Instrumentasi dan Proses Kontrol di Industri

Instrumentasi dan Proses Kontrol di Industri sering kali digambarkan sebagai “the art and science of measurement and control”. Atau dengan kata lain instrumentasi adalah seni dan ilmu pengetahuan dalam penerapan alat ukur dan sistem pengendalian pada suatu obyek untuk tujuan mengetahui besaran angka variable suatu proses dan juga untuk tujuan mengendalikan besaran angka proses supaya berada dalam batas daerah tertentu atau pada nilai besaran yang diinginkan (set point).

Operasi di industri proses seperti kilang minyak (refinery) dan petrokimia (petrochemical) sangat bergantung pada pengukuran dan pengendalian besaran proses. Beberapa besaran proses yang harus diukur dan dikendalikan pada suatu industri proses, misalnya aliran (flow) di dalam pipa, tekanan (pressure) di dalam sebuah vessel, suhu (temperature) di unit heat exchange, serta permukaan (level) zat cair pada sebuah tangki.

Selain besaran proses di atas, beberapa besaran proses lain yang cukup penting dan kadang-kadang perlu diukur dan dikendalikan oleh karena kebutuhan specific proses, diantaranya : hydrogen ion concentration (pH), moisture content, conductivity, density or specific gravity, combustible content of flue gas, oxygen content of fuel gas, chromatographic stream composition, nitrogen oxides emissions, calorimetry (BTU content) dan sebagainya.

Besaran-besaran ini ada yang perlu diukur secara online dan ada juga yang hanya diukur atau dianalisa di laboratorium.

Suatu sistem pengendalian proses terdiri atas beberapa unit komponen antara lain:

Sensor / transducer yang berfungsi menghasilkan informasi tentang besaran yang diukur.
Transmitter yang memproses informasi atau sinyal yang dihasilkan oleh sensor / transducer agar sinyal tersebut dapat ditransmisikan.
Controller yang berfungsi membandingkan sinyal pengukuran dengan nilai besaran yang diinginkan (set point) dan menghasilkan sinyal komando berdasarkan strategi control tertentu
Actuator yang berfungsi mengubah masukan proses sesuai dengan sinyal komando dari pengontrol.

Mengapa Diperlukan Pengukuran dan Pengontrolan

Pengukuran yang teliti dan sistem kontrol yang tepat dalam industri proses, dapat menghasilkan besaran angka variable fisika dan kimia dari sistem yang sesuai dengan besaran angka perancangannya. Hal ini akan dapat menghemat biaya operasi serta perbaikan hasil produksi.

Sebagai contoh, besaran angka temperature yang tepat dalam pemprosesan minyak mentah (crude oil) akan menghasilkan produk pada kualitas terbaiknya. Jika beasaran angka temperature ini digunakan untuk mengontrol aliran atau jumlah bahan bakar yang digunakan didalam proses pemanasan, maka tidak akan terjadi “overheating” pada proses tersebut sehingga jumlah bahan bakar dapat dihemat.

Tujuan dari penerapan sistem instrumentasi dan kontrol di dalam industri proses adalah berkaitan dengan segi ekonomis. Oleh karena itu instrumentasi dan sistem kontrol yang diterapkan diharapkan dapat menghasilkan :

Kualitas produk yang lebih baik dalam waktu pemrosesan yang lebih singkat.
Biaya produksi yang lebih murah, oleh karena :
- Penghematan bahan mentah dan bahan bakar.
- Peningkatan efisiensi waktu mesin dan pekerja.Pengurangan produksi yang rusak (off spec.).
Peningkatan keselamatan personil dan peralatan.
Pengurangan polusi lingkungan dari bahan limbah hasil proses.

Berdasarkan ini, maka beberapa hal yang termasuk dalam sistem instrumentasi dan kontrol meliputi :

Karakteristik proses.
Sistem pengukuran.
Pemrosesan data otomatis.
Sistem pengontrolan dengan elemen kontrol akhir (final control element).

Keempat point sistem instrumentasi dan kontrol tersebut di atas sudah dilakukan sejak awal oleh setiap orang yang ingin memperoleh harga tertentu dari suatu besaran fisika. Gambar dibawah menunjukkan bagaimana seseorang ingin memperoleh temperature air yang sesuai dengan keinginannya, dimana semua sistem dioperasikan oleh manusia secara manual.

Peran proses dilakukan oleh pemanasan air dengan sumber kalor dari steam.
Peran alat ukur dilakukan oleh tangan kanan pemakai.
Peran prosesor dilakukan oleh otak pemakai, yang akan mengevaluasi apakah temperature air sudah sesuai dengan keperluannya.
Peran sistem control dan final control elemen dilakukan oleh tangan kiri pemakai dan kran steam.

Jadi sistem sederhana ini telah mencakup semua langkah dalam sistem instrumentasi dan kontrol pada industri proses yang dilakukan secara manual.

Dalam pengembangan selanjutnya, sistem pada gambar di atas dikembangkan sehingga tidak semua langkah dalam proses dilakukan oleh manusia, lihat gambar di bawah. Dalam sistem ini, temperature yang dikehendaki (set point temperature) dapat ditentukan sebagai suatu acuan, sedangkan alat ukur temperature dilakukan oleh sensor pressure thermometer, sistem kontrol dan final control elemennya dilakukan oleh sistem pneumatik dan katup pengontrol (control valve).

Dalam perkembangannya yang terakhir, langkah pengukuran, pemprosesan data dan pengontrolan berbagai besaran fisika atau kimia tidak dilakukan secara terpisah, tetapi dilakukan secara simultan. Hal ini memerlukan suatu processor yang dapat mengkoordinasi hasil pengukuran dan tindak lanjut berdasarkan pilihan algoritma yang dapat digunakan dalam mengkoordinasi langkah sistem instrumentasi.

Juga berdasarkan kemampuannya dalam melakukan pemantauan dan pengolahan data, selanjutnya mengeluarkan hasil pengolahan untuk kemudian dilakukan final control decision pada proses.