Input-Output Control System Oil & Gas Platform

Secara umum input-output pada Sistem Kontrol Oil & Gas Platform (DCS) dapat dikategorikan menjadi:

– Analog Input (AI)

– Analog Output (AO)

– Discrete Input (DI)

– Discrete Output (DO)

Kalau sekedar dibayangkan secara teori sepertinya mudah, namun ketika konsep I/O itu mulai dikombinasikan dengan konsepsi atau terminologi lain seperti analog with voltage, analog free voltage, juga untuk digital I/O seperti true, false, switch contact, switch open, logic ‘1’, logic ‘0’, energize, de-energize, normally close, dan normally open seringkali memerlukan “waktu meditasi” sebentar untuk memahaminya bagaimana konsepsinya dalam project tersebut.

Contoh yang perlu kehati-hatian adalah seperti ini:

Project mendefinisikan konsep umum untuk process dan utility equipment pada kondisi normal operasi maka memiliki logic ‘1’. Apakah itu artinya sedang ‘energize’? Apakah itu artinya ’24 VDC’? Apakah itu artinya semua switch sedang ‘Contact’? nomal posisinya apakah normally close atau normally open? Seringkali perlu waktu untuk memahaminya dan ini memang yang perlu dievaluasi. Projek I/O philosphy perlu mendefinisikan dengan detail untuk setiap tipe-tipe input-output.

Terdapat juga definisi kondisi ‘TRUE’ adalah kondisi ‘NORMAL’, dan kondisi ‘FALSE’ adalah kondisi ‘ABNORMAL’. Yang dimaksud kondisi abnormal adalah kondisi PSD atau ESD. Alarm-alarm akan berbunyi pada kondisi abnormal. Konsepsi ini harus dipegang selama project dan memang seringkali membingungkan dan tertukar-tukar kalau tidak hati-hati.

Apakah project yang berbeda ada kemungkinan pendefinisaian yang berbeda? Saya kira mungkin sekali. Kalau ada input dari blogger dan pembaca saya nantikan di page ini.

Analog Input (AI)

Signal komunikasi yang menggunakan Analog Input untuk Sistem Kontrol adalah signal-signal dari transmitter atau dari unit panel. Untuk HART transmitter milliamp analog input diperoleh dengan voltage source dari DCS, transmitter tidak memiliki power tetapi powernya jadi satu dengan loop dari DCS, istilah yang sering digunakan adalah Loop Powered. Untuk menghasilkan signal 4-20 mA maka D/A converter pada HART transmitter merubah impedance pada circuit voltage tetapnya (24 VDC) sehingga diperolah range arus 4-20 mA yang linear dengan dengan besaran fisik yang diukur oleh sensor. Bagaimana halnya jika signal analog berasal dari output PLC atau output repeater pada suatu Unit Control Panel? Hati-hati karena signal ini akan membawa voltage juga dan akan mengakibatkan voltage clash sehingga pembacaan analog mA signal tidak akurat. Advisable way-nya adalag untuk mengeset DCS menjadi free-Voltage. Sehingga hanya ada satu sumber tegangan 24 VDC dari PLC atau Repeater tersebut.

Analog Output (AO)

Signal komunikasi yang menggunakan Analog Output dari Sistem Kontrol adalah control valve dan juga PLC unit panel/package. Positioner pada control valve menerima signal untuk opening valve. Sedangkan unit panel seringkali juga memerlukan perintah analog dari DCS untuk operasinya, seperti Hypochlorinator yang memerlukan perintah analog dari DCS untuk menentukan konsentrasi klorin yang harus dihasilkannya. Kemungkinan voltage clash selalu ada sehingga salah satu harus diset sebagai free-voltage.

Discrete Input (DI)

Istilah Normally Close & Normally Open pada switch, seringkali membuat saya overlap dengan istilah Normal Condition pada Normal Process. Sering saya bayangkan ketika normal process maka itulah kondisi normally switch. Padahal belom tentu selalu sama bukan?

Limit Switch untuk SDV/BDV dinyatakan Normally Open. Apa yang dimaksud dengan normally di sini? Apakah kondisi normal process maka switch open? Saya kira memang bukan. Normally Open maksudnya swith open sebelum kontak. Pada saat kondisi SDV Close maka ZSC akan contact sehingga kalo diukur voltage di terminal ZSC akan didapatkan 0 VDC (Contact artinya short bukan? shg tegangan pasti 0 VDC). Sedangkan ZSO masih open sehingga kalo diukur voltage di terminal ZSO akan didapatkan 24 VDC. Begitu SDV open maka akan terjadi sebaliknya yaitu ZSO akan contact sehingga didapat 0 VDC, dan ZSC akan open contact sehingga didapat 24 VDC. Analogi yang sama untuk BDV. Limit Switchnya bekerja dengan konsep yang sama dengan SDV. Hanya operating valve-nya sendiri yang berbeda.

Unit Panel / Package Alarm Status dinyatakan sebagai input dari relay Normally Open. Input berasal dari relay. Artinya relay-NO di sini adalah ketika relay tidak energize maka ‘open contact’. Safety philosophy mengatakan bahwa kondisi normal process maka logicnya adalah ‘1’ artinya arus harus mengalir. Padahal relay yang digunakan adalah Normally Open, maka dalam kondisi normal operasi maka relay tersebut harus energize artinya contactnya close (kontaknya tidak normal lagi).  Perlu saya garis bawahi relay Normally Open ketika normal operasi akan berada dalam kondisi ‘close’ logic state ‘1’ dan voltage pada terminal kabel dari DCS adalah 0 VDC. Jika terjadi abnormal pada Unit Panel / Package Panel maka relay akan de-energize artinya ‘contact open’ logic state ‘0’ dan voltage pada terminal kabel dari DCS adalah 24 VDC.

ESD Push Button adalah termasuk Discrete Input yang dinyatakan sebagai Normally Close. Input berasal dari switch. Normally close maksudnya switchnya dalam kondisi belum diapa2in sudah close. Ketika dihubungkan kabel dari DCS dan energize maka di terminal akan anda dapatkan 0 VDC (karena closed circuit). Jika anda ingin membuktikan voltage maka anda harus melepaskan kabel dan ukur maka akan anda dapatkan voltage dari DCS sebesar 24 VDC. Normal operasi process maka ESD push button closed contact dan membentuk closed circuit dengan state logic ‘1’ dan voltage jika diukur di terminal adalah 0 VDC. Pada saat button di push (switch jadi tidak normal) maka terjadi open circuit dan state logic menjadi ‘0’. Voltage di terminal DCS atau terminal ESD adalah 24 VDC.

MAC Push Button adalah Discrete Input yang distate sebagai Normally Open.  MAC hanyalah untuk inisiate alarm bukan ESD. Ketika diset sebagai normally open maka pada circuit tersebyt diberikan line monitoring. Sehingga ketika normal operasi “1” arus masih tetap akan mengalir melalui circuit line monitoring. Ketika switch contact maka arus akan melalui gabungan circuit (line monitoring dan switch circuit) yang menyebabkan seolah-olah resistance-nya berubah begitu besar. Logic operasi menjadi “0”. (Please help to re-define this issue)

Discrete Output (DO)

Solenoid pada valve adalah tipe instrument yang menggunakan Discrete Output power. Logic ‘1’ artinya kondisi proses normal dan solenoid energize dan jika diukur voltagenya di terminal maka akan didapatkan 24 VDC (sangat berbeda dengan DI lhoo). Ketika de-energize dari DCS logic ‘0’ artinya perintah untuk shutdown maka di terminal akan didapatkan 0 VDC.

Relay-relay pada MCC dan Healthy signal untuk PLC Unit Package Panel menggunakan Digital Output dari DCS. DCS menghasilkan DO untuk mengenergize coil pada relay-relay MCC dan juga memberikan healthy signal untuk PLC Unit/Package Panel. Energize DO berarti logic ‘1’ dengan voltage 24 VDC maka motor-motor mendapatkan permissive signal untuk running, demikian juga dengan Unit Control Panel akan dapat signal permissive untuk running pada kondisi normal. Begitu DO de-energize 0 VDC state logic menjadi ‘0’ (TRIP Signal Generated) maka coil-coil de-energize, healthy signal menjadi ‘0’ akibatnya motor-motor dan PLCs harus shutdown. DO ini adalah permissive, maka motor-motor dan UCP tidak bisa dijalankan lagi kalau state logic masih ‘0’. Jadi TRIP filosophy untuk MCC dan UCP adalah dengan mengcut power DO dari DCS ke equipment tersebut.

Nova Kurniawan

Advertisements

Tube & Fitting in EPC

Seorang fresh graduate yang memulai karier di lapangan fabrikasi oil & gas platform sebagai instrument engineer, maka normalnya akan bertemu dengan orang-orang yang memperkenalkan instrumentasi sebagai Tubing & Fitting. Bahkan ada kemungkinan pertanyaan dari sebagian orang (untuk mengetes) engineer tersebut nama-nama fitting dan ukurannya. Kalo engineer tersebut kesulitan menjawab maka dengan spontan akan terjadi pergunjingan, “masa instrument engineer gak tau fitting dan size-nya?”. Kebanyakan orang lapangan ber’eksperience’ tentang instrumentasi sebagai tubing & fitting, namuni belum tentu memiliki “basic knowledge’ tentang instrumentasi itu sebenarnya apa dan bagaimana?. Sering kali ditemukan orang yang ber’experience’ tentang instrumentasi beranggapan bahwa tubing untuk compressor lube oil, compressor vent line, adalah termasuk bidang ilmu instrumentasi. Tetapi jika meredefinisi kembali tentang scope disiplin instrumentasi sebenernya tubing untuk line-line itu tidak ada hubungannya dengan dunia instrumentasi. Karena telah terjadi salah kaprah antara bidang kerja dan bidang knowledge.

Kebutuhan tubing dan fitting untuk disiplin instrumentasi adalah wajar untuk impulse line dan instrument air supply, sebagaimana mechanical equipment membutuhkan tubing & fitting untuk sirkulasi lube oil ataupun vent line, juga piping membutuhkan tubing line untuk chemical injection. Jadi banyak disiplin secara knowledge membutuhkan tubing & fitting untuk line kebutuhan equipment mereka. Dari sini dapat disimpulkan tidak ada rumus yang dapat menyimpulkan bahwa tubing dan fitting adalah scope disiplin instrumentasi sebagaimana opini umum di yard.

Tubing

Adalah pipa yang berukuran lebih kecil atau sama dengan 1 inchi (OD). Ukurannya selalu berbasis Outside Diameter bukan Inside Diameter (Hose/selang sering menggunakan ukuran inside diameter). Semakin kecil diameter suatu tubing dengan thickness yang sama maka Maximum Allowable Working Pressure-nya semakin tinggi. Ukuran-ukuran ‘maut’ tubing yang banyak digunakan di dunia instrumentasi adalah 3/8″ dan 1/2″. Untuk valve-valve besar yang menggunakan accumulator maka ukuran 3/4″ juga digunakan. 1/4″ juga perlu untuk disediakan sebagai replacement kalau internal tube connection suatu valve atau equipment memerlukan penggantian. Material tubing yang digunakan untuk oil & gas service adalah stainless steel 316SS atau 317SS, untuk service sea water dugunakan Monel, untuk temporary service seperti by pass digunakan plastic tube. Untuk membengkokkan tubing stainless atau monel digunakan bender dengan ukuran yang sama dengan tubing tersebut. Untuk memotong tubing digunakan tube cutter. Untuk membersihkan dan menghaluskan bagian tubing yang baru dipotong digunakan tube reamer atau tube deburing tool. 1 Batang tubing yang ada dipasar normalnya dijual dengan panjang 20 feet atau sekitar 6 meter.

Fitting

Union adalah fitting yang menghubungkan dari tubing ke tubing. Untuk menghubungkan tiga tubing maka disebut Union-Tee. Untuk menghubungkan empat tubing maka disebut Union-Cross. Untuk menghubungkan tubing lebih besar ke tubing lebih kecil disebut Reducing-Union. Untuk menghubungkan 2 tubing tetapi melalui panel atau plate maka disebut Bulkhead Union. Ukuran union yang umumnya digunakan adalah mengikuti ukuran tubing yaitu 1/4″, 3/8″, 1/2″, dan 3/4″. Adakah union elbow? Sepertinya ada, tetapi common sense aja bahwa tubing dapat ditekuk / dibelokkan sehingga tidak memerlukan elbow.

Connector adalah fitting yang menghubungkan tubing ke suatu connection thread. Kalau connection threadnya adalah male maka disebut male connector, kalo female maka disebut female connector. Connection thread yang umum dipakai adalah NPT (Nominal Pipe Thread). Sebenarnya ada berbagai macam thread yang dipakai dalam project yang perlu dibahas di topik tersendiri. Jika connectionya mebentuk sudut maka disebut elbow connector. Ukuran dari connector untuk threadnya adalah umum dari 1/4″, 3/8″, sampai 1/2″ sedangkan untuk Nut (bagian yang terhubung ke tubing) adalah ukuran umum tubing yaitu 1/4″, 3/8″, 1/2″, dan 3/4″.

Nut adalah kepala fitting yang mencengkeram tubing. Di dalam nut terdapat front ferrule dan back ferrule sebagai bagian inti Nut yang mencengkeram erat tubing. Nut dan ferrulenya apabila sudah dikencangin di tubing maka akan jadi satu dengan tubing tidak bisa dilepas lagi. Kalau ingin dilepas maka tubingnya harus dipotong.

Adapter adalah fitting yang berfungsi untuk menyambung dari thread ke thread. Ada beberapa deviasi nama untuk adapter ini tergantung dari thread dan ke thread apa fitting ini digunakan. Coupling adalah adapter female thread ke female thread. Bushing adalah Male thread yang lebih besar ke female thread yang lebih kecil. Kalu Female thread lebih besar ke male thread lebih kecil maka disebut saja FNPT size” x MNPT size”. Begitu juga adapter male ke male disebut saja adapter dengan size” MNPT x size” MNPT, tapi jangan salah Nipple adalah juga Male thread x Male thread.

Plug/Cap sesuai namanya berfungsi untuk menutup suatu line atau thread. Lubang female thread harus ditutup dengan Male Thread Plug dan plug semacam ini disebut Pipe Plug. Kalau yang ditutup adalah line tubing maka disebut Tubing Cap. Dan juga kalau yang ditutup adalah suatu fitting dengan male thread sehingga yang diperlukan adalah blind nut maka fitting ini disebut fitting plug, berbentuk seperti nut tetapi blind.

Vent protector adalah fitting yang dipasang untuk melindungi vent pada solenoid valve, three way valve, ataupun instrument lain yang memerlukan venting.

Nova Kurniawan