Sistem Kontrol Proses Canggih untuk Efisiensi Industri

Sistem Kontrol Proses

Proses secara luas didefinisikan sebagai operasi yang menggunakan sumber daya untuk mentransformasi masukan menjadi keluaran. Ini adalah sumber daya yang menyediakan energi yang diperlukan untuk proses agar transformasi dapat terjadi. Dalam konteks industri, istilah 'proses' seperti yang digunakan dalam istilah 'kontrol proses' merujuk pada metode untuk mengubah dan memurnikan bahan baku yang tetap dalam keadaan padat, cair, gas, fluida atau slurry untuk membuat produk akhir dengan properti yang ditentukan. Bahan baku selama proses dipindahkan, diukur, dicampur, dipanaskan atau didinginkan, difilter, disimpan atau ditangani dengan cara sehingga output yang diinginkan diperoleh. Selama proses bahan baku mengalami perubahan fisik dan kimia untuk konversinya menjadi produk akhir. Biasanya suatu industri mengoperasikan sejumlah proses di mana setiap proses menunjukkan perilaku dinamis (bervariasi waktu) tertentu yang mengatur transformasi. Perilaku dinamis ditentukan oleh properti fisik dan kimia dari masukan, sumber daya dan proses itu sendiri.

Kontrol proses merujuk pada metode yang digunakan untuk mengontrol variabel proses atau proses yang digunakan dalam manufaktur suatu produk. Ini adalah tindakan mengontrol elemen kontrol akhir untuk mengubah variabel yang dimanipulasi untuk mempertahankan variabel proses pada titik set yang diinginkan. Variabel ini dapat berada dalam masukan proses, parameter proses dan output proses. Kontrol proses dilakukan untuk mengurangi variabilitasnya untuk mencapai kualitas produk yang diinginkan, meningkatkan laju produksi, meningkatkan efisiensi proses, memfasilitasi perlindungan lingkungan dan memastikan keamanan orang dan peralatan yang digunakan untuk proses.

Sebagai koroleri dari kontrol proses, proses yang dapat dikontrol harus berperilaku dengan cara yang dapat diprediksi. Untuk perubahan tertentu dalam variabel yang dimanipulasi, variabel proses harus bereaksi dengan cara yang dapat diprediksi dan konsisten.

Sistem kontrol proses memiliki tujuan-tujuan berikut.

• Sistem kontrol proses adalah inti untuk pemeliharaan kualitas produk. Sistem kontrol proses mempertahankan parameter proses dalam batas yang ketat untuk mendapatkan produk dengan spesifikasi yang konsisten dari proses. Tanpa kontrol proses, kualitas produk dapat bervariasi dan produk dapat ditolak.
• Sistem kontrol proses harus mempertahankan keamanan personil, peralatan dan lingkungan.
• Sistem kontrol proses harus memenuhi dan memaksimalkan produktivitas peralatan dan akibatnya produksi.
• Sistem kontrol proses juga harus memastikan bahwa konsumsi bahan baku, energi dan utilitas tetap dalam norma konsumsi yang ditentukan untuk proses.
• Sistem kontrol proses juga diperlukan untuk menjaga biaya produksi tetap terkendali mengatasi kendala yang diberikan lingkungan pada proses. Pengendalian biaya harus dicapai tanpa mengorbankan keamanan dan kualitas produk.

Untuk menghasilkan output yang diinginkan, proses harus dioperasikan dalam parameter yang ditetapkan. Proses dikatakan dalam operasi stabil jika dioperasikan dalam rentang parameter yang ditetapkan. Namun, dapat terjadi simpangan dari parameter selama operasi proses. Simpangan ini disebut gangguan. Gangguan disebabkan oleh perubahan tidak terkendali dalam masukan proses yang dapat berupa kondisi masukan, tekanan atau suhu pasokan utilitas, aktivitas katalis, efisiensi transfer panas dll. Ketika proses mengalami gangguan, maka terjadi simpangan dalam variabel proses dan proses menjadi tidak stabil.

Proses industri biasanya bersifat dinamis dan karena itu sistem kontrol proses biasanya memiliki tugas ganda. Melalui sistem kontrol proses operator (i) memantau indikator kondisi proses tertentu dan (ii) memicu perubahan dalam variabel yang sesuai untuk meningkatkan kondisi proses. Kontrol dilakukan untuk mempertahankan kondisi yang diinginkan dalam sistem proses dengan menyesuaikan variabel terpilih dalam sistem proses. Nilai atau rentang tertentu digunakan sebagai nilai yang diinginkan untuk variabel yang akan dikontrol. Selalu lebih baik untuk menggunakan sistem kontrol paling sederhana yang dapat mencapai tujuan yang diinginkan. Desain proses menentukan bagaimana proses akan bereaksi secara dinamis dan bagaimana proses dapat dikontrol.

Proses biasanya memiliki empat jenis variabel berikut.

• Variabel masukan – Ini adalah variabel yang secara independmen merangsang sistem proses dan dengan itu menginduksi perubahan dalam kondisi internal proses. Variabel ini dapat berupa variabel yang dimanipulasi atau dapat berupa variabel gangguan.
• Variabel keluaran – Ini adalah variabel yang memberikan informasi kepada operator tentang keadaan internal proses.
• Variabel kontrol – Ini adalah variabel yang digunakan oleh operator untuk manipulasi untuk mempertahankan proses di bawah kontrol.
• Variabel keadaan – Ini adalah sekelompok variabel minimum yang esensial untuk menggambarkan sepenuhnya keadaan (atau kondisi) internal suatu proses.

Proses perlu dipantau oleh operator untuk memastikan bahwa proses beroperasi dalam kondisi stabil dan memberikan output yang diinginkan. Untuk pemantauan, kondisi (parameter proses) sistem proses diukur. Untuk ini operator harus bergantung pada instrumen. Lebih lanjut setiap sistem memiliki perhitungan kontrol yang juga disebut algoritma. Hasil perhitungan diimplementasikan agar proses berfungsi dengan benar. Instrumen yang digunakan untuk mengontrol proses dapat berupa sensor, transmiter, kontroler dan elemen kontrol akhir.

• Sensor adalah instrumen yang melakukan fungsi penglihatan, pendengaran dll. Instrumen ini mengukur suhu, level, aliran, komposisi dll. Ini adalah termokopel, meter tekanan diferensial, analyzer gas dll.
• Transmiter seperti neuron. Mereka mentransmisikan sinyal seperti sinyal udara atau sinyal listrik dll.
• Kontroler – kontroler melakukan fungsi otak. Kontroler dapat berupa pneumatik, elektronik, atau komputer digital.
• Elemen kontrol akhir – Ini melakukan fungsi otot. Ini adalah valve kontrol, pompa, kompresor, conveyor, switch relai dll.

Blok diagram yang menunjukkan elemen kontrol berbeda ada pada Gambar 1

Gambar 1 Blok diagram yang menunjukkan berbagai elemen kontrol

Ada dua alasan utama untuk kontrol. Alasan pertama untuk kontrol adalah untuk mempertahankan variabel yang diukur pada nilai yang diinginkannya saat gangguan terjadi. Alasan kedua untuk kontrol adalah untuk merespons perubahan dalam nilai yang diinginkan dari parameter proses. Nilai yang diinginkan adalah nilai-nilai yang diperlukan untuk proses agar berjalan dalam bentuk stabil untuk menghasilkan produk yang ditentukan secara ekonomis dan aman tanpa merugikan lingkungan.

Desain pabrik dan peralatan sangat mempengaruhi aktivitas kontrol proses. Ini juga esensial bagi proses untuk memberikan kinerja dinamis yang baik. Penting bahwa semua instrumen dan peralatan pengujian dikalibrasi secara berkala dan dengan benar. Kalibrasi instrumen dan peralatan pengujian harus dapat ditelusuri ke standar nasional. Sensor harus benar dan bereaksi cepat dengan kapasitas yang sesuai dengan kebutuhan peralatan dan proses. Proses dapat dikontrol secara manual atau otomatis dengan bantuan instrumen yang diperlukan. Sebagian besar kontrol otomatis diimplementasikan dengan peralatan elektronik yang menggunakan level arus atau tegangan untuk mewakili nilai yang akan dikomunikasikan.

Untuk kontrol proses yang baik, diperlukan sistem yang responsif dan hanya sedikit gangguan yang terjadi. Dalam sistem kontrol proses yang responsif, variabel yang dikontrol bereaksi dengan cepat terhadap penyesuaian dalam variabel yang dimanipulasi. Dalam sistem seperti itu frekuensi gangguan juga berkurang. Seseorang harus ingat bahwa operator hanya dapat mengontrol parameter jika diukur oleh karena itu lokasi dan seleksi sensor sangat penting. Sensor harus mengukur variabel dengan cepat, andal dan dengan akurasi yang cukup.