DIKTAT KULIAH Elektronika Industri & Otomasi (IE-204) …rudy-wawolumaja.lecturer.maranatha.edu/wp-content/uploads/2013/01/... · Kelanjutan otomasi Detroit diterapkan pada perakitan

DIKTAT KULIAH

Elektronika Industri & Otomasi

(IE-204)

BAB 1. PENDAHULUAN

Diktat ini digunakan bagi mahasiswa

Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI - FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

2015

rudytiukm.blogspot.com

TI 2015 IE-204 Elektronika Industri & Otomasi UKM

Halaman 1

Bab 1 . Pendahuluan

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi di industri berkembang cepat terutama

dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan, dimana

sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan

mesin, berikutnya dengan electro-mechanic (semi otomatis) dan sekarang sudah menggunakan

robotic (full automatic) seperti penggunaan Flexible Manufacturing Systems (FMS) dan

Computerized Integrated Manufacture (CIM) dan sebagainya.

Pengertian Otomasi (Automation)

Otomasi[x1] adalah teknologi yang memanfaatkan aplikasi mekanik, elektronik dan sistem

komputer untuk mengoperasikan dan mengendalikan operasi.

Revolusi Industri di awali dengan mekanisasi, yaitu usaha untuk membantu manusia dari usaha

fisik, yaitu dengan menggantikan tenaga manusia dan binatang (kuda, kerbau, sapi) dengan

tenaga yang dihasilkan dari energi fosil (batu bara, minyak, air dll).

Dengan berkembangnya teknologi elektronik dan komputer, maka otomasi adalah kelanjutan

dari mekanisasi, otomasi adalah usaha untuk membantu manusia dari usaha mentalnya dalam

mengoperasikan dan mengendalikan operasi dari suatu proses .

automation dan automatisation dalam bahasa Inggris kerap digunakan bergantian dan

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

Perkembangan Teknologi Otomasi

Istilah otomasi (automation) pertama kali digunakan di industri mobil Fords di Detroit, sebagai

substitusi kata otomatis/automatic, sehingga pada awalnya dikenal sebagai Otomasi Detroit..

Pada waktu itu otomasi Detroit mempunyai arti sistem ban berjalan, yaitu alat mekanis untuk

handling diantara mesin perkakas sehingga menjadi suatu lintas produksi yang kontinu .

Kelanjutan otomasi Detroit diterapkan pada perakitan motor listrik, radio, TV, “Automated push

button factory”, Pengendali otomatis proses kontinu . Dan teknologi yang digunakan adalah :

pneumatik, listrik, hidrolik. Dengan berkembangnya teknologi elektronika dan komputer,

munculnya Integrated Circuit (IC) pada tahun 1960 an dan munculnya microprocessor pada

tahun 1970 an yang berlanjut dengan turunnya harga IC dan microprocessor maka lahirlah


Halaman 2

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

industri yang dimungkinkan.

Derajat / tingkat otomasi industri adalah seberapa jauh otomasi industri mengendalikan proses

mengantikan campur tangan / bantuan manusia. (ppt AI – 110, 120, 130, 140, 150)

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

- Menghidupkan/menyalakan (command)

- Mematikan/menghentikan (command)

- Mengatur parameter proses, seperti gerakan, posisi, aliran, kecepatan, temperatur, level,

tekanan dll. (measure, control atau regulate)

Jantung dari sistem kontrol otomatis modern sekarang adalah elektronik dan dengan

berkembangnya teknologi komputer, teknologi informasi dan komunikasi dimungkinkan

dirancanganya sistem otomatis yang kompleks dan fleksibel, (AI 130. 140, 150)

Sistem Otomasi dalam Industri meliputi :

Numerical Control Machine Tools (NC, CNC)

Programmable Controllers (PC/PLC)

Automateic Storage and Retrieval System (AS/RS)

Robotics

Flexible Manufacturing Systems (FMS)

Aplikasi Automation dalam berbagai area industri :

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

Transmission : electricity, gas, oil

Distribusi : electricity, water

Proses : kertas, kaya, makanan, farmasi, produksi dan proses logam, gelas,semen, kimia,

refinery, oil & gas

Manufacturing : computer aided manufacturing (CIM), flexible fabrication, appliances,

automotive, aircrafts

Storage : silos, elevator, harbor, retail houses, deposits, luggage handling

Building : heat, ventilation, air conditioning (HVAC), access control, fire, energy supply,

tunnels, parking lots, highways,....

Transportation : rolling stock, street cars, sub-urban trains, busses, trolley busses, cars,

ships, airplanes, rockets, satellites,...


Halaman 3

Pemasok Sistem Automation - World Players/Supplier Utama

Company (urutan abjad ) Lokasi Merjer utama

ABB CH-SE Brown Boveri, ASEA, CE, Alfa-Laval,

Alstom FR Alsthom, GEC, CEGELEC, ABB Power,..

Ansaldo IT

Emerson US Fisher Rosemount

General Electric US

Hitachi JP

Honeywell US

Rockwell Automation US Allen Bradley, Rockwell,..

Schneider Electric FR Télémécanique, Square-D, ...

Invensys UK Foxboro, Siebe, BTR, Triconex,…

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

Yokogawa JP

8 Besar dunia setelah proses Konsolidasi: the Big Eight


Halaman 4

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

Secara Umum Hirarki dari Sistem Otomasi dapat diklasifikasi menjadi

Transformation ProcessRaw

Material

Part or

Product

Power

Tools

Machines

Labour

Scrap or

Waste

Level 1

• Device Control

(Sensors & Actuators)

Level 2

• Machine Controller/

Automatic Control)

Level 3

• Cell Controller

(Supervisory Control)

Level 4

• Plant Control

(Production, Quality,

…)

Level 5

• Enterprise

Control


Halaman 5

EPFL / ABB Research Center, Baden, Switzerland

Menggambarkan hirarki otomasi sbb. :


Halaman 6

Administration meliputi Keuangan, HRD, dokumentasi, perencanaan jangka panjangg

Enterprise meliputi menetapkan target produksi, ERP (Enterprise Resource Planning),

koordinasi site yang berbeda, pengelolaan order.

Manufacturing mengelola eksekusi, sumber daya, aliran kerja, supervisi mutu, jadwal

produksi, pemeliharaan / maintenance.

Supervision meliputi supervisi produksi dan lapangan, optimasi, eksekusi operation,

visualisasi plant, penyimpanan data proses, log operasi, history (open loop)

Group (Area) , mengendalikan bagian pabrik yang terdefinisi jelas ( a well-defined part

of the plant) – merupakan sistem yang closed loop, kecuali untuk intervensi oleh

operator / except for intervention of an operator)

• Coordinate individual subgroups

• Adjust set-points and parameters

• Command several units as a whole

Unit (Cell) mengendalikan l (regulation, monitoring and protection) bagian dari suatu

group – merupakan sistem closed loop kecuali untuk maintenance

• Measure: Sampling, scaling, processing, calibration.


Halaman 7

• Control: regulation, set-points dan parameter 2

• Command: sequencing, protection & interlocking

Field meliputi data acquisition (Sensors & Actors*), data transmission tidak memproses

kecuali koreksi pengukuran ( measurement correction) dan built-in protection

Dari gambaran diatas, level 1 dan 2 adalah area otomasi yang sarat piranti keras otomasi,

makin kebawah peran operator/manusia makin kecil.

Dalam kuliah ini pembahasan akan dititik beratkan pada level 1 Device control (sensor

dan actuator), level 2 machine controller dan level 3 cell controller (model hirarki gambar

1), atau pada model EPFL/ABB Reserch Center level 1 – sensors 7 actuator, Field, Unit

Control, Group Control dan Supervisory.

Automation network view


Halaman 8

Sistematika dan organisasi dari perkuliahan

Dimulai perkenalan umum, yang berisi gambaran sekilas tentang otomasi, hirarki

dalam otomasi, sistem pengaturan dalam industri dan persolan-persoalan pokok

dalam system pengendalian , sistem pengaturan yang dibahas adalah sistem

pengaturan kontinyu , dilanjutkan dengan pembahasan materi dengan pendekatan

dari bawah keatas atau bottom-up approach:

• Perangkat keras instrumentasi ( instrumentation hardware) : bagaimana kondisi

plant dibaca & dikendalikan (how is the state of a plant read and controlled)

• Rangkaian pengolah sinyal analog yang digunakan dimana opamp sebagai

building block.

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

Converter dan Digital to Analog Converter.

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

• PLC – Programmable Logic Controller

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

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

and in the plant

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

Berbagai jenis pengelompokan Plants dan Control

Pengelompokan berdasarkan berbagai sudut pandang :

Open loop vs closed loop

Proses kontinyu vs proses diskrit

Proses kontinyu vs proses batch

Open loop vs closed loop


Halaman 9

Traditional allocation of function of computers in control systems


Halaman 10

Discrete vs continuous plants

Continuous plants

Contoh: Drives, Ovens, Chemical Reactors

Continuous plants (processes) memiliki keadaan (states) yang dapat dinyatakan dengan

variabel (analog) seperti (temperature, voltage, speed,...)

Antara plant input dan plant output, terdapat hubungan yang tetap (fixed relation) yang

dinyatakan oleh model kontinyu disebut fungsi transfer (transfer function).

Transfer function dinyatakan oleh persamaan differential, disederhanakan menggunakan

transformasi Laplace atau or transformasi-z bila sistem adalah linear.


Halaman 11

Prinsip utama control task dalam proses kontinyu adalah pengendalian (regulation),

yaitu mempertahankan keadaan (state) pada level atau trajectory yang telah ditetapkan

(set )

Discrete plants

Discrete plant dimodelkan dengan keadaan (states) yang terdefinisi jelas /well-defined,

unik dan tidak tumpang tindih (exhaustive and non-overlapping states), dan perubahan /

transisi dari satu state kelainnya disebabkan oleh events. Dalam model diatas state

dinyatakan dengan lingkaran dan event garis.

Discrete plants adalah reversible, namun tidak monotone, artinya hilangnya stimulus yang

menyebabkan transisi state tidak serta merta menyebabkan state plant balik ke state

sebelumnya :

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

Contoh dari diagram model diatas dari state 1 ke state 2 dibutuhkan event a, bila event a

telah berakhir maka state tetap di state 2 tidak kembali ke state 1, untuk kestate 1 dari

state 2 dibutuhkan transit melalui beberapa state lain, dalam hal ini dari 2 ke 3 ke 7 ke 1

balik ke 2 , atau 2-3-4-7-1-2- atau 2-3-4-5-6-7-1-2 atau 2-3-4-5-6-3-2 dst.

Discrete plants dapat dipelajari menggunakan tools Finite State Machines, Petri Net, State

transition tables Grafcet, SDL or Sequential Function Chart diagrams dll..

Prinsip utama dalam control task untuk sistem discrete plants adalah command yang

berupa event atau menggerakkan event.


Halaman 12

Continuous process, dapat berupa continuous flow of material or energy

contoh kontrol motor pada pabrik cement, glass, paper production,rolling mill for wires,

plate or profiles, newspaper printing: 23 m/s, steel wire 90 m/s

Main task: regulation

Batch process, berupa proses diskrete dalam menangani elemen individual, contoh :

Numerical Controlled machine, packing machines, Bottle-filling, manufacturing,

pharmaceutical and chemical processes.

Main task: command

Documents

DIKTAT KULIAH Elektronika Industri & Otomasi (IE-204) …rudy-wawolumaja.lecturer.maranatha.edu/wp-content/uploads/2013/01/... · Kelanjutan otomasi Detroit diterapkan pada perakitan