Apa itu Distributed Control System (DCS)? Inilah Pengertian dan Cara Kerjanya

Assalamu‘alaikum wr. wb.

Halo guys! Saat ini setiap Perusahaan-perusahaan Industri telah mempunyai yang namanya Sistem Kontrol untuk mengendalikan setiap Barang atau Benda yang akan didistribusikan ke Konsumen. Itulah yang dinamakan sebagai DCS atau Distributed Control System, yang berasal dari Sensor-sensor hingga Komputer Layar Monitor. Pada Artikel ini akan membahas mengenai DCS.

Sumber Artikel : Techtarget.com, Electricaltechnology.org, Kamalogis.FT.UGM.ac.id, Laskarotomasi.com, dan Anakteknik.co.id

A. Pengertian DCS

DCS merupakan sebuah sistem kontrol yang digunakan dalam Complex Industrial Process alias Sistem Otomasi dalam industri dengan proses yang lebih kompleks.

Sesuai dengan namanya, DCS bekerja dengan cara terdistribusi di masing-masing bagian sistem komunikasi dan sistem kendali yang dibutuhkan. Tidak seperti SCADA yang sifatnya lebih centralized control system.

Oleh sebab itu, proses sistem otomasi yang menggunakan Distributed Control System dianggap lebih efisien dari segi kontrol proses maupun reliability.

Saat ini sistem kontrol DCS sudah digunakan dalam banyak lapangan industri, mulai dari chemical plant, oil and gas industri, nuclear power plant, automobile industry, hingga water management system.

Ini berbeda dari sistem kendali terpusat dimana pengontrol tunggal di lokasi pusat menangani fungsi kontrol, namun di DCS setiap elemen proses atau mesin atau kelompok mesin dikendalikan oleh pengontrol khusus. DCS terdiri dari sejumlah besar pengontrol lokal di berbagai bagian area kendali pabrik dan terhubung melalui jaringan komunikasi berkecepatan tinggi.

Dalam sistem kendali DCS, fungsi akuisisi data dan kendali dilakukan melalui sejumlah pengontrol DCS yang merupakan unit berbasis mikroprosesor yang terdistribusi secara fungsional dan geografis di seluruh pabrik dan terletak di dekat area di mana fungsi kendali atau pengumpulan data dilakukan seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Pengontrol-pengontrol ini dapat berkomunikasi satu sama lain dan juga dengan pengontrol lain seperti terminal supervisi, terminal operator, historian, dan sebagainya.

Pengontrol otomatis individual yang terdistribusi terhubung ke perangkat lapangan seperti sensor dan aktuator. Pengontrol-pengontrol ini memastikan berbagi data yang telah dikumpulkan kepada pengontrol-pengontrol hierarki lainnya melalui berbagai bus lapangan. Berbagai bus lapangan atau protokol komunikasi standar digunakan untuk menjalankan komunikasi antara pengontrol-pengontrol tersebut. Beberapa di antaranya termasuk Profibus, HART, arc net, Modbus, dan lain sebagainya.

DCS paling cocok digunakan untuk pabrik-pabrik pengolahan atau manufaktur dalam skala besar di mana sejumlah besar loop kendali berkelanjutan harus dipantau dan dikendalikan. Keuntungan utama dari membagi tugas kendali untuk pengontrol-pengontrol terdistribusi adalah bahwa jika bagian dari DCS mengalami kegagalan, pabrik dapat terus beroperasi tanpa memandang bagian yang mengalami kegagalan tersebut.

B. Sejarah DCS

Artikel ini membahas perkembangan sistem kontrol dalam industri, mulai dari kontrol pneumatik hingga perkembangan sistem kontrol digital. Pada tahun 1950-an, pabrik menggunakan panel informasi untuk memantau status dan kendali pabrik, serta menggunakan alarm berupa pelat baja untuk masalah kritis. Namun, proses ini memakan waktu.

Untuk menyederhanakan kontrol, muncul teknologi komputer dalam bentuk komputerisasi multi-loop atau Direct Digital Control (DDC). DDC dikembangkan pada tahun 1962 dan digunakan untuk menggantikan sistem kontrol analog. DDC menggunakan komputer sebagai prosesor utama dengan periferal I/O dan berfungsi sebagai operator workstation (OWS).

Meskipun DDC merupakan inovasi, komputer dan teknologi digital belum berkembang sepenuhnya pada saat itu. Penggunaan komputer dalam sistem kontrol memerlukan redundansi tambahan dan kurang dapat diandalkan, sehingga banyak orang enggan mengadopsi DDC sebagai solusi kontrol mereka.

C. Arsitektur DCS

Seperti yang tersirat dari namanya, Sistem Kendali Terdistribusi (DCS) memiliki tiga karakteristik utama. Yang pertama melibatkan pembagian fungsi kendali yang beragam menjadi seperangkat subsistem yang relatif kompak. Subsistem-subsystem ini bersifat semi-otonom dan saling terhubung melalui bus komunikasi berkecepatan tinggi. Beberapa fungsi tersebut mencakup akuisisi data, presentasi data, kendali proses, pengawasan proses, pelaporan informasi, serta penyimpanan dan pengambilan informasi.

Fitur kedua dari DCS melibatkan otomatisasi proses manufaktur dengan menggabungkan strategi kendali canggih. Karakteristik ketiga melibatkan organisasi elemen-elemen ini ke dalam sistem yang padu. DCS mengatur seluruh struktur kendali menjadi sistem otomasi yang terpadu di mana berbagai subsistem terhubung melalui struktur perintah dan aliran informasi yang terdefinisi dengan baik.

Ciri-ciri DCS ini terlihat dalam gambaran arsitekturnya yang diilustrasikan dalam diagram di bawah ini. Komponen-komponen dasar yang termasuk dalam DCS meliputi workstation rekayasa, stasiun operasi atau antarmuka manusia-mesin (HMI), unit kendali proses atau unit kendali lokal, perangkat pintar, dan sistem komunikasi.

Untuk Atribut yang ketiga sekaligus terakhir, dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

1. Engineering Workstation

Pekerjaan teknik adalah kontroler supervisor yang bertanggung jawab mengawasi seluruh sistem DCS. Dalam sistem SCADA, ruang ini menyerupai ruang kontrol.

Di dalam ruangan ini, terdapat komputer yang dirancang khusus untuk mengelola dan mengkonfigurasi DCS, termasuk pembuatan loop baru, konfigurasi, dan penyusunan dokumen terkait setiap input dan output.

2. Operating Station / Human-Machine Interface (HMI)

Ilustrasi Operating Station (HMI)

Berbeda dengan ruang teknik, stasiun operasi atau HMI (Human-Machine Interface) digunakan hanya untuk memantau kinerja keseluruhan sistem DCS.

Dalam ruangan ini, hanya terdapat monitor atau komputer dengan perangkat lunak khusus untuk keperluan pemantauan seperti DigVis.

Bahkan, stasiun operasi bisa saja hanya dilengkapi dengan satu komputer dan satu monitor jika ukuran sistem otomasi yang dikendalikan oleh DCS tidak terlalu besar.

3. Unit Kontrol Proses DCS

Unit kontrol proses DCS juga disebut sebagai unit kontrol lokal, pengontrol distribusi, atau stasiun proses. Sebuah sistem kendali terdistribusi dapat terdiri dari satu atau lebih stasiun proses yang dapat diperluas dengan berbagai jenis unit I/O. Kontroler ini terdiri dari modul CPU yang kuat, modul bus lapangan atau modul komunikasi dengan kemampuan bus lapangan yang diperluas, dan I/O yang terhubung secara langsung atau jarak jauh.

Perangkat lapangan seperti sensor dan aktuator terhubung ke modul I/O dari unit ini. Beberapa perangkat lapangan dapat terhubung langsung ke bus lapangan (seperti Profibus) tanpa modul I/O apa pun, yang dapat disebut sebagai perangkat lapangan pintar.

Unit-unit ini memperoleh informasi dari berbagai sensor melalui modul masukan, menganalisis dan memprosesnya berdasarkan logika kontrol yang diterapkan dan mengirimkan sinyal keluaran melalui modul keluaran untuk mengontrol aktuator dan relai.

D. Struktur DCS

Sistem Kontrol Terdistribusi (DCS) mencakup elemen perangkat lunak dan perangkat keras. Pemasangan sebagian besar pengontrol secara lokal membuat biaya tetap rendah. Kontrol otomatis di lokasi meningkatkan keandalan sistem ini, dan pengawasan manusia diaktifkan untuk fungsi kontrol pusat dan opsi kendali jarak jauh. Masing-masing proses memiliki pengontrolnya sendiri dengan unit pemrosesan pusat (CPU) terpisah sehingga proses lain dapat dilanjutkan jika sistem individual gagal.

Desain arsitektur DCS mencakup hal berikut :

1. Workstation Rekayasa (Engineering Workstation)

Ini adalah pengontrol pengawas untuk DCS secara keseluruhan. Biasanya, stasiun ini mencakup alat konfigurasi yang memungkinkan pengguna untuk menyelesaikan fungsi seperti membuat loop baru dan titik input dan output (I/O), serta mengkonfigurasi perangkat terdistribusi.

2. Stasiun Operasi

Stasiun ini digunakan untuk pengendalian, operasi, dan pemantauan.

3. Unit Kontrol Proses (Process Control Unit)

Kontroler berbasis mikroprosesor ini dirancang untuk pengendalian loop otomatis dan campuran.

4. Sistem Komunikasi

Sistem ini membawa data dari stasiun ke stasiun dan penting dalam sistem kendali terdistribusi. Protokol jaringan khas yang digunakan meliputi Ethernet, Profibus, dan DeviceNet.

5. Perangkat Pintar

Ini adalah perangkat pintar atau teknologi bus apa pun yang digunakan untuk menggantikan I/O lama.

Dalam arsitektur DCS, sensor mengumpulkan dan memproses informasi, yang dikirim ke modul I/O terdekat. Data dipindahkan ke unit kontrol proses. Perangkat pintar, jika digunakan, juga dapat mengirimkan data ke unit kendali proses. Data tersebut kemudian diolah lebih lanjut dan dianalisis hingga menghasilkan suatu hasil keluaran.

Output yang diproses didasarkan pada logika kontrol yang digunakan, yaitu bagian dari program yang mengontrol operasi program. Data ini dikirim ke perangkat aktuator bergerak menggunakan bus lain. Dan kemudian proses commissioning terjadi. Di sinilah instrumen dan sistem kontrol diverifikasi dan didokumentasikan dan di mana logika kontrol dan implementasinya ditransfer ke stasiun teknik untuk dilihat oleh operator. Operator mengirimkan tindakan kontrol ke stasiun operasi.

Perangkat dalam proses ini dapat dibagi menjadi lima tingkat berikut :

Level 0 : terdiri dari perangkat lapangan, seperti sensor dan elemen pengendalian lainnya.

Level 1 : adalah modul I/O dan prosesor.

Level 2 : adalah komputer pengawas yang mengumpulkan data dari node prosesor.

Level 3 : berfokus pada tingkat pengendalian produksi yang memantau produksi.

Level 4 : mencakup penjadwalan produksi.

E. Perbedaan DCS dan SCADA

Meskipun DCS dan SCADA merupakan mekanisme pemantauan dan pengendalian dalam instalasi industri, keduanya memiliki tujuan yang berbeda. Terdapat beberapa kesamaan antara DCS dan SCADA dalam hal perangkat keras dan komponennya, namun ada persyaratan tertentu pada aplikasi akhir yang membedakan DCS yang kuat dan hemat biaya dari sistem SCADA yang layak. Beberapa perbedaan antara DCS dan SCADA tercantum di bawah ini.

1. DCS berorientasi pada proses, sedangkan SCADA berorientasi pada pengumpulan data. DCS lebih menekankan pada pengendalian proses dan juga terdiri dari tingkat pengendalian pengawasan. Sebagai bagian dari melakukan ini, DCS menyajikan informasi kepada operator. Di sisi lain, SCADA lebih fokus pada akuisisi data proses dan menyajikannya kepada operator dan pusat pengendalian.
2. Pada DCS, modul pengumpulan data dan pengendalian atau pengontrol biasanya terletak dalam area yang lebih terbatas, dan komunikasi antara berbagai unit kendali terdistribusi dilakukan melalui jaringan area lokal. SCADA umumnya mencakup area geografis yang lebih luas yang menggunakan sistem komunikasi yang berbeda dan umumnya kurang dapat diandalkan daripada jaringan area lokal.
3. DCS menggunakan pengendalian loop tertutup di stasiun pengendalian proses dan di unit terminal jarak jauh. Tetapi dalam kasus SCADA, tidak ada pengendalian loop tertutup seperti itu.
4. DCS berbasis pada status proses yang memindai proses secara teratur dan menampilkan hasilnya kepada operator, bahkan jika diminta. Di sisi lain, SCADA berbasis peristiwa di mana ia tidak memindai proses secara berurutan, tetapi menunggu peristiwa yang menyebabkan parameter proses untuk memicu tindakan tertentu. Oleh karena itu, DCS tidak menyimpan database nilai parameter proses karena selalu terhubung dengan sumber datanya, sedangkan SCADA mempertahankan database untuk mencatat nilai parameter yang dapat ditarik lebih lanjut untuk tampilan operator, dan ini membuat SCADA menampilkan nilai terakhir yang dicatat jika stasiun basis tidak dapat mendapatkan nilai baru dari lokasi jarak jauh.
5. Dalam hal aplikasi, DCS digunakan untuk instalasi dalam area yang terbatas, seperti pabrik atau pabrik tunggal dan untuk proses pengendalian yang kompleks. Beberapa area aplikasi DCS meliputi pabrik kimia, pembangkit listrik, pembuatan farmasi, industri minyak dan gas, dll. Di sisi lain, SCADA digunakan untuk lokasi geografis yang jauh lebih besar seperti sistem pengelolaan air, pengendalian transmisi dan distribusi listrik, aplikasi transportasi, dan industri manufaktur dan proses kecil.

Semoga Artikel ini bermanfaat bagi Mahasiswa Teknik! Terima Kasih 😄😊👌👍 :)

Wassalamu‘alaikum wr. wb.