrumentasi 4 – Instrumen Fieldbus

FOUNDATION Fieldbus adalah standar untuk instrumentasi digital yang memungkinkan instrument tidak hanya berkomunikasi satu sama lainnya, tetapi juga untuk menjalankan semua algoritma control (seperti PID, control rasio, control cascade, control feedforward, dan lain-lain) yang secara tradisional diimplementasikan dalam perangkat control dedicated. Intinya, FOUNDATION Fieldbus memperluas konsep umum DCS hingga perangkat lapangan. Dengan cara ini, FOUNDATION Fieldbus menjadikan dirinya berbeda dari sekedar komunikasi digital untuk industry, FOUNDATION Fieldbus merepresentasikan cara baru untuk menerapkan system pengukuran dan control.

Untuk singkat nya “FOUNDATION Fieldbus” akan disingkat menjadi FF selama diskusi ini.

Standar jaringan industry khusus ini pertama kali diusulkan sebagai konsep pada tahun 1984 dan secara resmi distandarisasi oleh Fieldbus Foundation (organisasi yang mengawasi semua standard dan validasi FF) pada tahun 1996.

4.1 Filosofi Rancangan FF

Untuk memahami apa perbedaan FF dari system instrument digital lainnya, perhatikan layout untuk DCS dibawah ini, dimana semua kalkulasi dan keputusan logika dilakukan oleh controller.

Gambar 4.1 Sistem DCS menggunakan instrument analog

Informasi dikomunikasikan dalam bentuk analog antara controller DCS dan perangkat lapangan. Jika dilengkapi dengan jenis modul I/O khusus, DCS juga bisa berkomunikasi secara digital dengan beberapa instrument menggunakan protocol HART. Ini memungkinkan konfigurasi dan pengujian diagnosa instrument dari system host secara remote atau dari mana pun sepanjang kabel ketika menggunakan hand-held HART communicator.

Bahkan dimungkinkan untuk membangun system kontrol di sekitar DCS menggunakan semua instrument digital, menggunakan protocol seperti Profibus PA untuk bertukar sinyal variable proses (PV) dan varibel manipulated (MV) ke/dari controller DCS pada kecepatan yang tinggi dibandingkan dengan HART.

Gambar 4.2 Sistem DCS menggunakan instrument profibus PA

Instrumen multivariable memiliki kemampuan untuk bertukar data dengan DCS, bersama dengan informasi terkait pemeliharaan (rentang kalibrasi, pesan kesalahan dan alarm). Setiap kabel fieldbus adalah jaringan digital multi-drop, memungkinkan beberapa perangkat per kabel sehingga mengurangi total panjang kabel dan jumlah koneksi. Coupling device dapat digunakan sebagai pengganti terminal block untuk menghubungkan beberapa instrument bersama-sama pada jaringan yang menuju ke DCS. Namun, semua algoritma control auto diimplementasikan di DCS.

Sistem FF melangkah lebih jauh dengan memungkinkan semua algoritma control untuk di eksekusi pada instrument daripada mengandalkan controller DCS untuk membuat keputusan control otomatis. Bahkan, DCS tidak diperlukan jika bukan karena kebutuhan personel operasi untuk memantau dan mengubah status sistem control.

Gambar 4.3 Sistem DCS menggunakan instrument FOUNDATION Fieldbus

Lokasi algoritma control dalam sistem yang berbeda ini perlu dijabarkan lebih lanjut. Kita akan menggunakan notasi function block untuk menunjukan dimana algoritma dieksekusi pada masing-masing jenis sistem, setiap function block ditunjukan sebagai kotak kuning pada diagram.

Gambar 4.4 Sistem DCS dengan analog I/O

Perubahan sinyal 4 – 20 mA dari transmitter ke dalam nilai skala digital dilakukan didalam function block AI (analog input) yang diprogram dalam DCS. Perubahan nilai tersebut kemudian dikirim ke function block PID dimana aritmatik untuk keputusan control loop dilakukan. Terakhir, nilai digital output PID dikirim ke function block AO (analog output) diamana nilai tersebut diubah kembali ke sinyal analog 4 – 20 mA untuk mengendalikan katup control, VFD dan FCE lainnya. Setiap function block tidak lebih dari segmen kode pemrograman yang menginstruksikan microprocessor DCS apa yang harus dilakukan dengan nilai sinyal tersebut. Function block biasanya dipilih dan diatur oleh teknisi DCS menggunakan perangkat lunak terkait, memungkinkan function block untuk ditempatkan ke “pallete” dan terhubung dengan garis untuk menunjukan dari mana sinyal berasal dan pergi.

Sekarang mari kita periksa Profibus PA, disini semua instrument adalah digital, berkomunikasi dengan lainnya menggunakan sinyal digital melalui kabel jaringan ke DCS. Ini berarti tidak ada lagi kabel yang membawa sinyal analog, konversi A/D dan D/A dilakukan di instrument itu sendiri. Ini juga berarti tidak membutuhkan modul analog I/O dalam rack DCS.

Gambar 4.5 Sistem DCS dengan Profibus

Keputusan kontrol masih dilakukan pada microprocessor DCS, ini lah mengapa function block PID masih terlihat dalam modul processor. Operasi perubahan dan skala sinyal terjadi dalam instrument itu sendiri. Seperti itulah sifat dari jaringan digital sehingga bayak instrument dapat berbagi kabel komunikasi yang sama kembali ke DCS, dengan setiap instrument berkomunikasi secara bergiliran dalam satu waktu.

FF memungkinkan menjalankan keputusan control dalam instrument, melepaskan beban DCS untuk melakukan tugas-tugas tingkat tinggi yang diperlukan.

Gambar 4.6 Sistem DCS menggunakan FF

Dengan setiap langkah evolusi dalam merancang system, trend nya adalah untuk mendorong algoritma kontrol lebih jauh ke lapangan, jauh dari sistem kontrol pusat. FF adalah realisasi utama dari trend ini, dimana instrument lapangan itu sendiri dapat melakukan semua fungsi kontrol yang diperlukan. Disini satu-satunya yang diperlukan oleh DCS adalah :

• Konfigurasi awal dan peralatan perawatan untuk instrument FF
• Menyediakan antarmuka ke operator tentang indikasi dan pengaturan parameter control.
• Merekam historical data terhadap proses yang dikendalikan

Bahkan, dengan rancangan system FF yang tepat, DCS bahkan dapat terputus dari jaringan dan instrument FF akan terus mengendalikan proses seperti yang mereka lakukan sebelumnya.

Ini bukan untuk mengatakan bahwa semua algoritma control harus dieksekusi dalam instrument lapangan dalam system control FF. FF mengizinkan tetapi tidak mengamanatkan bahwa semua tugas control berada di lapangan.

Ketika standar FF dirancang, dua tingkat jaringan yang berbeda telah direncanakan, jaringan kecepatan rendah untuk koneksi instrument lapangan untuk membuat jaringan segmen dan jaringan kecepatan tingi untuk digunakan sebagai “backbone” diseluruh plant untuk menyampaikan sejumlah data proses yang besar pada jarak yang lebih jauh. Jaringan kecepatan rendah dinamai H1 dan jaringan kecepatan tinggi dinamai H2. Kemudian dalam proses pengembangan standar FF, teknologi Ethernet yang ada akan memenuhi semua persyaratan dasar dari backbone kecepatan tinggi, dan karenanya diputuskan untuk meninggalkan standar H2 dan memilih Ethernet 100 Mbps yang disebut HSE (High Speed Ethernet) sebagai pengganti jaringan backbone FF.

4.2 Layer Fisik FF H1

Layer 1 dari OSI Reference Model adalah dimana kita mendefinisikan elemen fisik dari jaringan data digital. Jaringan FF H1 mempunyai sifat sebagai berikut :

• Jaringan kabel 2-wire
• Karateristik impedansi 100 ohm
• Daya DC dialirkan melalui kabel yang sama sebagai data digital
• Kecepatan data 31.25 kbps
• Mensinyalkan perbedaan tegangan (Minimum transmit 0.75 volt peak-to-peak, minimum menerima 0.15 volt peak-to-peak)
• Pengkodean Manchester

Karena daya DC dialirkan melalui kabel yang sama sebagai data digital, ini berarti setiap perangkat hanya perlu menghubungkan ke kabel agar berfungsi pada segment jaringan H1. Pilihan kecepatan data 31.25 kbps yang relative lambat memungkinkan untuk kabel dan terminasi yang tidak sempurna jika tidak akan mengganggu jaringan yang lebih cepat. Manchester encoding menyematkan pulsa waktu jaringan bersama dengan data digital, menyederhanakan sinkronisasi antar perangkat.

Rancangan parameter layer 1 dipilih untuk membuat jaringan FF H1 mudah dibuat dalam lingkungan industry. Lapisan fisik FF identik dengan Profibus-PA, yang menyederhanakan koneksi perangkat.

4.2.1    Topologi Segmen

Minimum segment FF H1 terdiri dari catu daya DC, power conditioner, dua resistor terminator, kabel twisted-pair shielded dan setidaknya dua instrument FF untuk berkomunikasi satu dengan lainnya. Kabel yang menghubungkan setiap instrument disebut spur (stub atau drop), kabel yang menghubungkan semua junction box ke sumber daya utama disebut trunk.

Gambar 4.7 Segmen FF H1

Fungsi dari power conditioner pada gambar diatas yaitu untuk menyaring pulsa data agar tidak mencapai catu daya. Power conditioner yang tersedia secara komersial adalah sirkuit elektronik yang kompleks dan bukan jaringan filter pasif.

Biasanya kita akan menemukan lebih dari dua perangkat FF yang terhubung ke kabel trunk, serta sistem “host” seperti modul FF DCS untuk mengakses data instrument FF, melakukan tugas perawatan dan mengintegrasikan dengan loop kontrol lainnya. Terlepas dari berapa banyak (atau sedikit) perangkat FF yang terhubung ke segmen H1, harus selalu ada dua resistor terminasi disetiap segmen, resistor terminasi ada di setiap ujung kabel trunk. Resistor tersebut bertujuan untuk menghilangkan refleksi sinyal pada ujung kabel trunk, membuat kabel terlihat sangat panjang dari sudut pandang sinyal pulsa yang merambat. Jika tidak ada terminator akan menghasilkan pentulan sinyal dari ujung jalur yang tidak ditentukan, sementara terminator tambahan memiliki efek yang sama-sama merusak kekuatan sinyal (serta berpotensi menyebabkan pantulan sinyal dari fase yang berlawanan).

Pada dasarnya, semua jaringan H1 adalah rangkaian listrik parallel, dimana dua terminal setiap instrument diparalel ke lainnya. Pengaturan fisik transmitter tersebut dapat bervariasi. Cara yang mudah untuk menghubungkan perangkat FF H1 bersamaan adalah dengan menggunakan metode “daisy-chain”, dimana setiap instrument terhubung ke dua konduktor, membentuk sebuah jaringan berantai.

Gambar 4.8 Topologi “Daisy-chain”

Topologi ini mempunyai kekurangan yaitu tidak mungkin untuk memutus perangkat manapun dalam segmen tanpa mengganggu jaringan. Memutus perangkat menghasilkan semua perangkat dibawahnya akan kehilangan sinyal, walaupun hanya untuk waktu yang singkat. Topologi ini tidak dapat diterima dalam sebagian besar aplikasi industry, karena mempersulit pemeliharaan dan perbaikan masing-masing instrument pada segmen tersebut.

Topologi alternative adalah topologi bus, dimana kabel spur menghubungkan instrument ke kabel trunk. Terminal block atau quick connector dalam setiap junction box menyediakan cara untuk memutus perangkat individual tanpa mengganggu komunikasi data dengan perangkat lainnya.

Gambar 4.9 Topologi bus/spur

Pengaturan yang ideal untuk jaringan bus adalah untuk mengurangi panjang setiap kabel spur, sehingga meminimalkan keterlambatan sinyal yang dipantulkan dari ujung kabel yang tidak diterminasi pada spur/drop. Ingat bahwasanya hanya ada dua resistor terminasi yang dizinkan dalam setiap jaringan segmen dan aturan ini melarang penambahan terminator ke setiap ujung kabel spur.

Topologi alternative lainnya untuk jaringan H1 adalah topology “chicken-foot”, dimana kabel trunk diterminasi di junction box multi-point dengan beberapa perangkat dan kabel spur.

Gambar 4.10 Topologi chicken-foot

Sebagian besar system FF menyerupai kombinasi “bus” dan “chicken-foot” dimana beberapa junction box berfungsi sebagai titik koneksi untuk dua instrument atau lebih per junction box.

4.2.2    Perangkat Coupling

Untuk memudahkan tugas dalam menghubungkan perangkat Fieldbus ke jaringan segmen, beberapa produsen menjual perangkat coupling (secara informal disebut brick) dengan sambungan listrik “quick-disconnet” sehingga pengguna tidak perlu membuat dan memasang junction box yang menggunakan terminal block standar. Foto dibawah ini menunjukan perangkat coupling Fieldbus.

Gambar 4.11 Contoh perangkat coupling

Perangkat coupling sangat direkomendasikan untuk semua system FF. Perangkat tersebut bukan hanya menyediakan kemudahan dalam penyambungan antara instrument dan kabel trunk tetapi banyak perangkat coupling yang dilengkapi dengan fitur proteksi short-circuit dan indicator LED dari status spur. Kabel koneksi ke perangkat coupling harus dilengkapi dengan plug yang cocok dengan socket pada perangkat coupling.

Sebagai catatan bahwa kabel FF yang di shield dan ground dengan tepat cukup tahan terhadap gangguan frekuensi radio, perangkat coupling dapat menimbulkan titik lemah dimana gangguan radio dapat masuk ke segmen tersebut. Jenis perangkat coupling yang berbeda menawarkan tingkat ketahanan terhadap gangguan frekuensi radio.

Tidak semua perangkat coupling Filedbus digolongkan untuk pemasangan outdoor. Beberapa perangkat coupling dirancang untuk pemasangan dalam panel, seperti foto di bawah ini. Perangkat coupling Fieldbus ini diberi label segment protector, bukan hanya menghubungkan spur ke trunk tapi juga melindungi dari short-ciruit pada kabel spur dan perangkat dari gangguan komunikasi pada segmen nya. Jika anda lihat lebih dekat pada bagian kiri-atas pada perangkat coupling, anda akan melihat kotak plastic hitam yang dimasukan ke terminal, ini adalah terminating resistor dalam segmen fieldbus.

Gambar 4.12 Perangkat coupling yang dipasang dalam panel

4.2.3    Parameter Kelistrikan

Jaringan FF h1 menggunakan pengkodean Manchester untuk merepresentasikan status bit, transisi “high-to-low merepresentasikan logika nol (0), sedangkan transisi “low-to-high” merepresentasikan logika satu (1). Ilustrasi dibawah ini menunjukan bagaimana data 00100 akan direpresentasikan dalam pengkodean Manchester.

Gambar 4.13 Pengkodean Manchester

Perangkat FF harus dapat membedakan antara sinyal naik dan turun agar dapat mengiterpretasikan status bit dengan benar dari sinyal yang dikodekan Manchester. Perangkat yang menafsirkan pulse ini terbalik akan mengubah setiap bit nya, masalah ini mudah diatasi karena daya DC yang dipasok oleh pengkabelan segmen H1 menyediakan kunci untuk mengidentifikasi konduktor mana dan pulsa mana yang naik dan pulsa mana yang turun. Untuk alasan ini, perangkat FF tidak sensitive terhadap polaritas (tapi tidak semua), secara otomatis mendeteksi polaritas segmen jaringan dan mengkompensasi dengan sesuai.

Setiap perangkat FF menarik arus setidaknya 10 mA dari segmen dan arus ini tidak berubah, berbeda dengan perangkat analog (4 – 20 mA) yang menarik sejumlah arus yang berbeda pada kondisi operasi yang berbeda juga. Sinyal perangkat Fieldbus berubah secara digital, tidak dengan merubah arus. Sistem Fieldbus menghadirkan tantangan bagi teknisi yang akrab dengan perilaku instrumentasi loop arus analog. Jumlah arus yang ditarik oleh perangkat FF tergantung pada fungsi perangkatnya, beberapa perangkat memerlukan arus yang lebih besar untuk operasinya dari pada perangkat lain. Rentang 10 – 30 mA untuk setiap perangkat FF.

Standar tegangan kerja untuk perangkat FF antara 9 dan 32 VDC. Tetapi tidak semua produsen perangkat sepenuhnya mematuhi standar FF. Tegangan kerja yang paling banyak digunakan untuk jaringam segmen FF adalah 24 VDC.

Minimum tegangan transisi perangkat FF untuk pengiriman adalah 0.75 volt peak-to-peak, sedangkan minimum tegangan transisi untuk penerimaan adalah 0.15 volt peak-to-peak. Ini merupakan pelemahan yang dapat diterima dari 5:1 atau -15 dB antara dua perangkat.

4.2.4    Jenis Kabel

Kabel Fieldbus digolongkan menjadi 4 tingkat (A, B, C atau D), seiap huruf merepresentasikan kualitasnya. Tabel dibawah ini memberikan spesifikasi minimum untuk setiap jenis kabel FF.

Panjang maksimum untuk setiap kabel adalah panjang keseluruhan semua kabel dalam segmen, panjang kabel trunk ditambah semua panjang kabel spur. Sebagai aturan umum, panjang kabel spur harus dijaga sependek mungkin. Lebih baik untuk merutekan kabel trunk dengan cara meliuk-liuk untuk menempatkan perangkat coupling dekat dengan instrumennya dari pada merampingkan rute kabel trunk. Ilustrasi dibawah ini menunjukan layout yang kurang baik dan layout yang lebih baik.

Gambar 4.14 Layout kabel yang kurang baik

Gambar 4.15 Layout kabel yang lebih baik

Jika membutuhkan panjang kabel yang lebih untuk jaringan segmen, perangkat seperti repeater dapat ditambahkan yang mendeteksi dan menyiarkan sinyal FF yang dikodekan Manchester antara kabel trunk. Maksimum empat repeater dapat digunakan untuk memperpanjang segmen H1.

Praktik pemasangan kabel yang rapi membantu membuat system lebih mudah untuk dipelihara dan di diagnosis ketika terjadi kesalahan. Foto dibawah ini menunjukan junction box FF dan kabel jaringan (orange). Perangkat coupling diletakan dalam setiap box menghubungkan kabel spur ke trunk.

Gambar 4.16 Junction box FF dan kabel jaringan

4.2.5    Desain Segmen

Selain maksimum panjang kabel dan jumlah repeater, sejumlah detil lainnya mempengaruhi untuk membatasi bagaimana setiap segmen H1 dihubungkan. Untuk membantu teknisi yang menangani system yang terperinci, produsen seringkalii menyediakan perangkat lunak secara gratis untuk merancang segmen dan melakukan pra-validasi rancangan segmen pada computer sebelum membeli komponen dan memasangnya. Dibawah ini merupakan screenshot yang diambil dari Emerson.

Gambar 4.17 Screenshot perangkat lunak Emerson

Fitur yang sangat bagus dari paket desain segmen ini adalah mempunyai database komponen FF. Setiap kali kita memilih komponen untuk diletakan dalam simulasi segmen, program mereferensikan data untuk perangkat tersebut seperti arus dan parameter listrik lainnya. Perangkat lunak ini sangat berguna dalam tahap perencanaan jaringan FF.

Alasan lain untuk mengunakan perangkat lunak ini adalah untuk mendokumentasikan pengkabelan setiap segmen FF. Dalam FF, loop control adalah virtual, terdiri dari data digital yang dikirim antara instrument, jalur yang sudah ditentukan oleh pemrograman instrument. Satu-satunya entitas untuk disokumentasikan dalam system FF adalah segmen dan setiap segmen kemungkinan besar menampung lebih dari satu pengukuran dan/atau loop control.

4.3 Layer Data Link FF H1

Sama seperti jaringan data industrial lainnya, FF adalah jaringan jenis “unswitched” atau “broadcast”. Ini artinya semua transmisi data oleh semua perangkat pada jaringan dideteksi oleh semua perangkat lainnya. Dengan kata lain, tidak ada pesan private antara dua perangkat dalam jaringan, setiap perangkat mendengar setiap transmisi dari perangkat lain. Ini artinya perangkat harus bergiliran berkomunikasi, tanpa transmisi simultan. Layer 2 dari OSI Reference Model adalah dimana kita mendefinisikan elemen “data link” pada jaringan data digital, menggambarkan bagaimana masing-masing perangkat bernegosiasi untuk hak mentrasmisikan di jaringan. Berikut adalah daftar sifat layer 2 jaringan FF H1 :

• Perilaku jaringan master/slave untuk komunikasi cyclic (contohnya satu perangkat polling yang lainnya dan yang lain hanya merespon)
• Perilaku jaringan token yang didelegasikan untuk komunikasi acyclic (contohnya perangkat secara serial diberikan waktu untuk menyiarkan)
• Perangkat “scheduler” untuk mengkoordinasikan semua komunikasi segmen.
• Pengalamatan 8-bit
• Maksimum 32 perangkat pada satu segmen

Pada segmen H1 yang beroperasi, satu perangkat yang disebut LAS (Link Active Scheduler) berfungsi sebagai perangkat “master” untuk mengkoordinasikan semua komunikasi jaringan, analoginya sama seperti seorang petugas polisi yang mengatur lalu lintas dipersimpangan jalan. Perangkat LAS bisa berupa instrument biasa (seperti transmitter, positioned katup) atau mungkin juga host system (seperti module segmen H1 pada DCS). Standar FF memungkinan satu perangkat LAS untuk beroperasi dengan beberapa perangkat LAS back-up yang menunggu untuk mengambil alih jika LAS utama mengalami kegagalan.

Salah satu tugas dari LAS adalah untuk memaksa beberapa instrument untuk mengirim data proses control nya (variable proses, nilai output PID dan variable lain untuk memonitor dan mengendalikan loop) kemudian perangkat segera merespon sebagai jawaban atas perintahnya. Komunikasi kritikal tersebut terjadi pada jadwal regular dan karenanya disebut sebagai “secheduled” atau  komunikasi “cyclic”. Komunikasi cyclic bekerja dalam gaya “master-slave” dengan LAS beraksi sebagai master dan semua perangkat lain merespon hanya ketika dipanggil oleh LAS.

Periode waktu diantara transmisi kritis pada jaringan H1 digunakan untuk pemrosesan internal perangkat (misalnya eksekusi algoritma PID, pemeriksaan diagnostic) dan juga untuk transmisi data yang kurang penting. Selama waktu yang tidak terjadwal (“unscheduled”) atau “acyclic” inilah perangkat dizinkan secara berurutan (tetapi tidak dipaksa) oleh LAS untuk menyiarkan data yang kurang penting seperti setpoint operator, perbaruan konstanta PID, alarm acknowledgment dan pesan diagnotik.

Sifat terjadwal dari komunikasi cyclic menjamin waktu respon maksimum untuk fungsi control kritis, property penting dari jaringan control yang disebut determinism. Tanpa determinism, system control tidak dapat diandalkan untuk melakukan fungsi pengaturan kritis pada waktu yang tepat dan urutan fungsi control. Dengan demikian semua variebl penting dari loop FF H1 dikomunikasikan antar perangkat dengan cari ini.

4.3.1    Pengalamatan Perangkat

Perangkat FF (juga disebut nodes) dialamatkan oleh 8-bit bilangan biner ketika bekerja pada segmen H1. Bilangan biner ini mendukung maksimum rentang elamat 0 sampai 255 (decimal) atau 00 sampai FF (hexadecimal). Rentang alamat ini dibagi dalam sub-rentang oleh FF.

Peringkat umumnya diberikan alamat agar berfungsi pada segmen oleh system host. System host umumnya dikonfigurasi untuk secara otomatis menentukan alamat perangkat. Ini membuat proses commissioning lebih nyaman.

Jumlah maksimum dari perangkat permanent (instrument yang dipasang) pada segmen H1 untuk alasan operasional adalah 32. Salah satu tugas yang diberikan kepada LAS adalah menyelidiki perangkat baru yang terhubung ke segmen tersebut. Ini dilakukan atas dasar one-at-a-time, LAS melakukan polling secara berurutan untuk alamat yang tidak dicommisiningkan dalam rentang alamat yang valid. Ini dapat membuang waktu hanya dengan kemampuan pelayanan 32 alamat aktif pada waktu tertentu dan lebih dari 200 nomor alamat yang valid. Solusi praktis atas masalah ini yaitu menspesifikasikan rentang alamat yang tidak dipakai agar LAS dapat melewatkan, jadi tidak membuang waktu terhadap perangkat yang alamat nya diluar rentang. Rentang alamat ini dispesifikasikan dengan nama FUN (first Unused Node) dan NUN (Number of Unused Node). Sebagai contoh, jika LAS ingin melewati perangkat dengan alamat 40 sampai 211, maka FUN harus dimasukan nilai 40 dan NUN dimasukan nilai 172, karena rentang alamat 40 sampai 211 adalah 172 alamat.

Walupun dengan maksimum limit operasi 32 perangkat pada segmen H1, sangat jarang ditemui operasi segmen dengan lebih dari 16 perangkat. Salah satu alasannya yaitu kecepatan, dengan penambahan perangkat membutuhkan waktu untuk menyiarkan dan proses data, total waktu macrocycle (periode waktu antara pengiriman dari data proses yang sama dari salah satu perangkat – waktu determinism) tentunya meningkat. Berdasarkan pada reomendasi petunjuk teknik FF, satu segmen tidak boleh leih dari 12 perangkat (termasuk FCE tidak boleh lebih dari 2) supaya untuk mencapai waktu macrocycle 1 detik atau kurang. Untuk ½ detik waktu update, rekomendasinya maksimum 6 perangkat (dengan FCE tidak boleh lebih dari 2). Untuk ¼ detik waktu update, batas node nya 3 dengan FCE tidak boleh lebih dari 1. Waktu macrocycle pada dasarnya dead time, yang mana lebih buruk dari jeda waktu untuk segala bentuk feedback control. Saat mengendalikan proses cepat (seperti tekanan atau aliran), dead time 1 detik menyebabkan ketidakstabilan.

Batasan lain untuk jumlah alamat operasional pada segmen H1 adalah arus listrik. Perangkat FF menkonsumsi arus minimum 10 mA. Sebuah segmen FF dengan 16 perangkat yang diparalel mengkonsumsi minimum 160 mA dengan nilai realistis bisa melebihi 300 mA.

Selain alamat jaringan, setiap perangkat FF memiliki pengenal yang unik (bilangan biner 32-byte) untuk membedakan dari perangkat FF lainnya. Pengenal ini sama dengan MAC address pada perangkat Ethernet. Tetapi pengenal untuk perangkat FF lebih besar dari Ethernet, 32 byte untuk instrument FF versus 48 bit untuk perangkat Ethernet. Perbedaan antara alamat jaringan perangkat FF dan pengenal perangkat pada dasarnya identik dengan perbedaan antara alamat IP perangkat Ethernet yang ditetapkan oleh pengguna dan MAC-nya yang ditetapkan oleh produsen.

Nilai pengenal ini biasanya diekspresikan sebagai karakter 32 ASCII-encoded dan dibagi menjadi beberapa grup byte sebagai berikut.

Sebagai contoh, pengenal untuk semua merk Fisher dimulai dengan karakter pertamanya 005100. Pengenal untuk semua perangkat pintar dimulai dengan karakter 000302. Pengenal untuk semua merk Rosemount dimulai dengan 001151. Pengenal umum (khusus untuk Fisher model DVC5000f valve positioned) seperti ini :

005100 0100 FISHERDVC440761498160

Biasanya pengenal ini muncul senagai string 32 karakter tanpa spasi. Contoh diatas dimasukan spasi dalam string untuk membuat pengelompokan karakter agar lebih mudah dilihat.

4.3.2    Manajemen Komunikasi

Dalam jaringan segmen FF, perangkat LAS mengkoordinasikan semua komunikasi antar perangkat. Berikut adalah tanggung jawab yang ditugaskan oleh LAS :

• Memerintahkan perangkan non-LAS untuk menyiarkan data ke segmen dengan pesan CD (Compel Data), dikeluarkan secara berkala untuk perangkat tertentu (satu per satu)
• Mengizinkan perangkat non-LAS untuk berkomunikasi dengan pesan PT (Pass Token), yang dikeliuarkan selama slot waktu “unscheduled” ke perangkat tertentu (satu per satu, dalam urutan nomor alamat)
• Menjaga semua perangkat segmen disinkronisasi dengan pesan TD (Time Distribution)
• Memeriksa perangkat baru pada segmen dengan pesan PN (Probe Node)
• Menjaga dan menerbitkan daftar semua perangkat yang aktif pada jaringan (the Live List)

Komunikasi Scheduled versus Unscheduled

Seperti yang kita ketahui, jaringan komunikasi Fieldbus H1 dibagi menjadi dua kategori yaitu scheduled (cyclic) dan unscheduled (acyclic). Komunikasi scheduled disediakan untuk pertukaran data yang kritis seperti pengukuran variable proses, setpoint cascade dan perintah posisi katup. Komunikasi scheduled terjadi secara berkala dan berjangka waktu sehingga loop determinisim terjamin. Komunikasi unscheduled adalah cara dimana semua alat lainnya dikomunikasikan pada segmen H1. Data yang tidak terlalu penting seperti perubahan setpoint, perbaharuan konfigurasi, alarm dan data lain dikirim antara perangkat dalam waktu antara komunikasi scheduled.

Kedua bentuk komunikasi ini diatur oleh perangkat LAS (Link Active Scheduler) yang mana hanya ada satu perangkat yang aktif sebagai LAS pada segmen H1. LAS mengeluarkan pesan token ke perangkat non-LAS memerintahkan perangkat untuk menyiarkan ke segmen satu per saru. Setiap pesan token yang dikeluarkan oleh LAS memberikan hak transmisi ke perangkat FF baik untuk tujuan terbatas (misal pesan yang tepat untuk dikirim) atau untuk waktu yang terbatas (misal memberikan perangkat kebebasan untuk mengirim data apapun yang diinginkannya untuk jangka waktu pendek) setelah itu hak transmisi kembali ke LAS.

Token CD bersifat wajib dan pesan yang spesifik, setiap dikeluarkan oleh LAS memerintahkan perangkat untuk segera merespon dengan menyiarkan data yang spesifik. Inilah bagaimana komunikasi scheduled (cyclic) dikelola, dimaksudkan untuk komunikasi deterministic dari data penting yang diperlukan untuk fungsi control proses otomatis. Sebaliknya, token PT bersifat sukarela dan waktu yang spesifik, setiap dikeluarkan oleh LAS memberikan perangkat waktu luang untuk mengirim data yang kurang penting. Inilah komunikasi unscheduled (acyclic) antara perangkat dikelola, dimaksudkan untuk komuikasi non-deterministik dari pesan status dan interaksi manusia dengan system control (misalnya perubahan mode, perawatan, alarm, pengaturan parameter).

LAS juga mengeluarkan jenis pesan token ketiga yaitu token PN (Probe Node) yang dimaksudkan untuk mendapatkan respon dari perangkat baru yang dihubungkan ke jaringan segmen. Token PN dikeluarkan satu per satu untuk setiap perangkat yang tidak terikat dalam pencarian perangkat baru.

Selain mengirim token, LAS juga menyiarkan pesan lain yang dibutuhkan untuk fungsionalitas pada segmen H1. Sebagai contoh, pesan TD (Time Distribution) secara berkala disiarkan oleh LAS untuk menjaga semua “internal clock” perangkat tersinkronisasi.

Salah satu tugas internal LAS yang tidak memerlukan penyiaran jaringan adalah pemeliharaan Live List, yang mana daftar semua perangkat yang aktif pada jaringan segmen. Perangkat baru yang merespon pada pesan PN akan ditambahkan ke Live List ketika dideteksi.

Perangkat yang tidak terdeteksi atau jika token PT dikeluarkan untuk perangkat tidak direspon setelah beberapa kali percobaan akan dihapus dari Live List. Ketika perangkat terdeteksi kembali pada segmen, LAS juga menerbitkan Live List yang telah diperbaharui sehingga akan memiliki versi paling mutakhir seandainya diperlukan untuk mengambil alih LAS (jika terjadi kegagalan perangkat LAS).

Dalam segmen yang sibuk dimana beberapa perangkat bertukar data dengan lainnya, beban lalu lintas yang padat dari komunikasi scheduled menyulitkan terjadinya pertukaran data unscheduled. Sebagai contoh, Jika perangkat ingin menjaga daftar permintaan client/server dalam antriannya, yang hanya dapat ditangani selama slot waktu acyclic yang diberikan, sangat mungkin token PT akan kadaluarsa sebelum semua transaksi pada perangkat selesai. Ini berarti perangkat harus menunggu untuk periode acyclic berikutnya sebelum dapat menyelesaikan semua tugas komunikasi unscheduled dalam antriannya. FF merekomendasikan segmen H1 dikonfigurasi tidak lebih dari 30% untuk komunikasi scheduled disetiap macrocycle (70% waktu unscheduled). Ini seharusnya menyediakan banyak waktu luang untuk semua komunikasi acyclic yang diperlukan.

VCR (Virtual Communication Relationship)

Istilah yang akan sering ditemui dalam literature FF adalah VCR (Virtual Communication Relationship). Ada tiga jenis berbeda dari VCR dalam FF, menggambarkan tiga cara berbeda dimana data dikomunikasikan antara perangkat FF.

• Publisher/Subscriber (scheduled), atau dikenal sebagai BNU (Buffered Network-scheduled Unidirectional)
• Client/Server (unscheduled), atau dikenal sebagai QUB (Queued User-triggered Bidirectional)
• Source/Sink (unscheduled), atau dikenal sebagai QUU (Queued user-triggered Unidirectional)

Publisher/Subscriber : VCR ini menggambarkan aksi token CD (Compel Data). LAS memanggil perangkat tertentu dijaringan untuk mengirimkan data tertentu untuk tujuan control time-critical. Ketika perangkat yang dialamatkan merespon dengan datanya, beberapa perangkat pada jaringan mendapatkan data yang disiarkan secara serentak. Inilah cara bagaimana variable proses control dikomunikasikan antara instrument. Model VCR publisher/subscriber sangat deterministic karena semua komunikasi tersebut terjadi pada jadwal yang telah ditentukan dengan tepat.

Client/Server : VCR ini menggambarkan satu golongan dari komunikasi unscheduled, dizinkan ketika perangkat menerima pesan PT (Pass Token) dari LAS. Setiap perangkat menjaga antrian permintaan data yang dikeluarkan oleh perangkat lain (client) dan merenspon ke perangkat tersebut ketika menerima Pass Token. Dengan merespon permintaan client, perangkat bertindak sebagai server. Setiap perangkat dapat menggunakan waktu ini untuk bertindak sebagai client, memposting permintaannya ke perangkat lain yang akan bertindak sebagai server ketika perangkat menerima token PT dari LAS. Inilah cara bagaimana pesan non-kritikal seperti data perawatan dan konfigurasi, perubahan nilai setpoint, alarm acknowledgment, nilai tuning PID, dan lain-lain bertukar antara perangkat pada segmen H1. Data yang rusak diperiksa pada komunikasi client/server untuk memastikan aliran data yang handal.

Souce/Sink : VCR ini menggambarkan golongan lain dari komunikasi unscheduled, diizinkan ketika perangkat menerima pesan PT dari LAS. Disinilah perangkat menyiarkan data ke grup alamat yang merepresentasikan banyak perangkat. Komunikasi sink/source tidak memeriksa kerusakan data. Contoh pesan yang dikomunikasikan dalam segmen FF menggunakan VCR sink/source diantaranya laporan trend dan alarm.

Sebagai contoh, perhatikan segment H1 dibawah ini dihubungkan ke modul FF pada rack DCS, gambar berikutnya adalah P&ID yang menunjukan hubungan antara instrument.

Gambar 4.18 Segmen FF H1 dan P&ID

Loop 211 adalah PID pengendalian ketinggian sederhana, mengatur ketinggian cairan dalam bejana reactor dengan membuang cairan dari bawah.Loop 187 adalah system recorder/indicator sederhana untuk suhu dan aliran, sinyal datang dari transmitter multivariable. Loop 231 adalah system pengendalian tekanan/aliran secara cascade, dengan tekanan reactor sebagai variable master dan aliran sebagai variable slave, controller tekanan (terletak dalam PT-231) menyediakan nilai setpoint remote ke controller aliran (terletak dalam FV-231), yang kemudian mengatur posisi katup untuk mencapai aliran yang diinginkan kedalam reactor sampai tekanan reactor stabil pada setpoint.

Perhatikan perbedaan jenis garis yang digunakan untuk merepresentasikan sinyal digital dalam P&ID, garis dengan symbol berlian merepresentasikan data dikirim melalui kabel Fieldbus, garis dengan symbol lingkaran merepresentasikan data dikirim antara fungsi dalam perangkat fisik yang sama. Fungsi yang terletak dalam perangkat FF yang sama juga harus menggunakan nomor loop yang sama. Ini adalah standar untuk notasi P&ID dari dokumen Fieldbus Foundation’s System Engineering Guidelines dan dari standar ANSI/ISA-5.1-2009 “Instrumentation Symbols and Identification”.

Sebagai contoh, fungsi control PID yang direpresentasikan oleh FC-231 terletak dalam FV-231, karena kedua symbol lingkaran instrument mempunyai nomor loop yang sama dan dihubungkan dengan garis yang mempunyai symbol lingkaran. Begitu juga dengan symbol garis yang sama menginformasikan bahwasanya control tekanan PID PC-231 terletak dalam PT-231.

Variabel control yang kritikal dikomunikasikan melalui segmen antara perangkat termasuk nilai output PC-231, pengukuran variable proses transmitter FT-231 dan variable proses dari transmitter LT-211. Semua itu adalah VCR Publisher/Subscriber, dikirim ketika ada permintaan token CD yang dikeluarkan oleh perangkat LAS. PC-231, FT-231 dan LT-211 publish (menerbitkan) datanya ke segmen H1 satu per satu, dengan FC-231 belangganan (subscribing) data PC-231 dan FT-231, dan LC-211 berlangganan data LT-211.

Gambar 4.19 VCR Publisher/Subscriber dalam system control reactor

Pesan seperti nilai setpoint operator dan tugas pemeliharaan terjadi pad VCR Client/Server, dilakukan selama komunikasi unscheduled dalam urutan LAS. Perangkat LAS mengeluarkan pesan PT ke setiap perangkat, memberikan izin untuk setiap perangkat (satu per satu) untuk mengirim informasi yang diperlukan. Contoh pesan yang non-critical dalam system control reactor ditunjukan pada gambar dibawah.

Gambar 4.20 VCR Client/Server dalam system control reactor

Dalam contoh ini, LC-211 adalah client ke operator console yang melayani setpoint dan data parameter ke controller tersebut. Begitu juga dengan PC-231 adalah client yang menerima data setpoint dari operator console. FT-187 adalah client ke perangkat komunikasi portable FF atau ke engineering workstation dalam system control.

VCR terakhir yaitu Souce/Sink dalam system control reactor untuk FT-187, menyiarkan data trend aliran selama periode unscheduled dan juga pesan alarm. Seperti pesan Client/Server. Data ini diminta ketika perangkat menerima sinyal token PT khusus dari LAS, memberikan izin sementara bagi perangkat untuk menyiarkan data.

Gambar 4.21 VCR Source/Sink dalam system control reactor

Dalam contoh ini, kita melihat FT-231 sourcing pesan alarm ke operator console yang berfungsi sebagai sink untuk data tersebut. Begitu juga dengan TT-187 dan FT-187 keduanya sourcing data trend dimana TIR-187 dan FIR-187 sink datanya.

4.3.3    Kemampuan Perangkat

Tidak semua perangkat FF mempunyai kemampuan yang sama dalam istilah fungsi layer 2 (Data Link). Standar FF membagi fungsi data link perangkat kedalam 3 group, yaitu :

• Perangkat Basic
• Perangkat Link Master
• Perangkat Bridge

Perangkat Basic adalah perangkat yang mampu menerima dan merespon token yang dikeluarkan oleh LAS. Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, bentuk token bisa pesan CD atau pesan PT.

Perangkat Link Master perangkat yang mempunyai kemampuan untuk dikonfigurasi sebagai LAS untuk segmen. Tidak semua perangkat FF mempunyai kemampuan ini karena keterbatasan kemampuan proses, memory atau keduanya.

Perangkat Bridge menghubungkan segmen H1 bersama-sama untuk membentuk jaringan yang lebih besar. Perangkat Brige adalah perangkat khusus yang dibuat dengan tujuan menggabungkan dua jaringan segmen H1 atau lebih.

4.4 Function Block FF

Modul pemrosesan data dalam system FF dikenal sebagai function block. Terkadang block tersebut berfungsi hanya untuk data catalog, sementara dalam kasus lain block tersebut mengeksekusi algoritma spesifik yang berguna untuk pengukuran dan control. Block tersebut bukan entitas fisik, tapi legih kepada obyek perangkat lunak. Block tersebut direpresentasikan pada komuter konfigurasi FF sebagai obyek kotak dengan terminal input disebelah kiri dan terminal output disebelah kanan. Pembuatan system control kerja meliputi perangkat FF dengan menghubungkan output function block dengan input function block lain melalui perangkat lunak dan computer.

4.4.1    Function Block Analog versus Function Block Digital

Pemrograman function block secara umum menyerupai filosofi desain system computer bebasis analog, dimana fungsi spesifik (penambahan, pengurangan, perkalian, rasio, dan lainnya) dienkapsulasi dalam sirkuit penguat operasional diskrit dan seluruh system dibangun dengan menghubungkan function block bersama dalam pola apapun yang diinginkan untuk mencapai tujuan desain. Dengan pemrograman Fieldbus, function blocknya virtual dan koneksi antar block hanya penunjuk dalam memori digital.

Contoh perbedaan desain sirkuit analog dengan function block Fieldbus diilustrasikan pada gambar dibawah, kedua system memilih sinyal suhu terbesar sebagai outputnya. Sistem sebelah kiri menerima sinyal tegangan analog dari 3 sensor suhu, menggunakan penguat, diode dan resistor untuk memilih sinyal terbesar sebagai outputnya. Sistem sebeah kanan menggunakan 3 transmitter Fieldbus untuk mendeteksi suhu, suhu terbesar dipilih oleh algoritma (function block ISEL) yang dijalankan dalam perangkat Fieldbus. Perangkat yang menjalankan fungsi ISEL bisa salah satu dari tiga transmitter FF tersebut atau perangkat lain dalam segmen.

Gambar 4.22 Sirkuit analog dan function block Fieldbus

FF menggunakan pesan digital yang dikirim melalui jaringan segmen H1 ke function block yang dijalankan dalam perangkat FF. Garis yang menghubungkan antar function block dalam system FF menunjukan sumber dan tujuan dari pesan digital tersebut. Jika dua function block FF terletak dalam perangkat FF yang berbeda, garis penghubung merepresentasikan komunikasi publisher/subscriber yang dikoordinasi oleh LAS.

4.4.2    Lokasi Function Block

Biasanya ada kebebasan memilih dimana berbagai function block dapat ditempatkan di segmen FF. Gambar dibawah ini mengilustrasikan loop control aliran, dimana flow transmitter memberikan data aliran ke function block PID, kemudian mengatur katup ke berbagai posisi untuk mengatur aliran.

Gambar 4.23 Loop control untuk mengatur aliran

Koneksi function block yang dibutuhkan untuk skema control agar bekerja ditunjukan pada gambar dibwah ini, menghubungkan block AI (Analog Input) yang terletak pada transmitter ke block PID ke block AO (Analog Output) yang terletak pada katup.

Gambar 4.24 Diagram function block untuk control loop aliran

Semua input function block ada disebelah kiri block dan semua output ada disebelah kanan block. Pada program function block ini, data dari block AI mengalir ke block PID. Setelah mengkalkulasi nilai output, block PID mengirim data ke block AO. Block AO mengirimkan kembali sinyal “back calculation” ke block PID untuk memberi tahu bahwasanya FCE telah berhasil mencapai keadaan yang diperintahkan oleh output block PID. Ini penting untuk mengeliminasi reset windup dalam kejadian FCE gagal untuk merespon sinyal output block PID.

Seperti yang kita lihat block AI harus berada pada transmitter, karena hanya transmitter yang dapat mengukur laju aliran. Demkian juga block AO harus berada pada katup, karena hanya katup yang dapat memanipulasi. Tetapi, teknisi yang mengkonfigurasi loop Fieldbus dapat memililh lokasi block PID di transmitter atau katup. Selama transmitter dan katup mempunyai kemampuan function block PID, dan memunkinkan juga untuk menempatkan function block PID dikedua perangkat.

Dibawah ini adalah ilustrasi yang menunjukan dua kemungkinan penempatan function block PID dalam system ini.

Gambar 4.25 PID diletakkan pada transmitter

Gambar 4.26 PID dietakkan pada katup

Salah satu factor yang mendukung penempatan block PID disatu lokasi adalah jumlah siaran komunikasi (distribusi dan balasan token CD) yang diperlukan per macrocycle. Perhatikan garis penghubung function block antara kedua instrument pada gambar diatas (garis melewati lingkaran biru). Setiap garis tersebut merepresentasikan VCR, sebuah instance selama setiap macrocycle dimana data harus ditransmisikan melaui jaringan segmen dari satu perangkat ke perangkat lainnya. Dengan block PID ditempatkan pada transmitter, ada dua garis penghubung block dalam perangkat berbeda. Dengan block PID ditempatkan pada katup, hanya satu garis penghubung block dalam perangkat yang berbeda. Jadi, menempatkan function block PID pada katup berarti hanya satu pesan CD dibutuhkan per macrocycle, membuat komunikasi jaringan lebih efisien.

Untuk mengilustrasikan, kita akan memeriksa diagram function block dan waktu macrocycle pada loop pengendalian tekanan FF. Gambar diwabah menunjukan diagram function block dan komunikasi scheduled dengan function block PID terletak pada transmitter (PT_501).

Gambar 4.27 Diagram function block PID terletak pada transmitter dan komunikasi scheduled

Perhatikan peristiwa kedua komunikasi scheduled yang diperlukan dalam macrocycle untuk mengaktifkan komunikasi antara function block dalam pressure transmitter PT_501 dan function block AO dalam katup. Token CD pertama dalam macrocycle memaksa block PID untuk menerebitkan (publish) sinyal outputnya (block AO sebagai pelanggan (subscriber), sedangkan token CD kedua memaksa block AO untuk menerbitkan sinyal “back calculation” (block PID sebagai pelanggan). Jumlah waktu yang dibutuhkan untuk eksekusi function block dan komunikasi publisher/subscriber nya adalah 330 ms, dengan total waktu macrocycle adalah 1 detik.

Sekarang mari kita memeriksa system kontrol yang sama dengan function  block PID dipindah ke katup.

Gambar 4.28 Diagram function block PID terletak pada katup dan komunikasi scheduled

Dalam macrocycle ini, hanya ada satu token CD yang diperlukan, memaksa block AI untuk menyiarkan sinyal pengukurannya (block PID sebagai pelanggan). Ini membuat eksekusi block ditambah komunikasi scheduled lebih cepat 30 ms dari sebelumnya, karena hanya ada satu komunikasi scheduled yang terjadi. Total waktu macrocycle 1 detik tetap tidak berubah, tapi sekarang kita mempunyai 30 ms lebih banyak untuk waktu unscheduled dimana peristiwa komunikasi lainnya dapat terjadi.

4.4.3    Standar Function Block

Standar FF menetapkan banyak function block yang berbeda-beda untuk membuat algoritma control. 10 diantara nya dikategorikan function block “basic”.

• AI – Analog Input
• AO – Analog Output
• B – Bias
• CS – Control Selector
• DI – Discrete Input
• DO – Discrete Output
• ML – Manual Loader
• PD – Propotional/Derivative control
• PID – Propotional/Integral/Derivative control
• RA – Ratio

16 function block lainnya dikategorikan “advanced”

• Pulse Input
• Complex Analog Output
• Complex Discrete Output
• Step Output PID
• Device Control
• Setpoint Ramp
• Splitter
• Input Selector
• Signal Characterizer
• Dead Time
• Calculate
• Lead/Lag
• Arithmetic
• Integrator
• Timer
• Analog Alarm
• Discrete Alarm
• Analog Human Interface
• Discrete Human Interface

5 function block lainnya ditentukan juga :

• Multiple Analog Input
• Multiple Analog Ouput
• Multiple Digital Input
• Multiple Digital Output
• Flexible Function Block

Keuntungan utama dari standarisasi ini adalah pemakai dapat memilih instrument FF yang dibuat oleh vendor yang sudah memenuhi standard dan function block tersebut harus berperilaku sama dengan function block yang dibuat oleh produsen dalam berbagai model perangkat FF. Ada juga produsen yang melengkapi perangkat FF dengan diperluasnya kemampuan function block melampaui standar FF.

4.4.4    Function Block Perangkat Spesifik

Selain function block yang diperlukan untuk membangun skema control,  semua instrument FF memuat satu block Resource dan biasanya satu block Transducer atau lebih menggambarkan detil spesifikasi instrument tersebut. Gambar dibawah ini menunjukan semua function block dalam transmitter Fieldbus Rosemount model 3095MV.

Gambar 4.29 Function block Resources

Block Resource muncul pada daftar pertama, kemudian diikuti oleh tiga block Transducer, kemudian diikuti oleh pallet dari function block umum untuk digunkana dalam membuat algoritma control. Informasi yang terdapat dalam block Resource dari instrument FF diantaranya :

• Pengenal (32-byte kode unik untuk semua perangkat FF)
• Jenis perangkat
• Revisi perangkat
• Kapasitas memory
• Waktu perhitungan
• Fitur yang tersedia
• Status perangkat

Block transducer menyediakan organisasi data terhadap actual input, output, perhitungan variable dan tampilan grafik perangkat FF.

4.4.5    Status Sinyal FF

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, pemrograman function block memiliki kemiripan dengan desain sirkuit function block analog, dimana tugas-tugas tertentu dibagi menjadi elemen-elemen diskrit, elemen-elemen tersebut terhubung bersama untuk membentuk system yang lebih besar dengan fungsi yang lebih kompleks. Salah satu perbedaan penting antara desain rangkaian function block analog dan pemrograman function block FF adalah konten data dari garis yang menghubungkan block secara bersamaan. Dalam dunia analog, setiap garis penghubung hanya membawa satu informasi, satu variable direpresentasikan dalam bentuk analog oleh sinyal tegangan. Didunia Fieldbus, setiap garis penghubung tidak hanya membawa nilai variable, tetapi membawa juga status dan engineering unit. Sebagai contoh, transmitter Fieldbus yang mengukur suhu dapat mengeluarkan sinyal output proses variable digital dari “342°C, Good”, sedangkan transmitter dengan output analog (4 – 20 mA) hanya mampu mengirim sinyal yang merepresentasikan suhu (tidak ada unit pengukuran atau informasi status).

Dengan token yang sama, data yang diterbitkan oleh perangkat FF hanya data yang terbaik. Transmitter FF yang menunjukan pengukuran sangat berfluktuasi dan karenanya data yang diterbitkan harus diperlakukan dengan skeptic. Karena perangkat FF merupakan perangkat pandai, perangkat tersebut mempunyai kemampuan untuk menandakan datanya buruk jika mendeteksi kesalahan internal. Data tetap diterbitkan dan dikirim ke function block FF yang lainnya, tetapi status yang dikirim bersama data memperingatkan semua block dihilirnya.

Ada 3 konsisi status utama yang berhubungan dengan setiap sinyal FF yang dikirim antar function block yaitu Good, Bad dan Uncertain. Keadaan sub-status juga ada untuk lebih menggambarkan sifat ketidakpastiannya. “Sensor Failure” adalah contoh dari sub-status, menggambarkan alasan untuk status “Bad” dari transmitter.

Dalam ilmu computer, ada pernyataan bahawa “Garbage In equals Garbage Out”, terkadang disingkat sebagai GIGO. Tidak ada algoritma dapat menjamin sebuah data output yang baik dari data input yang buruk. Prinsip ini menemukan aplikasi cerdas dalam pemrograman function block FF, karena block diprogram untuk berganti mode ketika status input terdeteksi “Bad” atau “Uncertain”. Sebagai contoh, ada beberapa kemunkinan tindakan dari function block yang dapat dikonfigurasi untuk dilakukan ketika mendeteksi status sinyal input “Bad”.

• Mengatur sinyal output ke nilai “Good” yang terakhir
• Mengatur sinyal output ke nilai maksimum (Fail high)
• Mengatur sinyal output ke nilai minimum (Fail low)

Selain itu, nilai status yang disebarkan dalam system FF dari input ke output setiap function block yang terhubung secara seri, mencerminkan efek ketidakpastian sinyal input diseluruh control loop. Sebagai contoh, sebuah block AI mengirim status sinyal “Bad” ke variable input block PID, output PID akan memiliki status “Bad” juga. Ketika sinyal output PID mencapai block AO, block tersebut menegetahui bahwasanya sinyal itu tidak dapat dipercaya, karena sinyal asli (block AI) tidak bisa dipercaya. Setiap function block yang menerima sinyal status output dari block PID juga akan mendeteksi status “Bad” dan menyebarkan status tersebut ke sinyal outputnya. Penyebaran status ini memastikan semua function block dalam system control FF mengetahui  tentang status data input, sehingga pengukuran yang buruk tidak menghasilkan kuputusan control yang buruk.

4.4.6    Mode Function Block

Semua function block FF harus mendukung beberapa mode operasi, menggambarkan bagaimana block akan dieksekusi. Beberapa perbedaan mode function block umumnya dapat ditemukan pada function block FF, meskipun tidak semua function  block FF mendukung semua mode ini.

• OOS (Out Of Service) – Semua function block diharapkan mendukung mode ini, dimana block membekukan output nya pada nilai terakhir dan melampirkan status “Bad”.
• Man (Manual) – Output block tetap pada nilai yang ditentukan oleh teknisi dengan melampirkan status “Good”.
• Auto (Automatic) – Function block memproses informasi secara normal.
• Cas (Cascade) – Function block memproses informasi secara normal.
• Iman (Initialization Manual) – Output block tetap pada nilai terakhir, karena jalur sinyal output menjadi tidak lengkap.
• LO (Local Override) – Output block tetap pada nilai terakhir, karena terdeteksi kondisi kesalahan dalam perangkat.
• RCas (Remote Cascade) – Function block memproses informasi secara normal berdasarkan pada setpoint yang dikirim dari remote ke input block RCas_In.
• Rout (Remote Output) – function block mengirim data ke output nya yang dikirim dari remote ke input block ROut_In.

Teknisi instrumentasi dan para professional sudah akrab dengan konsep controller yang mempunyai mode operasi “Automatic”, “Manual”, dan “Cascade”, tapi pemrograman function block FF memperluas konsep umum ini ke setiap dan semua function  block. Dengan FF, setiap block dapat diatur secara independen ke mode “Automatic” atau “Manual”, yang sangat berguna untuk pengujian algoritma FF dan pelacakan masalah pada skema control FF yang kompleks. Mode OOS, umumnya di atur ketika melakukan perawatan rutin pada perangkat FF.

Selain mde operasi tersebut untuk function block FF (tidak semuanya didukung oleh semua block FF), function block FF juga mempunyai 4 kategori mode menggambarkan mode yang valid dalam berbagai kondisi :

• Target
• Actual
• Permitted
• Normal

Block pada mode “target” adalah mode yang diupayakan jika memungkinkan. Mode “Actual” adalah mode block saat ini. Mode “Permitted” mencantumkan semua mode yang berbeda yang dapat digunakan sebagai mode “Target”. “Normal” adalah kategori yang menggambarkan ke antarmuka operator bagaimana mode operasi sebuah block, tetapi block itu sendiri menghiraukan pengaturan ini

4.5 Konfigurasi dan Commissioning Perangkat FF H1

Perangkat Fieldbus membutuhkan perhatian lebih dalam pengaturan awal dan commissioning daripada perangkat analog. Tidak seperti transmitter analog, dimana hanya konfigurasi pengaturan adalah pengaturan kalibrasi zero dan span, transmitter FF mempunyai jumlah parameter yang substansi dengan perilakunya. Beberapa parameternya harus diatur oleh pemakai, sementara parameter yang lainnya dikonfigurasi secara otomatis oleh system host ketika proses start-up.

4.5.1    File Konfigurasi

Agar perangkat FF bekerjasama dengan system host, perangkat harus mempaunyai kemampuan yang menggambarkan secara eksplisit sehingga system host tahu apa yang harus dilakukan dengannya. Analogi ini sama dengan file driver ketika menambahkan antarmuka computer ke perangkat baru seperti printer, scanner atau modem.

Bahasa standar untuk instrumentasi digital disebut DLL (Device Descriptioin Language). Semua produsen perangkat FF wajib mendokumentasikan kemampuan perangkat mereka dalam format bahasa standar ini, uang kemudian dikompilasi oleh computer ke dalam sekumpulan file dikenal sebagai DD (Device Description) untuk instrument tersebut. DDL itu sendiri bahasa berbasis teks, seperti C atau Java, ditulis oleh programmer. File DD dihasilkan dari sumber DDL oleh computer. Untuk instrument FF, file DD diakhiri dengan ektension .sym dan .ffo dan bisa didapatkan secara gratis dari produsen atau dati website FF (http://fieldbus.org). File DD dengan ekstension .ffo adalah format biner yang dapat dibaca oleh computer dengan perangkat lunak “DD services”. File DD dengan ekstension .sym adalah ASCII-encoded, yang membuatnya dapat dilihat oleh manusia dengan menggunakan program text-editor.

File perangkat spesifik lainnya dijaga oleh system host pada segmen FF adalah file Capability dan Value, keduanya disebut sebagai CFF (Common Format Files) dengan ektension .cff. File tersebut juga teks yang dapat dibaca (ASCII encoded) menggambarkan kemampuan perangkat dan konfigurasi nilai spesifik untuk perangkat. File Capability untuk perangkat FF umumnya diunduh dari website produsen atau FF bersamaan dengan dua file DD (ektensi nama file nya .cff, .sym dan .ffo). File Value dihasilkan oleh system host ketika mengkonfigurasi perangkat, menyimpan konfigurasi nilai spesifik untuk perangkat dan nomor tag. Data yang disimpan dalam file Value bisa digunakan untuk menduplikasi konfigurasi yang sama dari perangkat yang rusak, memastikan perangkat baru akan memiliki parameter yang sama.

Screenshot dari file Capability dengan ektension .cff yang dibuka dengan program text-editor ditunjukan pada gambar dibawah.

Gambar 4.30 Isi dari file Capability

Penting untuk mempunyai versi yang tepat dari file Capability dan DD yang diinstal pada computer system host sebelum mencoba untuk commissioning perangkat. Dimungkinkan untuk menginstal file Capability dan DD yang terbaru dari perangkat fisiknya, tetapi tidak sebaliknya. Persyaratan manajemen file konfigurasi yang tepat adalah tugas baru bagi teknisi untuk mengelola dalam pekerjaan mereka. Dengan setiap perangkat baru yang dipasang dalam system control, file konfigurasi yang tepat harus diperoleh, dipasang dan diarsipkan untuk menkaga keamanan jika terjadi kehilangan data disistem host.

4.5.2    Commissioning Perangkat

Bagian ini mengilustrasikan commissioning perangkat FF pada segmen yang real, menunjukan screenshot menu konfigurasi pada system host. Perangkat yang dipakai adalah katup Fisher DVC5000f dan system host adalah DeltaV DCS yang diproduksi oleh Emerson. Perlu diingat bahwa langkah-langkah khusus yang diambil untuk commissioning perangkat FF apapun akan berbeda-beda dari satu system host ke yang lainnya dan mungkin tidak mengikuti urutan langkah-langkah yang ditunjukan disini.

Jika perangkat yang belum dikonfigurasi dihubungkan ke jaringan H1, akan muncul perangkat “decommissioned”. Pada system host Emerson DeltaV, semua perangkat FF decommissioned muncul dalam hirarki folder. Disini, perangkat Fisher DVC5000 diampilkan dan disorot warna biru. Perangkat yang telah decommissioning muncul dibawah nya (PT_501), menampilkan semua function block yang tersedia dalam instrument tersebut.

Gambar 4.31 Perangkat baru muncul pada hirarki

Sebelum perangkat FF dapat dikenali oleh system host DeltaV, “placeholder” dan nama tag harus dibuat untuk instrument tersebut dalam hirarki segmen. Untuk melakukan ini, “New Fieldbus Device” harus ditambahkan pada port H1. Sesudah opsi ini dipilih, sebuah jendela akan terbuka untuk mengizinikan penamaan pada perangkat baru ini.

Gambar 4.31 Jendela property perangkat Fieldbus

Disini, dipilih nama tag “PV_501” untuk katup Fisher, karena perangkat ini akan bekerja dalam hubungannya dengan PT_501 untuk membentuk loop control tekanan yang sempurna. Selain nama tag (PV_501), kita juga menambahkan teks deskripsi (“Pressure Control Valve (positioned)”) dan jenis perangkat (Fisher DVC5000f with AO, PID and IS function block capability). DeltaV memilih alamat yang tidak terpakai (35), meskipun kita juga bisa untuk memilih alamat sesuai keinginan. Perhatikan check box “use as backup link master” dalam jendela konfigurasi ini, yang berwarna abu-abu (menandakan opsi ini tidak tersedia pada perangkat ini).

Setelah informasi perangkat telah dimasukan untuk nama tag baru, sebuah icon “placeholder” muncul dalam hirarki segmen H1 (dihubungkan ke Port 1). Anda dapat melihat nama tag baru (PV_501). Aktual perangkat masih decommissioned.

Gambar 4.32 Nama tag baru pada hirarki segmen H1

Dengan melakukan klik-kanan pada nama tag yang baru dan memilih opsi “Commission”, jendela baru akan terbuka untuk memungkinkan kita memilih perangkat decommissioned mana yang akan diberikan nama tag yang baru. Karena hanya satu perangkat yang decommissioned pada segmen H1, hanya satu opsi yang muncul dalam jendela.

Gambar 4.33 Memilih perangkat decommissioned untuk diberikan nama tag

Setelah memilih perangkat decommissioned yang akan di commissioning, system host DeltaV meminta anda untuk reconcile perbedaan antara nama tag yang baru dibuat dan perangkat decommissinied. Jika anda ingin menggunakan nilai yang telah ada dalam perangkat, anda dapat melewati langkah “reconcile”. Jika anda ingin mengubah nilai dalam perangkat, anda dapat memilih opsi “reconcile” yang kemudian akan membuka jendala editor dimana anda dapat mengatur nilai perangkat sesuai yang anda inginkan.

Gambar 4.34 Jendela panduan commissioning perangkat

Setelah memilih (atau tidak memilih) opsi “reconcile”, system DeltaV akan meminta anda untuk konfirmasi commissioning perangkat, Setelah itu akan melewati serangkaian urutan tampilan animasi saat beralih dari status “Standby” ke status “Commissioned”.

Gambar 4.35 Tampilan animasi serangkaian urutan status

Seperti yang anda lihat, proses commissioning tidak begitu cepat. Setelah kurang lebih 1 menit menunggu, perangkat masih “Initializing” dan belum “Commissioned”. Kecepatan jaringan 31.25 kbps dan prioritas komunikasi scheduled adalah factor pembatas ketika merubah konfigurasi data dalam jumlah besar melalui segmen jaringan H1. Agar konfigurasi perangkat tidak terganggu atau menurunkan proses transfer data kritikal, semua pertukaran data konfigurasi harus menunggu waktu periode unscheduled.

Gambar 4.36 Muncul icon segitiga biru setelah commissioning

Setelah mengunduh data, katup FF yang baru muncul dibawah PT_501 sebagai instrument “commissioned” dan siap untuk melayani. Function block untuk PT_501 telah tertutup dan function block untuk PV_501 terlah terbuka untuk dilihat.

Gambar 4.37 Instrumen PV_501 muncul dibawah PT_501

Seperti yang anda lihat, instrument baru (PV_501) tidak mempunyai function block sebanyak instrument PT_501. Ini adalah factor penting untuk dipertimbangkan ketika merancang segmen FF, Pastikan untuk memasukan instrument yang berisi semua function block yang diperlukan untuk menjalankan skema control yang diinginkan. Ini juga dapat menyebabkan masalah jika instrument FF dalam skema control diganti dengan instrument yang beda produsen atau modelnya.

4.5.3    Kalibrasi dan Rentang

Kalibrasi dan rentang untuk perangkat FF sama prinsipnya dengan instrument pintar lainnya. Tidak seperti instrument analog, dimana “zero” dan “span” diatur untuk mendefinisikan kalibrasi dan rentang instrument, kalibrasi dan rentang merupakan fungsi yang berbeda dalam instrument digial.

Kita akan memeriksa diagram block dari sebuah pressure transmitter analog yang menunjukan pengaturan zero dan span.

Gambar 4.38 Diagram block dari pressure transmitter analog

Pengaturan zero dan span menetukan hubungan matematika antara tekanan yang dideteksi dan arus output. Mengkalibrasi sebuah transmitter analog dengan menerapkan rangsangan input ke instrument dan mengatur zero dan span sampai nilai arus output yang diinginkan tercapai. Tujuan melakukan ini adalah untuk memastikan keakuratan pengukuran.

Rentang transmitter hanyalah nilai input yang terkait dengan sinyal output 0% dan 100% (misal 4 mA dan 20 mA). Pengaturan rentang sebuah transmitter analog juga mengatur zero dan span sampai sinyal output sesuai dengan titik LRV dan URV yang diharapkan pada variable yang diukur. Untuk transmitter analog, fungsi rentang dan kalibrasi selalu dilakukan oleh teknisi pada saat yang sama.

Sebaliknya, transmitter digital yang dilengkapi dengan analog output 4 – 20 mA memisahkan fungsi kalibrasi dan rentang, masing-masing fungsi ditentukan oleh serangkaian penyesuaian yang berbeda.

Gambar 4.39 Diagram block pressure transmitter digital

Mengkalibrasi transmitter digital dengan menerapkan rangsangan input ke transmitter dan menjalankan fungsi “trim” hingga instrument secara akurat mendaftarkan rangsangan input. Untuk transmitter digital yang dilengkapi dengan output analog (4 – 20 mA), ada dua pengaturan “trim”, satu untuk converter A/D dan satu lagi untuk converter D/A.

Mengatur rentang menetapkan hubungan matematika antara nilai input yang diukur dan nilai arus output. Untuk mengilustrasikan perbedaan antara kalibrasi dan rentang, pertimbangkan sebuah kasus dimana pressure transmitter digunakan untuk mengukur tekanan air dalam pipa. Misalkan rentang tekanan transmitter 0 – 100 PSI mengeluarkan arus output 4 – 20 mA. Jika kita ingin mengatur ulang rentang sebuah pressure transmitter untuk mengukur rentang tekanan yang lebih besar (katakanlah 0 – 150 PSI), kita harus menerapkan tekanan 0 PSI dan 150 PSI ketika mengatur potentiometer zero dan span sehingga input 0 PSI memberikan nilai output 4 mA dan nilai input 150 PSI memberikan nilai output 20 mA. Satu-satunya cara untuk mengatur ulang rentang transmitter analaog adalah dengan mengkalibrasi ulang seluruhnya.

Pada instrument digital, Kalibrasi terhadap sumber yang diketahui hanya perlu dilakukan pada interval yang ditentukan untuk memastikan keakuratan dalam periode yang lama mengingat penyimpangan instrument yang tak terhindarkan. Jika transmitter baru dikalibrasi terhadap standard tekanan yang diketahui, kita dapat mengatur ulang rentang dengan hanya mengubah URV (upper range value) sehingga tekanan yang diterapkan 150 PSI sekarang memerintahkan untuk menghasilkan 20 mA dari rentang sebelumnya 100 PSI. instrument digital memungkinkan untuk mengatur ulang rentang tanpa mengkalibrasi ulang, dapat menghemat waktu dan tenaga.

Perbedaan antara kalibrasi dan rentang cenderung membingungkan. Ketika berkerja dengan transmitter analog, anda tidak bisa mengkalibrasi tanpa mengatur rentang instrument nya, kedua fungsi disatukan dalam prosedur yang sama dalam mengatur zero dan span. Ketika bekerja dengan transmitter digital, fungsi kalibrasi dan rentang dibedakan.

Instrument fieldbus dan internal blocknya terlihat sama dengan transmitter digital dengan output analog, meski dengan jumlah parameter yang jauh lebih besar dalam setiap block. Simbol kotak yang diberi label “XD” pada diagram dibawah adalah block Transducer, sedangkan symbol kotak yang diberi label “AI” adalah block Analog Input.

Gambar 4.40 Diagram block transmitter fieldbus

Nilai kalibrasi yang diatur pada block Transducer memuat engineering unit, membuat output nilai digital block transducer diskala dalam pengukuran unit (seperti PSI, kPa, bar, mm, dan lain-lain). Parameter Channel pada function block Analog Input memberi tahu output transducer mana yang akan diterima sebagai “Primary Value”, yang kemudia dapat dirubah ke nilai skala lainnya berdasarkan pada proporsionalitas antara nilai skala transducer (XD_Scale) dan nilai skala output (OUT_Scale).

Untuk mengkalibrasi transmitter jenis ini, pertama kali block transducer harus diatur dalam mode OOS (Out Of Service) demgan menggunkan handheld FF communicator atau host system Fieldbis. Selanjutnya, tekanan fluida standar (calibration-grade) diterapkan pada sensor transmitter dan parameter Cal_Point_Lo diatur sama dengan tekanan yang diterapkan. Selanjutnya, tekanan yang lebih besar diterapkan ke sensor dan parameter Cal_Point_Hi diatur sama dengan tekanan yang diterapkan. Setelah mengatur beberapa parameter kalibrasi record-keeping (seperti Sensor_Cal_Date, Sencor_Cal_Who), block transducer dikembalikan ke mode Auto.

Untuk mengatur rentang transmitter jenis ini, penyesuaian antara tekanan yang dideteksi dan varibel proses harus ditentukan dan dimasukan ke function block analog input parameter XD_Scale dan OUT_Scale. Jika pressure transmitter digunakan untuk mengukur sesuatu selain tekanan secara tidak langsung, parameter rentang tersebut menjadi sangat berguna, bukan hanya proposional dengan nilai pengukuran tetapi juga memasukan nilai output digital kedalam engineering unit yang diinginkan.

Mengatur rentang pada transmitter Fieldbus adalah topik yang agak membingunkan karena nama opsi parameter L_Type yang berbeda. Dibawah ini adalah daftar opsi parameter L_Type.

• Direct – block AI akan menerbitkan sinyal output oleh block XD, terlepas dari rentang OUT_Scale yang telah ditentukan.
• Indirect – block AI akan menghitung skala sinyal dari block XD ke rentang yang telah ditentukan oleh parameter OUT_Scale menggunakan persamaan linier (seperti )
• Inderect square root – sama seperti diatas, kecuali fungsi square-root diterapkan ke rentang persentase (berguna ketika mengkaraterisasi flow transmitter berdasarkan pengukuran tekanan differensial.

Konsep mengatur rentang transmitter FF lebih masuk akal bila dilihat dalam konteks aplikasi nyata. Perhatikan contoh dibawah, dimana pressure transmitter digunakan untuk mengukur ketinggian ethanol yang disimpan dalam bejana setinggi 40 kaki. Transmitter dihubungkan dibawah bejana dengan pipa.

Gambar 4.41 Contoh pengukuran ketinggian ethanol

Tekanan hydrostatis yang diberikan ke elemen sensor transmitter adalah hasil dari densitas cairan (γ) dan tinggi kolom cairan (h). Ketika bejana kosong, masih ada ethanol setinggi 10 kaki yang menerapkan tekanan pada transmitter. Oleh karena itu, tekanan akan terlihat oleh transmitter dalam kondisi kosong adalah :

Ketika bejana penuh, transmitter melihat ketinggian ethanol 50 kaki. Oleh karena itu, tekanan yang dilihat oelh transmitter dalam kondisi penuh adalah :

Jadi, block transducer (XD) dalam transmitter Fieldbus akan mendeteksi tekanan cairan dengan rentang 3.424 PSI sampai 17.12 PSI.

Tetapi, kita tidak ingin transmitter ini untuk menerbitkan sinyal ke jaringan Fiedlbus dalam unit PSI, karena operasi monitoring system control ini untuk melihat pengukuran ketinggian ethanol dalam bejana bukan tekanan hydrostatic.

Solusi yang tepat untuk aplikasi ini adalah mengatur parameter L_Type menjadi “indirect” yang akan memerintahkan function block AI untuk menghitung skala sinyal tekanan block XD ke rentang yang berbeda. Kemudian kita harus tentukan rentang tekanan yang diharapkan dan rentang ketinggian yang sesuai sebagai XD_Scale dan OUT_Scale.

Sekarang, ketinggian ethanol dalam bejana akan akurat dipresentasikan oleh output transmitter FF, dalam nilai numeric dan unitnya. Bejana kosong akan menghasilkan tekanan 3.424 PSI menyababkan transmitter mengeluarkan output sinyal digital “0 feet” sedangkan ketika bejana penuh akan menghasilkan tekanan 17.12 PSI menyebabkan transmitter mengeluarkan output sinyal digital “40 feet”. Ketinggian ethanol antara 0 dan 40 kaki juga akan direpresentasikan secara proposional oleh transmitter.

Jika suatu saat transmitter di relokasi bukan lagi 10 kaki dibawah bejana, parameter XD_Scale harus diatur untuk merefleksikan perubahan tekanan dan transmitter masih akan akurat merepresentasikan ketinggian 0 – 40 kaki tanpa kalibrasi ulang atau konfigurasi ulang hal lain di transmitter.

Kesimpulannya, kita atur parameter XD_Scale terhadap rentang pengukuran fisik secara langsung yang dideteksi oleh transducer, kita atur parameter OUT_Scale kerentang pengkuran yang sesuai dimana transmitter melaporkan keseluruh system control, dan kita atur L_Type ke “indirect” untuk mengaktifkan mengubah satu rentang ke rentang lainnya. Kita hanya menggunakan L_Type ke “direct” jika rentang transducer sesuai dengan output ke seluruh system control (misalnya jika transmitter secara langsung mendeteksi tekanan cairan dan kita ingin nilai tekanan yang sama diterbitkan ke jaringan Fieldbus oleh transmitter, tidak ada skala).

Dibawah ini aplikasi lain untuk transmitter Fieldbus, kali ini differential pressure transmitter mendeteksi perbedaan tekanan terhadal plat orifice untuk mengukur laju aliran cairan dalam pipa. Transmitter mendeteksi perbedaan kecil tekanannya (diekspresikan dalam unit tekanan inches water column), tapi kita ingin melaporkan ke jaringan Fieldbus sebagai laju aliran dalam gallon per menit.

Gambar 4.42 Contoh pengukuran laju aliran

Jika kita ketahui plat orifice ini menghasilkan penurunan tekanan sebesar 125 “WC pada laju aliran 350 GPM, kita dapat mengatur parameter skala sebagai berikut :

Perhatikan penggunaan nilai parameter L_Type “indirect square root”. Fungsi square root diperlukan dalam aplikasi ini karena hubungan antara perbedaan tekanan (ΔP) dan laju aliran (Q) melalui orifice tidak linier, seperti yang dijelaskan pada formula berikut ini :

Ketidaklinieran seperti ini unit untuk pengukuran aliran fluida berbasis tekanan dan tidak ditemukan aplikasi dalam bentuk pengukuran proses lainnya.

4.6 Pemecahan Masalah Segmen FF H1

Fieldbus adalah teknologi yang kuat dan handal jika dipasang dengan tepat. Pemasangan yang buruk, biasanya didorong oleh keinginan untuk meminimalkan biaya, akan menyebabkan banyak masalah selama commissioning dan operasi.

Salah satu cara mudah untuk menghindari masalah yang disebabkan oleh short-circuit pada kabel FF adalah dengan menggunakan perangakat coupling dengan perlindungan short-circuit. Fitur ini tidak terlalu menambah biaya yang signifikan dan akan menjaga keseluruhan segmen dari kegagalan ketika terjadi short-circuit pada kabel spur atau perangkat. Menggunakan perangkat coupling dengan indicator juga memeberikan visual untuk memeriksa daya jaringan yang dapat mempercepat pemecahan masalah pada segmen FF.

4.6.1    Resistansi Kabel

Pemeriksaan yang mudah pada kabel segmen H1  dengan melakukan pengukuran resistansi dengan memutus daya ke segmen, dengan perangkat FF dilepaskan dan dengan kabel diputus pada system host. Tabel dibawah ini menunjukan petunjuk yang diterbitkan oleh Fieldbus Foundation untuk pengukuran resistansi segmen H1.

Pemeriksaan resistansi terakhir yang ditunjukan pada table memeriksa keberadaan koneksi ground di shield konduktor selain koneksi ground diujung host (yang telah diputuskan untuk keperluan pengujian). Karena shield harus diground pada satu titik (untuk mneghindari ground-loops) dan satu titik ini sudah diputus, shield konduktor harus tidak tersambung dengan ground ketika pengujian.

Perlunya melepaskan semua perangkat FF dan system host sangat penting sehingga pengukuran resistansi mencerminkan kesehatan kabel dan tidak ada yang lain. Kehadiran perangkat FF pada segmen akan mempengaruhi pengukuran resistansi, khususnya resistansi antara konduktor sinyal (+ dan -).

4.6.2    Kekuatan Sinyal

FF menetapkan rentang tegangan sinyal (peak-to-peak) antara 350 mV sampai 700 mV untuk segmen FF yang baik. Tegangan sinyal yang berlebihan menunjukan kurangnya resistor terminator, sementara voltase yang tidak memadai menunjukan kelebihan terminator (atau bahkan mungkin perangkat ada yang short-circuit).

4.6.3    Gangguan Listrik

Seperti semua jaringan digital, FF tidak terpengaruh oleh gangguan listrik dibawah ambang batas tertentu. Jika gangguan muncul dalam jumlah yang berlebihan, akan dapat menyebabkan bit salah ditafsirkan, menyebabkan kesalahan data. Fieldbus Foundation memberikan rekomendasi untuk gangguan listrik pada segmen FF.

Alat diagnostik Fieldbus mengukur gangguan pada jaringan segmen selama waktu antara frame pesan, ketika seharusnya ada tegangan DC murni antara kedua konduktor.

4.6.4    Menggunakan Oscilloscope pada Segmen H1

Oscilloscope dapat digunakan untuk mengukur dan menampilkan gelombang sinyal FF H1 untuk menganalisa masalah.

Ketika menggunakan oscilloscope untuk mengukur sinyal FF H1, sangat penting untuk tidak menghubungkan konduktor segmen FF ke ground melalui oscilloscope. “Ground fault” pada segmen jaringan pasti akan menyebabkan masalah komunikasi, disamping masalah apapun yang ada dan memaksa anda untuk mendiagnosis dengan oscilloscope.Jika satu saluran oscilloscope terhubung diseluruh kabel segmen, “ground” clip pada probe akan memaksa salah satu konduktor tersebut ke potensial ground melalui chasis logam oscilloscope yang di ground melalui cabang ketiga pada plug listrik untuk kesalamatan. Pengecualian untuk aturan ini adalah jika oscilloscope itu sendiri bertenaga baterai dan memiliki chasis yang terisolasi demana tidak ada koneksi ground dibuat melalui permukaan atau tangan manusia yang memegangnya. Jika tidak, menggunakan saluran tunggal pada line-powered oscilloscope untuk mengukur sinyal jaringan.

Jika line-powered oscilloscope harus digunakan, cara yang tepat untuk mengkonfigurasinya adalah pengukuran differential channel. Dalam mode ini, oscilloscope akan membaca tegangan antara dua ujung probe.

Gambar 4.43 Pengukuran menggunakan oscilloscope

Referensi :

1. Lesson in Industrial Instrumentation,  Tony R. Kuphaldt, 2018
2. Instrument Engineer’s Handbook Fourth Edition, Bela G. liptak, 2006