FCS dikembangkan dari PLC; di industri lain, FCS dikembangkan dari DCS, sehingga terdapat banyak sekali keterkaitan serta perbedaan mendasar antara FCS dengan PLC dan DCS.

FCS dikembangkan dari DCS dan PLC. FCS tidak hanya memiliki karakteristik dari DCS dan PLC, tetapi juga mengambil langkah revolusioner. Namun saat ini, DCS baru dan PLC baru cenderung semakin mendekat satu sama lain. DCS baru memiliki fungsi kontrol urutan yang sangat kuat; sementara itu, PLC baru pun cukup mumpuni dalam penanganan kontrol loop tertutup, dan keduanya dapat membentuk jaringan skala besar, sehingga ruang lingkup penerapan DCS dan PLC banyak tumpang tindih.

Kunci dari sistem DCS terletak pada komunikasi. Dapat pula dikatakan bahwa jalan raya data merupakan tulang punggung dari DCS. Karena tugasnya adalah menyediakan jaringan komunikasi bagi seluruh komponen sistem, desain jalan raya data itu sendiri menentukan fleksibilitas dan keamanan secara keseluruhan. Media yang digunakan untuk jalan raya data dapat berupa kabel pasangan terpilin, kabel koaksial, atau kabel serat optik.

Melalui parameter desain jalan raya data, kita pada dasarnya dapat memahami kelebihan dan kekurangan relatif dari suatu sistem DCS tertentu.

① Seberapa banyak informasi I/O yang dapat ditangani oleh sistem.

② Seberapa banyak informasi loop kontrol yang dapat ditangani oleh sistem.

③ Berapa banyak pengguna dan perangkat yang dapat disesuaikan (CRT, stasiun kontrol, dll.).

④ Bagaimana integritas data yang ditransmisikan diperiksa secara menyeluruh.

⑤ Berapa panjang maksimum yang diizinkan untuk jalan raya data?

⑥ Berapa banyak cabang yang dapat didukung oleh jalan raya data?

⑦ Apakah jalan raya data dapat mendukung perangkat keras (pengontrol yang dapat diprogram, komputer, perangkat perekam data, dll.) yang diproduksi oleh produsen lain.

Untuk memastikan integritas komunikasi, sebagian besar produsen DCS dapat menyediakan data redundan.

Untuk memastikan keamanan sistem, digunakan protokol komunikasi yang kompleks serta teknologi deteksi kesalahan. Yang disebut sebagai protokol komunikasi adalah seperangkat aturan yang menjamin bahwa data yang dikirimkan diterima dan dipahami sebagaimana adanya, sesuai dengan data yang dikirimkan.

Saat ini, terdapat dua jenis metode komunikasi yang umum digunakan dalam sistem DCS, yaitu sinkron dan asinkron. Komunikasi sinkron bergantung pada sinyal jam untuk mengatur pengiriman dan penerimaan data, sedangkan jaringan asinkron menerapkan sistem pelaporan tanpa menggunakan jam.

2. Poin-poin kunci FCS

2.1. Inti dari sistem FCS adalah protokol bus, yaitu standar bus.

Sebuah jenis bus, selama protokol busnya ditentukan, teknologi kunci terkait dan peralatan terkait juga akan ditentukan. Dari segi prinsip dasar protokol bus tersebut, semua jenis bus pada dasarnya sama, yaitu berlandaskan penyelesaian transmisi komunikasi digital serial dua arah. Namun, karena berbagai alasan, terdapat perbedaan yang cukup besar dalam protokol bus antara berbagai jenis bus.

Agar fieldbus dapat memenuhi persyaratan interoperabilitas dan benar-benar menjadi suatu sistem terbuka, lapisan pengguna dalam standar internasional IEC serta model protokol komunikasi fieldbus dengan jelas menetapkan bahwa lapisan pengguna memiliki fungsi deskripsi perangkat. Untuk mencapai interoperabilitas, setiap perangkat fieldbus dideskripsikan melalui dokumen deskripsi perangkat (DD). DD dapat dianggap sebagai “driver” dari perangkat tersebut, yang mencakup semua deskripsi parameter yang diperlukan serta langkah-langkah operasi yang dibutuhkan oleh stasiun induk. Karena DD memuat seluruh informasi yang diperlukan untuk mendeskripsikan komunikasi perangkat dan tidak berkaitan dengan stasiun induk, maka DD mampu mewujudkan interoperabilitas sejati antarperangkat fieldbus.

Apakah situasi sebenarnya sesuai dengan uraian di atas? Jawabannya adalah Tidak. Saat ini terdapat delapan jenis standar internasional Fieldbus, namun standar internasional IEC yang asli hanyalah salah satu dari delapan jenis tersebut, dan kedudukannya sama dengan ketujuh jenis Fieldbus lainnya. Ketujuh jenis bus lainnya, apa pun pangsa pasarnya, masing-masing protokol bus tersebut memiliki seperangkat dukungan perangkat lunak dan perangkat keras. Dengan demikian, mereka dapat membentuk sistem dan produk; sementara itu, standar internasional IEC untuk Fieldbus yang asli justru merupakan suatu “rak kosong” tanpa dukungan perangkat lunak maupun perangkat keras. Karena itu, hampir mustahil untuk mewujudkan kompatibilitas dan interoperabilitas antarbus tersebut.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan gambaran berikut: sistem kontrol fieldbus terbuka memiliki interoperabilitas yang tinggi terhadap produk-produknya, asalkan produk tersebut mematuhi protokol bus dari jenis fieldbus tertentu. Dengan kata lain, apa pun merek atau produsen yang memproduksi suatu produk, produk tersebut bukanlah produk milik perusahaan fieldbus itu sendiri. Selama produk tersebut mematuhi protokol bus yang bersangkutan, maka produk tersebut bersifat terbuka dan interoperabel, sehingga mampu membentuk jaringan bus.

2.2. Fondasi dari sistem FCS adalah perangkat lapangan cerdas digital

Perangkat lapangan cerdas digital merupakan dukungan perangkat keras sekaligus fondasi dari sistem FCS. Alasannya sangat sederhana: sistem FCS menerapkan sistem sinyal bus lapangan dengan komunikasi digital dua arah antara perangkat kontrol otomatis dan perangkat lapangan. Jika perangkat lapangan tidak mengikuti protokol bus yang terstandarisasi—yaitu protokol komunikasi yang relevan—dan tidak memiliki fungsi komunikasi digital, maka apa yang disebut sebagai komunikasi digital dua arah hanyalah sekadar wacana belaka dan tidak dapat disebut sebagai sistem kontrol bus lapangan. Selain itu, salah satu karakteristik bus lapangan adalah peningkatan fungsi kontrol pada tingkat lapangan. Jika perangkat lapangan bukan produk cerdas yang multifungsi, maka karakteristik dari sistem kontrol bus lapangan tersebut tidak akan ada. Oleh karena itu, apa yang disebut sebagai keunggulan berupa penyederhanaan sistem, desain yang praktis, serta kemudahan dalam pemeliharaan pun pada akhirnya hanyalah ilusi belaka.

2.3. Inti dari sistem FCS adalah pemrosesan informasi di lokasi

Untuk suatu sistem kontrol, baik yang menggunakan DCS maupun fieldbus, jumlah informasi yang harus diproses oleh sistem tersebut setidaknya sama. Bahkan, dengan menggunakan fieldbus, lebih banyak informasi dapat diperoleh langsung dari lapangan. Jumlah informasi dalam sistem fieldbus tidak berkurang—justru cenderung meningkat—namun jumlah kabel transmisi informasi jauh berkurang. Hal ini menuntut, di satu sisi, peningkatan yang signifikan terhadap kemampuan kabel dalam mentransmisikan informasi, dan di sisi lain, kemampuan untuk memproses sejumlah besar informasi secara lokal, sehingga mengurangi perjalanan bolak-balik informasi antara lapangan dan ruang kontrol. Dapat dikatakan bahwa esensi dari fieldbus adalah proses pengolahan informasi yang dilokalkan di lapangan.

Mengurangi putaran balik informasi merupakan prinsip penting dalam desain jaringan dan konfigurasi sistem. Pengurangan putaran balik informasi sering kali memberikan manfaat berupa peningkatan waktu respons sistem. Oleh karena itu, dalam desain jaringan, prioritas sebaiknya diberikan kepada node-node yang memiliki volume pertukaran informasi timbal balik yang besar dalam cabang yang sama.

Mengurangi jumlah informasi yang saling bertukar dan mengurangi jumlah kabel dalam sistem terkadang saling bertentangan. Pada saat seperti ini, kita tetap harus membuat pilihan berdasarkan prinsip penghematan investasi. Jika waktu respons dari sistem yang dipilih memungkinkan, maka sebaiknya dipilih skema penghematan kabel. Namun jika waktu respons sistem yang dipilih sangat ketat sehingga hanya diperlukan sedikit saja transmisi informasi, maka sebaiknya dipilih skema pengurangan transmisi informasi.

Saat ini, sebagian instrumen lapangan yang menggunakan fieldbus dilengkapi dengan banyak blok fungsi. Meskipun kinerja blok fungsi yang sama pada produk yang berbeda akan sedikit berbeda, terdapat banyak blok fungsi yang serupa dalam suatu cabang jaringan. Pemilihan blok fungsi mana dari instrumen lapangan yang harus digunakan merupakan masalah yang perlu diselesaikan dalam konfigurasi sistem.

Prinsip yang perlu diperhatikan dalam menangani masalah ini adalah meminimalkan perjalanan bolak-balik informasi pada bus. Secara umum, Anda dapat memilih blok fungsi pada instrumen yang menghasilkan jumlah output informasi terbanyak terkait dengan fungsi tersebut.

3. Pengenalan FCS165

Sistem kontrol fieldbus pembangkit listrik FCS165 adalah suatu sistem kontrol otomatis untuk pembangkit listrik yang dikembangkan secara mandiri oleh Xi’an Thermal Research Institute Co., Ltd. (Pusat Teknologi Grup China Huaneng), dengan tujuan mewujudkan kontrol, pemantauan, dan pengelolaan otomatis sepenuhnya berbasis digital pada unit pembangkit termal berkapasitas 1000 MW. Sistem ini juga dapat digunakan dalam bidang-bidang kontrol proses industri, seperti pembangkit listrik tenaga air, industri kimia, pembuatan kertas, dan semen. Sistem FCS165 tidak hanya mengadopsi teknologi DCS yang mutakhir, tetapi juga mengintegrasikan teknologi kontrol otomasi generasi kelima, teknologi kontrol fieldbus, serta menggabungkan teknologi Profibus dan FF yang sesuai dengan standar fieldbus internasional IEC61158; sehingga menjadikannya peralatan berteknologi canggih untuk pembangkit listrik digital generasi baru: yaitu sistem kontrol fieldbus.

Sistem FCS165 telah diintegrasikan ke dalam teknologi kontrol dan pengalaman optimasi pembangkit listrik termal milik Institut Penelitian Termal Xi’an selama lebih dari 40 tahun. Sistem ini memiliki teknologi yang canggih, kinerja yang andal, serta mampu memenuhi kebutuhan pembangkit listrik secara optimal dari segi fungsional, dan dilengkapi dengan antarmuka manusia–komputer yang ramah, yang sesuai dengan kebiasaan operasional para tenaga konfigurasi rekayasa maupun personel pembangkit listrik.

Lembaga Penelitian Termal Xi’an adalah sebuah organisasi penelitian nasional yang bergerak di bidang ilmu dan teknologi tenaga termal serta pengembangan teknologi pembangkitan tenaga termal di Tiongkok. Pada tahun 2003, lembaga ini berubah menjadi sebuah perseroan terbatas yang dikendalikan oleh China Huaneng Group, yang secara bersama-sama dimiliki oleh China Datang Group, China Huadian Group, China National Power Group, dan China Electric Power Investment Group, dan secara resmi berganti nama menjadi Xi’an Thermal Research Institute Co., Ltd. Tim ilmiah dan teknologi Lembaga Teknik Termal sangat kuat, terampil, dan memiliki semangat pantang menyerah; sementara fasilitas uji dan peralatan eksperimen yang dimilikinya pun canggih dan lengkap. Lembaga ini menaungi Pusat Penelitian Teknik Nasional untuk Pembakaran Bersih Batu Bara pada Ketel Pembangkit Listrik yang didirikan oleh Komisi Pembangunan dan Reformasi Nasional, sekaligus berperan sebagai unit pendukung pusat teknis China Huaneng Group Company, serta memiliki cabang di Beijing dan Suzhou. Selain itu, lembaga ini juga menyelenggarakan program pemberian gelar magister dan menyediakan pos pekerjaan pasca-doktoral; lembaga ini juga merupakan unit afiliasi dari Cabang Pembangkitan Tenaga Termal Persatuan Teknik Elektro Tiongkok, serta anggota dari 7 komite teknis standardisasi industri, 5 pusat pengujian mutu terpusat industri, dan merupakan unit utama dalam bidang pembangkitan tenaga termal serta penerbit jurnal inti nasional Tiongkok.

4. Ikhtisar sistem FCS165

Sistem FCS165 dilengkapi dengan jaringan komunikasi tiga lapis. Lapisan teratas adalah jaringan informasi (Ethernet sakelar 100 m), yang bersifat non-real-time dan berfungsi sebagai saluran data manajemen, serta terhubung ke jaringan informasi tingkat pabrik; lapisan tengah adalah jaringan komunikasi kontrol utama unit (Ethernet sakelar 100 m), yang bersifat real-time dan berfungsi sebagai saluran data kontrol, serta menghubungkan DPU, stasiun operator, stasiun insinyur, dan stasiun data historis; lapisan bawah adalah jaringan komunikasi I/O dan fieldbus, yang berfungsi sebagai saluran parameter proses lapangan, status, dan data diagnostik, serta menghubungkan modul I/O, instrumen dan peralatan fieldbus. Struktur jaringan tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.

Fitur paling menonjol dari sistem FCS165 adalah mewujudkan koneksi tanpa batas antara DC dan jaringan fieldbus. Modul master komunikasi Profibus-DP dan modul master komunikasi FF-H1 dapat langsung dipasang pada slot I/O yang bersebelahan dengan kontroler, dan data dapat ditukar dengan kontroler melalui bus paralel pada backplane. Peralatan cerdas Fieldbus dapat langsung dihubungkan ke segmen jaringan komunikasi yang sesuai.

4.1. Skala sistem

Jaringan komunikasi kontrol utama: struktur redundan; DPU memiliki maksimal 50 node redundan, maksimal 50 node stasiun operator/stasiun insinyur (dengan saluran redundan), dan 27 node stasiun data historis. Struktur basis data terdistribusi tanpa server diterapkan, dan stasiun operator beroperasi dalam mode peer-to-peer.

Jaringan informasi: struktur redundan; maksimum 254 node jaringan.

DPU: konfigurasi redundan pada kontroler; rak I/O 5 lapis, dengan kapasitas untuk memasang 58 modul I/O dan 928 titik I/O tradisional. Dapat dipasang 3 pasang stasiun utama komunikasi Profibus-DP redundan untuk membentuk 3 pasang segmen jaringan utama Profibus-DP redundan yang independen; serta dapat dipasang 4 stasiun utama komunikasi FF-H1, yang membentuk 16 segmen jaringan FF-H1 (setiap stasiun utama mengelola 4 segmen jaringan FF-H1).

Database: kapasitas database real-time dan kapasitas database historis dapat mencapai 100.000 titik.

4.2. Pengontrol

Inti dari DPU adalah pengontrol FCP01, sebuah CPU 32-bit berbasis set instruksi tipis (RISC) yang tertanam, dengan kecepatan operasi sebesar 200 MIPS (siklus instruksi operasi dasar 5 ns/waktu). Memori cepat (SDRAM) berkapasitas 128 MB, serta memori flash sebesar 32 MB. Konsumsi daya sebesar 4,2 W. Sistem ini mengintegrasikan antarmuka Ethernet 100 Mbps yang redundan, sistem operasi multitugas real-time yang tertanam, serta memiliki algoritma blok fungsional yang kaya untuk kontrol pembangkit listrik dan pemrosesan data bus lapangan. Siklus pemindaian operasi tercepat mencapai 20 ms, dan logika konfigurasi untuk 5 siklus operasi dapat diproses secara bersamaan.

4.3. Akurasi kartu I/O

Kartu input analog: 4 ~ 20 mA (1 ~ 5 V) 0,1%; TC, RTD (sinyal mV) 0,2%

Kartu output analog: 4 ~ 20 mA (1 ~ 5 V) 0,2%.

Kartu SOE: resolusi 1 ms; Resolusi kartu SOE antara berbagai DPU dapat mencapai 1 ms melalui sinkronisasi waktu GPS.

4.4. Sistem fieldbus tertanam

DPU dapat dimasukkan ke dalam master komunikasi Profibus-DP (modul FPB01), master komunikasi FF-H1 (modul FFH01), dan modul I/O secara bersamaan;

Master dan pengendali komunikasi Fieldbus FCP01 bertukar data melalui bus paralel backplane; data, status, dan informasi diagnosis dari peralatan Fieldbus langsung dimasukkan ke dalam basis data real-time FCP01, yang dapat digunakan untuk kontrol konfigurasi dan operasi bersama dengan sinyal I/O tradisional.

Alat perangkat lunak untuk konfigurasi, pemantauan, debugging, dan diagnosis jaringan Profibus, stasiun induk, serta stasiun budak yang terintegrasi dengan stasiun rekayasa menggunakan gaya antarmuka Windows Resource Manager (lihat Gambar 2).

4.5. Beradaptasi dengan lingkungan industri

Desain dan manufaktur perangkat keras sistem FCS165 memenuhi persyaratan operasional lingkungan industri pada pembangkit listrik termal.

4.5.1. Kompatibilitas elektromagnetik: pelepasan elektrostatik lulus uji tingkat industri 3 (pelepasan kontak) ± 6000 V, pelepasan udara ± 8000 V; dampak lonjakan tegangan lulus uji tingkat industri 2 (± 1000 V); rangkaian pulsa transien cepat listrik lulus uji tingkat industri 2 (± 1000 V); penurunan tegangan dan gangguan jangka pendek lulus uji tingkat industri. Uji-uji di atas dilaksanakan sesuai dengan standar nasional GB/T 1762.X (setara dengan IEC 61000-4-X).

4.5.2. Kondisi lingkungan:

Suhu lingkungan kerja normal: modul I/O -10℃～+70℃； Catu daya – 10 ℃ ~ + 55 ℃;

Kelembapan lingkungan kerja normal: 10–96% (tanpa kondensasi).

halaman sebelumnya:

Papua Nuginitidak ada

: halaman berikutnya