Instrumentation & Control; An Evolution

History is a great art, a great benefit for live human lesson learned; Ibnu Khaldun told us. The history is not only important for discussing about past war, kings step-up and step-down, occupations, politics and religions. History should tell us how was technology discovered? how was technology’s evolution process, how could technology save people and get better life?, how was it made?. If Charles Darwin said “The Origin of Species; by Means of Natural Selection” then we could say “The Origin of Instrumentation and Control; by Means of Technological Selection”. By these words, the Instrumentation and Control Evolution term has been proudly presented.

Komodo dapat digolongkan sebagai reptil purba yang dapat bertahan terhadap seleksi alam.  Tidak ada salahnya juga disebut bourdon gauge dan pneumatic system yang masih ada di industri modern sebagai instrument purba yang dapat bertahan terhadap seleksi teknologi. Mereka bertahan karena kehandalan mereka, robustness, safety dan belum ada yang bisa menggantikan. Evolusi instrumentation and control dimulai pada era 1930-an sampai 2000-an, hal ini diungkapkan dalam kumpulan artikel Maintenance of Instrumentation and Control (editor: Lawrence D. Goettsche).

1930-an (dan sebelumnya kalee)

Pada tahun 1938 majalah Chemical Processing mengangkat isu sebaiknya mekanisme kontrol dilakukan secara terdistribusi ke seluruh area plant. Local gauge seperti pressure gauge, temperature gauge, flow gauge, level gauge terdistribusi ke seluruh plant yang hendak dimonitor. Operator akan melihat secara visual nilai proses pada local gauge dan akan melakukan adjustment pada valve secara manual untuk mencapai set-point pada local gauge.  Control panel juga mulai dipakai dan diletakkan di dekat sensing point. Control panel hanya berisi indikator dan recorder.

1940-an

Penggunaan pneumatic control sudah mulai dikenal pada dekade ini. Teknisi dituntut untuk memiliki pemahaman lebih dalam tentang pneumatic process control. Istilah proportional, integral, derivative, sensor, dan final element menjadi kosa-kata bagi mereka.  Sensor-Controller-Final Element semua diletakkan secara terdistribusi di lapangan. The real DCS sebenarnya adalah pada fase pneumatic control ini. Karena setiap loop memiliki sensor-controller-final element masing-masing terpisah dengan loop yang lain. Pada akhir 1940-an mulai timbul ide untuk mengumpulkan semua informasi dari lapangan dan perintah aksi ke lapangan secara terpusat dari suatu unit control panel tertentu. 

1950-an

Kontrol board sudah mulai dikenal dengan transmisi signal pneumatic 3-15 Psig pada awal 1950-an. Why was 3-15 Psig used? Semua tubing-tubing signal masuk dan keluar dari dan ke kontrol panel membawa signal menuju lemari-lemari panel. Ribuan analog indicator, recorder, dan controller ditampilkan pada kontrol panel. Pada masa ini seorang teknisi dituntuk untuk betul-betul memahami teori sistem pneumatic dan kontrolnya.

Pada pertengahan 1950-an teknologi instrumentasi elektronik datang ke dunia persilatan. Tetapi teknologi ini gagal memenangkan pertarungan pada arena persilatan Petrochemical dan Petroleum. Tampaknya mereka hanya membawa teori elektrik, tanpa membawa teori bagaimana untuk menghilangkan spark (percikan api) yang keberadaanya diharamkan pada lingkungan petrochemical dan petroleum.

Akan tetapi nampaknya pneumatic system masih belum bisa tergantikan oleh switch dan relay untuk analog continues process control. Yaitu sistem kontrol yang tidak sekedar on-off tetapi continues process control yang berujung kepada aksi throttling kepada control valve.

Pada akhir 1950-an seorang instrument technician harus mulai menambahkan pengetahuan tentang electronic dan electricity. Relay-relay, timers, dan sequencers berisi rangkaian elektronik untuk process control muncul pada era ini untuk menjalankan fungsi interlocking dan sequencing. Dan pneumatic system sedikit mulai “terusir” dari dunia dari dunia kontrol diskret.

1960-an

Komputer digital untuk pertama kali muncul di kontrol room sebagai data logger untuk menyimpan data. Kemudian konsep untuk menjadikan komputer digital sebagai alat kontrol terpusat mulai muncul pada periode ini.  Komputer terpogram yang disebut PLC muncul untuk menggantikan relay-relay logic, timer, dan sequencer. Tipe-tipe pengontrolan yang bersifat diskrit on-off  dapat dilakukan oleh PLC. Pneumatic system mulai banyak “terusir” dari dunia diskrit on-off. 

Tetapi lagi-lagi analog continues regulatory process control yang harus menggerakkan control valve untuk melakukan throttling secara analog masih dipercayakan kepada  pneumatic system. Throttling secara kontinue pada control valve dengan pneumatic system masih terlalu powerfull untuk digeser oleh fully electric system.

1970-an

Pada pertengahan 1970-an penggunaan komputer yang disebut sebagai Digital Direct Control (DDC) secara terpusat di control room mulai menjadi trend. Ribuan signal kabel masuk ke kontrol room menuju satu komputer ‘raksasa’ yang akan menjalankan fungsi interlocking, sequencing, timer atau fungsi-fungsi control on-off yang bisa (biasa) dituliskan ke dalam ladder diagram.  Apakah ladder diagram bisa digunakan untuk continues process control berbasis PID? (saya belum bisa membayangkannya).

Penggunaan I/P positioner mulai dikenal pada periode ini. Artinya analog control sudah mulai dipercaya untuk dikawinkan dengan pneumatic system. Transmitter analog dengan process control analog berbasis PID untuk menggerakkan control valve berbasis pneumatic dengan interface I/P positioner.

DCS pertama kali datang ke dunia persilatan adalah pada periode ini oleh Honeywell dan Yokogawa. Setelah euforia sistem instrumentasi dan kontrol terpusat pada komputer raksasa yang disebut DDC, DCS berusaha menawarkan kembali konsep konsep pengontrolan terdistribusi. Artinya tidak hanya satu prosesor yang menghandle sekian ribu I/O akan tetapi didistribusikan melalui controller yang disebut microprocessor-based controller. Dalam satu rack cabinet terdapat banyak controller yang disebut sebagai microprocessor-based controller. Setiap controller dibatasi hanya menghandle 8 loops control.  Satu controller fault hanya mengakibatkan 8 loops error. Bagaimana kalau DDC yang menghandle ribuan loops mengalami fault, maka ribuan loops akan mengalami error.

Ada yang mengatakan bahwa DCS yang secara sempurna dapat dipercaya untuk menghandle continues process control / analog control. Karena PLC dengan ladder diagramnya dianggap secara sempurna menghandle on-off control. Sehingga DCS selain menawarkan konsep distribusi juga bisa dianggap sebagai evolusi dari pneumatic controller. Meskipun interface dengan pneumatic masih diperlukan pada control valve sebagai final element. Tetapi pada sisi transmitting semua mostly bertransformasi fully electric signal. Pneumatic system secara massive “terusir” dari dunia continues process control (analog).

Monitor mulai tampil dicontrol room sebagai operator interface, bukan hanya sebagai data logger. Operator Interface kemudian dikenal sebagai MMI or HMI. 

Dengan semakin komplekya disiplin instrumentasi dan kontrol yang memerlukan kecakapan yang luas dari berbagai ilmu; pneumatic, hydrolik, electric, process, sensor, electronic, computer (IT) maka Instrumentation and Control mulai dipandang sebagai disiplin baru yang secara khusus harus berdiri sendiri disebuah perusahaan.

1980-an

Paruh pertama 1980-an interaksi instrument dengan dunia computer sebagai operator interface semakin intense. Perkembangan pada periode ini adalah membuat bagaimana operator interface semakin user friendly dan look nice.

Paruh kedua 1980-an adalah periode dimana diagnostic untuk field instrument dilahirkan. Hardware and software failure report, error message, reportable events, dan perubahan konfigurasi field instrument secara online adalah produk-produknya. Bersamaan dengan adanya kebutuhan itu maka protocol komunikasi HART dilahirkan. Semua report diagnostic; failure report, error, dan lain-lain dikirim melalui protocol komunikasi HART. Pengiriman data diagnostic melalui signal digital yang ditumpangkan ke signal analog 4-20 mA adalah pengertian HART system. 

1990-an

Perkembangan instrumentasi dan kontrol pada dasawarsa ini adalah seiring dengan perkembangan dunia IT, intranet, internet dll. Seorang I&C engineer dipaksa untuk makin lebih expert tentang hal-hal yang berbau IT yang sebelumnya jarang terdengar seperti; server, Object Linking Embedded, OPC, mungkin ada yang lain lagi. I&C engineer membuka cabang expertises sebagai Control System Engineer bagi mereka yang mempunyai kekuatan pada bidang ini. Dengan semua bekal itu control system “diwajibkan” untuk bisa saling berkomunikasi dengan company management information system. Data produksi kritikal dilapangan bukan sekedar hanya untuk konsumsi teknikal kontrol room akan tetapi juga sudah menjadi informasi bisnis yang diperlukan oleh manajemen.

Sejalan dengan makin perkasanya dunia IT dengan komunikasi digitalnya, maka trend komunikasi digital hendak dibawa ke lapangan. Field instrument wiring tradisional 4-20 mA ingin dijadikan sebagai suatu network komunikasi sebagaimana komunikasi antar PC pada suatu intranet network. Maka lahirlah barang baru di dunia instrumentasi dan kontrol yaitu Fieldbus. Setiap instrument di lapangan sebagaimana PC memiliki address. Dan berkomunikasilah mereka secara digital satu sama lain. Bukan sekedar komunikasi, fieldbus dipersenjatai function block mengekseskusi PID control. Sayangnya sebagaimana komputer network, kalau ada masalah ngehang atau network error agak susah benerinnya. Makanya safety control system belum diaplikasikan fieldbus system.

2000-an

Apakah milestone I&C pada tahun 2000-an? I haven’t seen yet because no vendor invited me to join their seminar on new technology on the last 5 years😛. So I don’t know yet what news in I&C worlds.

Nova Kurniawan

I am working as Instrument Engineer at EPCI company

One Response

  1. Dear Mas Nova,

    Bisa minta pencerahan mengenai arti dan spesifikasi Safety PLC itu apa ya…???

    Salam,
    Gerhana

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: