Kontrol proses industri atau sederhananya kontrol proses dalam proses produksi berkelanjutan adalah disiplin ilmu yang menggunakan sistem kontrol industri dan teori kontrol untuk mencapai tingkat konsistensi, ekonomi, dan keamanan produksi yang tidak dapat dicapai murni dengan kontrol manual manusia. Hal ini diterapkan secara luas di industri seperti otomotif, pertambangan, pengerukan, penyulingan minyak, pembuatan pulp dan kertas, pemrosesan kimia, dan pembangkit listrik.
Ada berbagai macam ukuran, jenis, dan kompleksitas, tetapi memungkinkan sejumlah kecil operator untuk mengelola proses yang kompleks dengan tingkat konsistensi yang tinggi. Pengembangan sistem kontrol proses industri besar berperan penting dalam memungkinkan desain proses bervolume besar dan kompleks, yang tidak dapat dioperasikan secara ekonomis atau aman.
Tonggak Sejarah
Penemuan kontrol proses dimulai dengan perangkat kontrol air seperti katup pelampung dan katup pengisian yang ditemukan oleh Ktesibios dan Heron dari Alexandria pada abad ke-3 SM dan abad ke-1 Masehi. Kemudian, Cornelis Drebbel menemukan termostat bimetal untuk mengontrol suhu pada tahun 1620, dan Denis Papin menemukan cara untuk mengatur tekanan dalam bejana dengan pemberat pada tahun 1681. Edmund Lee menciptakan fantail untuk meningkatkan efisiensi kincir angin pada tahun 1745.
Dalam Revolusi Industri pada abad ke-18, penemuan kontrol proses ditujukan untuk menggantikan operator manusia dengan proses mekanis, seperti kincir tepung bertenaga air yang diciptakan oleh Oliver Evans pada tahun 1784. Henry Ford kemudian menerapkan konsep tersebut dalam jalur perakitan mobil pada tahun 1910. Kemudian, pada tahun 1922, Nicholas Minorsky mengembangkan hukum kontrol formal yang disebut kontrol PID untuk kontrol proses variabel kontinu.
Kontrol PID bergantung pada analisis teoritis dan pengamatan juru mudi dalam merancang kemudi kapal otomatis untuk Angkatan Laut AS. Minorsky memperhatikan bahwa juru mudi mengarahkan kapal berdasarkan kesalahan arah saat ini, kesalahan di masa lalu, dan laju perubahan saat ini. Konsep kontrol PID mencakup kontrol proporsional, kontrol integral, dan kontrol turunan untuk mencapai stabilitas dan kontrol yang optimal.
Perkembangan Modern
Revolusi Industri memacu kemajuan dalam kontrol proses, yang bertujuan untuk memekanisasi proses dan mengurangi campur tangan manusia. Dengan munculnya prosesor elektronik dan tampilan grafis, pengontrol diskrit digantikan oleh algoritme berbasis komputer, sehingga memunculkan sistem kontrol terdistribusi (DCS). DCS memungkinkan interkoneksi yang mudah, konfigurasi ulang kontrol pabrik, dan penanganan alarm yang canggih, mengantarkan era baru efisiensi dan otomatisasi dalam proses industri.
Hierarki dan Jenis
Diagram yang menyertai adalah model umum yang menunjukkan tingkat manufaktur fungsional dalam proses besar yang menggunakan prosesor dan kontrol berbasis komputer.
Mengacu pada diagram: Level 0 berisi perangkat lapangan seperti sensor aliran dan suhu (pembacaan nilai proses - PV), dan elemen kontrol akhir (FCE), seperti katup kontrol; Level 1 berisi modul Input/Output (I/O) industri, dan prosesor elektronik terdistribusi yang terkait; Level 2 berisi komputer pengawas, yang mengumpulkan informasi dari node prosesor pada sistem, dan menyediakan layar kontrol operator; Level 3 adalah level kontrol produksi, yang tidak secara langsung mengontrol proses, tetapi berkaitan dengan pemantauan produksi dan target pemantauan; Level 4 adalah level penjadwalan produksi.
Model kontrol
Untuk menentukan model fundamental untuk proses apa pun, input dan output sistem didefinisikan secara berbeda dari proses kimia lainnya.Persamaan keseimbangan ditentukan oleh input dan output kontrol daripada input material. Model kontrol adalah sekumpulan persamaan yang digunakan untuk memprediksi perilaku suatu sistem dan dapat membantu menentukan respon terhadap perubahan. Variabel keadaan (x) adalah variabel terukur yang merupakan indikator yang baik untuk keadaan sistem, seperti suhu (keseimbangan energi), volume (keseimbangan massa) atau konsentrasi (keseimbangan komponen). Variabel input (u) adalah variabel yang ditentukan yang biasanya mencakup laju aliran.
Penting untuk dicatat bahwa aliran yang masuk dan keluar dianggap sebagai input kontrol. Input kontrol dapat diklasifikasikan sebagai variabel yang dimanipulasi, gangguan, atau tidak terpantau. Parameter (p) biasanya merupakan batasan fisik dan sesuatu yang ditetapkan untuk sistem, seperti volume bejana atau viskositas material. Output (y) adalah metrik yang digunakan untuk menentukan perilaku sistem. Output kontrol dapat diklasifikasikan sebagai terukur, tidak terukur, atau tidak terpantau.
Jenis
Proses dapat dikategorikan sebagai batch, kontinu, atau hibrida.[9] Aplikasi batch mengharuskan sejumlah bahan mentah tertentu digabungkan dengan cara tertentu selama durasi tertentu untuk menghasilkan hasil antara atau hasil akhir. Salah satu contohnya adalah produksi perekat dan lem, yang biasanya membutuhkan pencampuran bahan baku dalam bejana yang dipanaskan untuk jangka waktu tertentu untuk membentuk sejumlah produk akhir. Contoh penting lainnya adalah produksi makanan, minuman, dan obat-obatan. Proses batch umumnya digunakan untuk menghasilkan jumlah produk yang relatif rendah hingga menengah per tahun (beberapa kilogram hingga jutaan kilogram).
Sistem fisik kontinu diwakili melalui variabel yang lancar dan tidak terputus-putus dalam waktu. Kontrol suhu air dalam jaket pemanas, misalnya, adalah contoh kontrol proses kontinu. Beberapa proses kontinu yang penting adalah produksi bahan bakar, bahan kimia, dan plastik. Proses kontinu di bidang manufaktur digunakan untuk menghasilkan produk dalam jumlah yang sangat besar per tahun (jutaan hingga miliaran pound). Kontrol semacam itu menggunakan umpan balik seperti pada pengontrol PID Pengontrol PID mencakup fungsi pengontrol proporsional, integrasi, dan turunan. Aplikasi yang memiliki elemen kontrol proses batch dan kontinu sering disebut aplikasi hibrida.
Loop Kontrol
Blok bangunan fundamental dari setiap sistem kontrol industri adalah loop kontrol, yang mengontrol hanya satu variabel proses. Contohnya ditunjukkan pada diagram yang menyertai, di mana laju aliran dalam pipa dikontrol oleh pengontrol PID, dibantu oleh loop bertingkat yang secara efektif berupa pengontrol servo katup untuk memastikan posisi katup yang benar.
Beberapa sistem besar mungkin memiliki beberapa ratus atau ribuan loop kontrol. Dalam proses yang kompleks, loop bersifat interaktif, sehingga pengoperasian satu loop dapat memengaruhi pengoperasian loop lainnya. Diagram sistem untuk merepresentasikan loop kontrol adalah diagram perpipaan dan instrumentasi.Sistem kontrol yang umum digunakan termasuk pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC), Sistem Kontrol Terdistribusi (DCS) atau SCADA.
Contoh lebih lanjut ditunjukkan. Jika katup kontrol digunakan untuk menahan level dalam tangki, pengontrol level akan membandingkan pembacaan ekuivalen dari sensor level dengan setpoint level dan menentukan apakah pembukaan katup lebih banyak atau lebih sedikit diperlukan untuk menjaga level tetap konstan. Pengontrol aliran bertingkat kemudian dapat menghitung perubahan posisi katup.
Keuntungan ekonomi
Proses produksi dalam batch dan kontinu memerlukan efisiensi yang tinggi untuk menghasilkan keuntungan ekonomi karena margin yang tipis. Untuk memenuhi spesifikasi produk, diperlukan kontrol proses yang baik. Spesifikasi bisa berupa batas minimum dan maksimum atau kisaran yang harus dipenuhi.
Penggunaan penyangga pada titik setel proses diperlukan untuk mencegah produk keluar dari spesifikasi akibat gangguan yang terjadi. Namun, penggunaan penyangga ini juga memiliki biaya ekonomi. Efisiensi proses dapat ditingkatkan dengan mengurangi margin yang diperlukan untuk memastikan spesifikasi terpenuhi.
Caranya adalah dengan meningkatkan kontrol proses untuk meminimalkan efek gangguan dan mempersempit variasi serta menggeser target. Setelah margin dipersempit, analisis ekonomi dapat dilakukan untuk menentukan pergeseran target yang lebih efisien. Strategi kontrol proses yang efektif akan meningkatkan keunggulan kompetitif bagi produsen.
Disadur dari: en.wikipedia.org