Makalah Kerja Praktek
PERANCANGAN SHUT DOWN SYSTEM PADA UNIT BOILER PLANT SIMULATOR MENGGUNAKAN PLC ALLEN BRADLEY SECARA SIMULASI DI LABORATORIUM INSTRUMENTASI PUSDIKLAT MIGAS CEPU Achmad Hermansyah (21060110120008)[1] Wahyudi, S.T.,M.T.[2] (196906121994031001) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Abstrak. Untuk mengimbangi kemajuan teknologi yang terus berkembang, maka mahasiswa Konsentrasi Kontrol dan Instrumentasi, Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponogoro, diharapkan untuk selalu meningkatkan kemampuan diri dalam mengimbangi laju perubahan teknologi yang semakin hari semakin berkembang secara pesat di dalam era globalisasi. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan melaksanakan Kerja Praktek di lapangan, yakni di industri atau perusahaan. Pengelolaan sistem skala besar yang ada pada industri minyak dan gas akhir-akhir ini telah menggunakan PLC sebagai kontroler dalam mengatur setiap instrumentasi. PLC tersebut bekerja dengan menggunakan logikalogika yang disusun melalui bahasa pemrograman Ladder Diagram. Selain dapat melakukan aksi pengontrolan, dari PLC ini operator dapat memantau kinerja plant melalui HMI (Human Machine Interface) tanpa harus melihat secara langsung kondisi pada plant. Selain itu, dengan PLC yang telah terkoneksi secara terpadu, pihak operator maupun pusat dapat memantau dan melakukan aksi control dengan hanya melalui SCADA (System Control and Data Acquisition) yang ada pada control room serta dapat juga melihat rekam jejak data-data yang terjadi pada plant. Kata Kunci
I. 1.1
: Sistem Kontrol, Instrumentasi, PLC, Pengontrolan
PENDAHULUAN Latar Belakang Pusdiklat Migas Cepu yang berada di bawah Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral Indonesia, merupakan satu-satunya pusat pendidikan dan pelatihan dalam pengelolaan energi minyak dan gas yang diakui di Indonesia. Pusdiklat ini dilengkapi alat-alat yang canggih, para praktikan dan peserta diklat diharapkan mampu memenuhi standar minimal yang diterapkan guna dapat bekerja di industri pengolahan minyak dan gas bumi. Pada paper ini di PLC yang digunakan adalah PLC Allen Bradley Micro Logix, yang mana digunakan sebagai simulator shut down system boiler dengan menggunakan modul yang telah tersedia di Pusdiklat Migas Cepu. Shut down system ini berfungsi untuk memberitahu operator jika terjadi hal yang tidak semestinya. 1.2 Pembatasan Masalah Dalam melakukan penyusunan laporan ini, agar pembahasan menjadi terarah dan tidak meluas maka penulis membatasi permasalahan yang dibahas. Adapun pembatasan masalahnya yaitu laporan ini hanya membahas sumulasi shut down system boiler dengan menggunakan PLC Allen Bradley Micro Logix.
II. Dasar Teori 2.1 Programmable Logic Controller (PLC) Programmable Logic Controller (PLC) pada dasarnya adalah sebuah komputer yang khusus dirancang untuk mengontrol suatu proses atau mesin. Proses yang dikontrol ini dapat berupa regulasi variabel secara kontinyu seperti pada sistem-sistem servo atau hanya melibatkan kontrol dua keadaan (On/Off) saja tapi dilakukan secara berulang-ulang seperti umum kita jumpai pada mesin pengeboran, sistem konveyor, dan lain sebagainya. Berdasarkan namanya, konsep PLC adalah sebagai berikut : 1. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya. 2. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya. 3. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses
sehingga menghasilkan diinginkan.
output
yang
menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya. Pemrograman PLC Pada PLC terdapat beberapa instruksi fungsi yang dapat kita gunakan untuk membantu dalam membuat suatu program. Semua instruksi tersebut nantinya yang menggantikan kontaktor-kontaktor konvensional, antara lain: 1. Bit Logic Instruksi bit logic bekerja dengan 2 keadaan, yaitu 1 atau 0. Logika 1 menandakan aktif dan logika 0 menandakan tidak aktif. Berikut ini macam-macam fungsi instruksi bit logic: • --| |-- Normally Open Contact Normally open contact akan menjadi tertutup (closed) ketika nilai bit dari address bernilai “1”. • --| / |-- Normally Closed Contact Pada normally closed contact, saat address bernilai “0” saklar sudah tertutup sehingga nilai pengoperasiannya bernilai “1”, sedangkan untuk pemberian logika “1” pada saklar akan membuat saklar menjadi terbuka sehingga nilai akhir pengoperasiannya bernilai “0”. • --|NOT|-- Invert Power Flow Instruksi ini digunakan apabila ingin membalik suatu keadaan, misalnya dari 0 menjadi 1 atau dari 1 menjadi 0. • --( ) Output Coil Instruksi ini dipasang pada akhir network dan statusnya dipengaruhi oleh instruksiinstruksi yang ada di depannya 2.1.2
Gambar 1 Diagram blok PLC
Gambar 1 menunjukkan diagram blok PLC secara sederhana. Pada prinsipnya sebuah PLC melalui modul input bekerja menerima data-data berupa sinyal dari peralatan input luar (external input device) dari sistem yang dikontrol. Peralatan input luar tersebut antara lain berupa sakelar, tombol, sensor. Data-data masukan yang masih berupa sinyal analog akan diubah oleh modul input A/D (analog to digital input module) menjadi sinyal digital. 2.1.1 Fungsi Umum PLC Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut: 1. Sekuensial kontrol. PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step atau langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat. 2. Monitoring Plant. PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator. 3. Shutdown system Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu
2.2
PLC Allen Bradley Micro Logix PLC ini merupakan pengontrol yang dapat diprogram yang terdiri dari unit utama, yang berisi power supply, input, dan output sirkuit, serta prosesor. Kontroler ini dilengkapi dengan 24 atau 28 pin I/O tertanam. PLC ini jika diperlukan kembali I/O tambahan, dapat ditambahkan dengan menggunakan Compact I / O yang tersedia dalam berbagai tipe, seperti analog I/O, digital I/O, modul PID, dan komunikasi Ethernet. Slot tambahan pada PLC ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Slot tambahan PLC
Software dalam membuat program yang akan dijalankan pada PLC ini menggunakan RS Logix 500 ver 4.0 atau versi yang lebih baru. Hal ini dikarenakan terdapat fitur – fitur yang pada software versi lama tidak mendukung pada PLC yang terbaru. PLC ini dapat dihubungkan ke komputer pribadi atau PC. 2.3 Sistem Boiler Boiler adalah suatu unit pesawat yang biasa dipakai untuk merubah air menjadi uap yang bertekanan tertentu di dalam dapur (furnace). Energi panas dari bahan bakar diberikan kepada air melalui bagian pendidih sehingga terbentuk uap. untuk menghasilkan uap yang bertekanan, diperlukan panas yang berasal dari proses pembakaran bahan bakar yang terjadi pada ruang bakar. Proses pemanasan boiler dilaksanakan dalam tiga tahap, yaitu : 1. Proses pemanasan sehingga uap air menjadi uap basah (wet steam). 2. Proses pemanasan sehingga air jenuh menjadi uap jenuh. (saturated steam). 3. Proses pemanasan sehingga uap jenuh menjadi uap panas lanjut (superheated steam) 2.3.1 Sistem Kontrol Boiler Wanson Pada boiler wanson, dalam operasinya ditunjang dengan beberapa system control, yaitu : 1. Sistem Kontrol Level Sistem kontrol yang digunakan sebagai pusat pengaturan dari berapa level air yang dibutuhkan untuk proses produksi. Sistem kontrol ini dibagi menjadi beberapa metode kontrol, yang mana masing-masing metode tersebut bekerja secara bersama, salah satunya adalah : a. Constant Level Control Sistem kontrol yang berfungsi untuk mengatur valve saluran air umpan ketel. Apabila level air dalam ketel uap menurun maka igema akan turun
sehingga akan menggerakkan katup solenoid valve untuk membuka. Aliran udara bertekanan akan diteruskan untuk menekan piston, maka dari tekanan piston akan diteruskan ke butterfly valve sehingga valve akan membuka. 2. Sistem Kontrol Tekanan Sistem kontrol ini dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu : a. Pressure Control Berfungsi untuk mencegah tekanan uap di dalam ketel uap sesuai dengan pengiriman bahan bakar dan udara pembakaran di mana kebutuhan selalu diatur seimbang dengan tekanan yang dikehendaki. 3. Sistem Kontrol Pembakaran Sistem kontrol pembakaran dibagi menjadi : a. Kontrol Temperatur Bahan Bakar Berfungsi untuk mempertahankan temperature bahan bakar agar tidak C). Jika temperatur terlalu rendah (± dari bahan bakar jauh lebih rendah, maka control valve bahan bakar menutup dan api akan mati. b. Kontrol Udara Pembakaran Berfungsi untuk mendeteksi tekanan udara pembakaran yang disalurkan oleh blower, sehingga pressure switch akan memberikan sinyal ke control panel bahwa udara pembakaran telah tersedia. (permissive start). 4. Sistem Kontrol Aliran Sistem kontrol aliran dibagi menjadi beberapa bagian yang mendukung, yaitu : a. Aliran Steam Keluaran dari Boiler Peralatan yang dipasang di sini adalah untuk memonitor temperature flow gas yang keluar dari cerobong. Alat ini terdiri dari transmitter yang dilengkapi dengan recorder (kondisi rusak) yang hanya terdapat nilai temperature yang ke luar dari boiler dengan tekanannya. b. Temperature Flow Gas Peralatan yang dipasang berupa temperature indicator yang digunakan untuk memonitor air umpan pada deaerator. 2.3.2 Boiler Drum Simulator
Boiler ini digunakan berbagai elemen dan instrumentasi yang sama persis dengan yang ada di lapangan, seperti transmitter, controller, dan sebagainya. Desain telah dibuat sedemikian rupa sehingga aksi pengontrolan dapat dilakukan dengan baik, ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Boiler drum simulator
Shut Down System Boiler Aplikasi PLC dalam Proses Shut Down System Simulasi shut down system ini, indikator kondisi tidak normal adalah dengan melihat nilai dari pressure dan level yang bekerja pada boiler. Di mana jika terjadi salah satu dari keempat kondisi, yaitu tekanan yang terlalu rendah, tekanan yang terlalu tinggi, level yang terlalu rendah, dan level yang terlalu tinggi maka akan mengaktifkan alarm dan lampu indikator sebagai tanda sehingga operator cepat mengetahui ketidaknormalan terebut. III. 3.1
Low (PAL) PressureHigh
Pressure
(PSHH)
High (PAH)
Acknowledge
Alarm
Indikator
Stop Prinsip kerja dari shut down system ini adalah jika terjadi salah satu keadaan diantara empat input seperti terlihat pada Tabel 4.1, (LSLL, LSHH, PSLL, dan PSHH) maka alarm akan berbunyi dan akan mengaktifkan lampu indikator sesuai dengan keadaan yang terjadi. Acknowledge digunakan untuk mematikan bunyi dari alarm tanpa mematikan indikator lampu. Tombol stop digunakan untuk me-reset kembali ke keadaan normal. Dari kondisi tersebut dapat dilakukan trials and errors untuk mendapatkan ladder diagram yang sesuai dengan yang diinginkan, sperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Perancangan Ladder Diagram Pertama perlu ditentukan terlebih dahulu banyaknya input dan output yang akan digunakan. Tabel 1 ini menunjukkan banyaknya jumlah input dan output yang digunakan dalam shut down system pada boiler simulator.
3.2
Tabel 1 Definisi Input-Output
Input Level low (LSLL)
Output Level Indikator Low (LAL)
Level high (LSHH)
Level Indikator High (LAH)
Pressure low (PSLL)
Pressure
Indikator
Gambar 5 Ladder diagram
Ladder diagram pada Gambar 5 dibuat untuk menjalankan shut down system. Rung 0 menyatakan jika sensor level high aktif, maka akan mengaktifkan lampu 1 yang menandakan bahwa boiler melebihi batas ketinggian. Rung 2 menyatakan jika sensor level low aktif, maka akan mengaktifkan lampu 2 yang menandakan bahwa boiler kurang dari batas ketinggian.
Rung 3 menyatakan jika sensor pressure high aktif, maka akan mengaktifkan lampu 3 yang menandakan bahwa boiler melebihi batas tekanan yang diperbolehkan. Rung 4 menyatakan jika sensor level low aktif, maka akan mengaktifkan lampu 6 yang menandakan bahwa boiler kurang dari batas tekanan yang diperbolehkan. Setiap penyalaan lampu indicator menggunakan sistem latch atau kunci, karena di sini mengasumsikan sensor menggunakan push button. Setiap penyalaan lampu terdapat tombol stop. Tombol stop ini dalam ladder diagram menggunakan normally open dikarenakan dalam hardware dibuat sedemikian sehingga jika tombol stop ditekan maka akan me-reset setiap keadaan dari masing-masing lampu. Rung 1 menandakan bahwa setiap sensor apabila aktif maka akan menyalakan alarm. Acknowledge digunakan untuk mematikan bunyi alarm. 3.3 Pemrograman Ladder Diagram Proses pembuatan program ladder diagram pada PLC untuk pengendalian suhu dan tekanan pada boiler drum, dilakukan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Pilih ikon RSLogix 5000 yang telah di install pada PC. 2. Pilih Menu, kemudain New. 3. Kotak tampilan New Controller akan muncul. Kemudian pilih tipe PLC sesuai dengan yang digunakan. Pilih OK. 4. Pada blok sebelah kiri pilih Task-Main Task-Main Program-Main Routine untuk membuat rung yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 7 Tampilan rung
6.
Pada tool bar bagian atas akan tampak gerbang-gerbang yang digunakan untuk membuat ladder diagram, normally open, normally close, coil, dan lain-lain yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8 Tempat toolbar gerbang-gerbang logika
7. Susun gerbang-gerbang tersebut sehingga menjadi ladder diagram yang telah disiapkan. 8. Kemudian berikan label pada setiiap gerbang logika, dengan menekan mouse kanan pada bagian atas gerbang logika seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Pemberian label Gambar 6 Membuat rung
5.
Menampilkan rung untuk menempatkan ladder diagram seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
9. Isi setiap gerbang logika dengan nama yang mudah dipahami seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.
pilih salah satu alamat yang tersedia seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 10 Tag properties
10. Dari data modul input dan output yang terlihat pada RS view, maka langkah selanjutnya adalah memasukkan tipe-tipe modul tersebut ke dalam program yang kita buat. 11. Menekan mouse bagian kanan pada I/O Configuration pada toolbar sebelah kiri, lalu pilih new module. 12. Pilih tipe modul yang sesuai dengan yang terpasang pada PLC sesuai dengan yang ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 12 Konfigurasi alamat logika
16. Lakukan pada setiap gerbang logika, sesuai dengan konfigurasi input dan output. 17. Untuk mengaktifkan simulasi, dengan cara pilih ikon download di toolbar sebelah kanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13 Simulasi mode
18. Muncul box lalu pilih download seperti pada Gambar 14. Gambar 11 Tampilan select module
13. Pada konfigurasi modul, beri nama modul sesuai dengan kegunaan. 14. Setelah semua modul I/O terkonfigurasi semua pada program PLC yang kita buat, langkah selanjutnya adalah memberikan alamat pada ladder diagram. Langkahnya adalah dengan tekan mouse sebelah kanan pada logika yang akan kita beri alamat, lalu pilih edit. 15. Pada table Tags Properties, ubah tipe logika ke dalam bentuk Alias. Lalu ubah data type sesuai dengan sifatnya. Sebagai contoh data digital pilih modul I/O digital, kemudain
Gambar 14 Box download
19. Ladder diagram telah ter-download
3.4
Hasil Simulasi
Ladder diagram yang telah dibuat selanjutnya disimulasikan menggunakan modul PLC yang telah tersedia. Pemrograman PLC tersebut masing-masing tombol push button mewakili satu keadaan. Port DI.0 adalah level high, DI.1 adalah level low, DI.2 adalah acknowledge, DI.3 adalah pressure high, DI.4 adalah pressure low, dan DI.6 adalah tombol stop. Sebagai output-nya masing – masing adalah DO.1 sebagai indikator level low, DO.2 sebagai indikator level high, DO.5 sebagai indikator pressure low, DO.6 sebagai indikator pressure high, dan satu buah alarm. Kondisi pertama, jika ditekan tombol level low, maka indikator lampu DO.1 akan menyala. Alarm akan mati jika ditekan tombol acknowledge, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.
acknowledge, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 17 Simulasi keadaan ketiga
Pada kondisi keempat, jika ditekan tombol level low, maka indikator lampu DO.5 akan menyala dan diikuti dengan nyala alarm. Alarm akan mati jika ditekan tombol acknowledge, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18.
Gambar 18 Simulasi keadaan keempat
Tombol DO.6 akan ditekan yang merupakan tombol stop, maka akan me-reset semua keadaan kembali ke dalam keadaan normal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.
Gambar 15 Simulasi keadaan pertama
Pada kondisi kedua, jika ditekan tombol level high, maka indikator lampu DO.2 akan menyala dan diikuti dengan nyala alarm. Alarm akan mati jika ditekan tombol acknowledge, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.
Gambar 19 Lampu indikator menyala
Hasil simulasi menunjukkan bahwa ladder diagram yang dibuat secara trials and errors mampu menjalankan perintah sesuai dengan yang dikehendaki. IV 4.1
Gambar 16 Simulasi keadaan kedua
Pada kondisi ketiga, jika ditekan tombol pressure high, maka indikator lampu DO.5 akan menyala dan diikuti dengan nyala alarm. Alarm akan mati jika ditekan tombol
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Pada penulisan makalah ini, didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. PLC Allen Bradley Micro Logic adalah PLC tipe rak yang memiliki beberapa compact I/O dalam beberapa tipe, yaitu analog I/O, digital I/O, modul PID, dan komunikasi ethernet. 2. Software dalam membuat program pada PLC Allen Bradley Micro Logix adalah RS Logix 500 ver 4.0.
3. Boiler drum Wanson adalah tipe boiler pipa api. 4. Boiler wanson memiliki beberapa sistem kontrol, yaitu sistem kontrol level, sistem kontrol tekanan, sistem kontrol pembakaran, dan sistem kontrol aliran. 5. Parameter-parameter yang dikendalikan dalam proses pengolahan migas, khususnya unit boiler adalah pressure, level, temperatur, dan flow. 6. Boiler drum simulator telah mewakili semua bagian seperti pada boiler sesungguhnya, yitu terdapat transmitter, control valve, sensor, dan kontroler. 7. Shut down system pada proses pembentukan uap bertekanan di boiler sangatlah penting kegunaannya untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan dalam proses. 8. Simulasi shut down system ini, indikator kondisi tidak normal adalah dengan melihat nilai dari pressure dan level yang bekerja pada boiler. 9. Konfigurasi I/O terdiri dari LSLL, LSHH, PSLL, PSHH, acknowledge, stop sebagai input. Output terdiri dari LAL, LAH,PAL,PAH, dan alarm. 10. Acknowledge digunakan untuk mematikan bunyi dari alarm tanpa mematikan indikator lampu. 11. Tombol stop digunakan untuk me-reset kembali ke keadaan normal. 4.2 Saran Untuk metode shut down system melalui PLC pada diagram ladder alangkah baiknya menggunakan pendekatan FSM (Finite State Machine) agar lebih sistematis dan memudahkan dalam pembuatan program diagram laddernya.
Daftar Pustaka [1]
Curtis, Johnson. 1993. Process Control Instrumentasiation Technology. New Jersey : Prentice Hall [2] Frans, Gunterus. 1994. Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses. Jakarta : Elexmedia Komputindo [3] Setiawan, Iwan. 2006.Programmable Logic Controller dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol. Yogyakarta : Penerbit ANDI
[4]
-----. Team Industrial Text and Video Company. 1999. PLC Start-Up and Maintenance. Georgia : Industrial Text and Video Company [5] -----. Tim Pengumpul Data AKAMIGAS. 1993. Mengenal AKAMIGAS. Cepu : Pusat Pengembangan Tenaga Perminyakan Dan Gas Bumi.
BIODATA Achmad Hermansyah, lahir di Semarang tanggal 20 Desember 1991. Sekolah di SD Islam Nasima Semarang, SMP Negeri 2 Semarang, dan SMA Negeri 3 Semarang. Sekarang menempuh studi di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Semarang, Desember 2013 Mengetahui dan Menyetujui, Dosen Pembimbing
Wahyudi ST, MT
NIP. 196906121994031001
