BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Sistem Kontrol Dalam proses industri, sering dibutuhkan besaran-besaran yang

memerlukan kondisi atau persyaratan yang khusus, seperti ketelitian yang tinggi, harga yang konstan untuk selang waktu yang tertentu, nilai yang bervariasi dalam suatu rangkuman tertentu, perbandingan yang tetap antara 2 (dua) variabel, atau suatu besaran sebagai fungsi dari besaran lainnya. Jelas, kesemuanya itu tidak cukup dilakukan hanya dengan pengukuran saja, tetapi juga memerlukan suatu cara pengontrolan agar syarat-syarat tersebut dapat dipenuhi. Karena alasan inilah diperkenalkan suatu konsep pengontrolan yang disebut Sistem Kontrol. Ada beberapa definisi yang harus dimengerti untuk lebih memahami Sistem Kontrol secara keseluruhan, yaitu: Sistem, Proses, Kontrol dan Sistem Kontrol. Definisi dari beberapa istilah tersebut adalah sebagai berikut: 1. Sistem Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersamasama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu. 2. Proses Proses adalah perubahan yang berurutan dan berlangsung secara kontiniu dan tetap menuju keadaan akhir tertentu. 3. Kontrol Kontrol adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu. 4. Sistem Kontrol (Control System) Sistem Kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variable atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Contoh variabel atau parameter fisik,

6 http://digilib.mercubuana.ac.id/

7

adalah: tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), pH, kepadatan (viscosity), kecepatan (velocity), dan lain-lain.

Hubungan sebuah sistem dan proses dapat diilustrasikan seperti terlihat pada Gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem.

2.1.1 Prinsip Sistem Kontrol Sebuah contoh Sistem Kontrol akan diceritakan di bawah ini. Seorang operator sedang menjaga ketinggian (level) suatu tangki yang akan digunakan untuk sebuah proses kimia. Jika, ketinggian tangki kurang dari yang semestinya, operator akan lebih membuka keran masukan (valve), dan sebaliknya, jika ketinggian melebihi dari yang semestinya, operator akan mengurangi bukan keran (valve), dan seterusnya. Gambar 2.2 mengilustrasikan cerita sistem kontrol tersebut.

Gambar 2.2 Contoh sistem kontrol. Dari kejadian ini, dapat dinyatakan bahwa sebenarnya yang terjadi adalah “pengukuran”

terhadap

tinggi

cairan

di

dalam

tangki,

kemudian

“membandingkannya” terhadap harga tertentu dari tinggi cairan yang

http://digilib.mercubuana.ac.id/

8

dikehendaki, lalu melakukan “koreksi” yakni dengan mengatur bukaan keran masukan cairan ke dalam tangki. Dapat disimpulkan bahwa sebuah sistem kontrol, melakukan urutan kerja sebagai berikut: 1.

Pengukuran (Measuring)

2.

Perbandingan (Comparison)

3.

Perbaikan (Correction) Sistem tersebut dapat berjalan baik, jika dianggap sistem bekerja secara

ideal dan sederhana. Namun, masalah akan timbul jika diteliti lebih lanjut, seperti: a.

Keadaan proses yang lebih kompleks dan sulit

b.

Pengukuran yang lebih akurat dan presisi

c.

Jarak proses yang tidak mudah dijangkau

maka diperlukan modifikasi terhadap sistem tersebut. Dalam hal seperti inilah diperlukan sebuah Sistem Kontrol Otomatik, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Gambar 2.3 Contoh sistem kontrol otomatik. Terdapat beberapa manfaat pada penggunaan Sistem Kontrol Otomatik pada sebuah proses, yaitu: •

Kelancaran Proses

•

Keamanan

•

Ekonomis

•

Kualitas


9

Gambar 2.4 Sebuah Master Control Room untuk mengontrol Sistem Proses Jarak Jauh.

2.1.2 Klasifikasi Sistem Kontrol Secara umum, sistem kontrol dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a.

Sistem Kontrol Manual dan Otomatik

b.

Sistem Lingkar Terbuka (Open Loop) dan Lingkar Tertutup (Closed Loop)

c.

Sistem Kontrol Kontiniu dan Diskrit

d.

Menurut sumber penggerak: Elektrik, Mekanik, Pneumatik, dan Hidraulik

Penjelasan singkat dari jenis-jenis sistem kontrol diatas akan dibahas berikut ini. Sistem Kontrol Manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator, seperti tampak pada Gambar 2.2. Sedangkan Sistem Kontrol Otomatik adalah pengontrolan yang dilakukan oleh peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia, sebagaimana terlihat pada Gambar 2.3. Sistem Kontrol Manual banyak


10

ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada pengaturan suara radio, televissi, cahaya layer televise, pengaturan aliran air melalui keran, pengendalian kecepatan kendaraan, dan lain-lain. Sedangkan Sistem Kontrol Otomatik banyak ditemui dalam proses industri (baik industri proses kimia dan proses otomotif), pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik dan lain-lain. Sistem Kontrol Lingkar Terbuka (Open Loop) adalah sistem pengontrolan di mana besaran keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga variable yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Sedangkan Sistem Kontrol Lingkar Tertutup (Closed Loop) adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Selanjutnya, perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dengan harga yang diinginkan digunakan sebagai koreksi yang merupakan sasaran pengontrolan. Open Loop Control System memiliki karakteristik sebagai berikut: a.

Tidak terdapat proses pengukuran

b.

Variabel yang dikontrol tidak mempengaruhi aksi pengontrolan

c.

Banyak didasari oleh waktu atau urutan proses

d.

Kurang akurat, lebih stabil, murah Sedangkan Closed Loop Control System mempunyai karakteristik sebagai

berikut: a.

Terdapat proses pengukuran

b.

Variabel yang dikontrol mempengaruhi aksi pengontrolan (feed back)

c.

Lebih akurat, dapat terjadi ketidakstabilan

d.

Mahal Gambar 2.5 di bawah ini, mengilustrasikan blok diagram Open Loop

Control System dan Closed Loop Control System. Selanjutnya, sebagian besar pembahasan Sistem Kontrol adalah berdasarkan kepada Closed Loop Control System atau lebih dikenal dengan Sistem Kontrol Umpan Balik (Feedback Control System).


11

Gambar 2.5 Sistem Kontrol Lingkar Terbuka dan Tertutup. Sementara memanfaatkan

itu,

Sistem

pengendali

Kontrol

(controller)

Kontiniu berbasis

adalah nilai

sistem

kontinu,

yang seperti:

Proportional (P), Integrator (I), dan Differensiator (D), atau kombinasi dari ketiganya (PI, PD, atau PID). Sedangkan Sistem Kontrol Diskrit adalah sistem yang menggunakan pengontrol (controller) dengan nilai diskrit, seperti pengendali ON-OFF atau pengendali posisi ganda (switch selector).

Gambar 2.6 PID Controller

2.1.3 Karakteristik Sistem Kontrol Otomatik Beberapa karakteristik penting dari Sistem Kontrol Otomatik adalah sebagai berikut: a.

Sistem Kontrol Otomatik merupakan sistem dinamik yang dapat berbentuk linear maupun non-linear.


12

b.

Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya dan kemudian mengembangkannya.

c.

Komponen atau unit yang membentuk sistem kontrol ini akan saling mempengaruhi.

d.

Bersifat mengembalikan sinyal ke bagian masukan (feedback) dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat sistem.

e.

Karena adanya pengembalian sinyal ini, maka pada sistem kontrol otomatik selalu terjadi masalah stabilitas.

2.1.4 Aplikasi Sistem Kontrol Pemakaian Sistem Kontrol Otomatik banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari, baik dalam pemakaian langsung maupun tidak langsung. Pemakaian dari Sistem Kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut: 1.

Sistem Kontrol Proses: seperti temperature, aliran, tinggi permukaan cairan, viskositas, dan lain-lain. Misalnya pada industri kimia, makanan, tekstil, pengilangan, dan lain-lain.

2.

Sistem Kontrol Energi: seperti pada pengendalian pembangkit tenaga listrik dan pendistribusian tenaga.

3.

Sistem Kontrol Numerik: seperti pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang. Misalnya pada proses pengeboran, pembuatan lubang, pengelasan dan kerja-kerja otomotif.

4.

Sistem Kontrol Transportasi: seperti elevator, escalator, pesawat terbang, kereta api, conveyor, dan lain-lain.

5.

Sistem Kontrol Servomekanis: sistem yang berhubungan dengan posisi, kecepatan dan pergerakan.

6.

Bidang non teknis: seperti sistem ekonomi, sistem sosial dan sistem biologi.


13

2.2

Programmable Logic Controller (PLC) Sebagai Sistem Kontrol di Industri Sistem kontrol industri pada awalnya mengandalkan relay elektromekanik.

Relay ini bekerja bedasarkan prinsip kemagnetan. Sistem kendali ini memiliki beberapa kelemahan, diantranya: 1. Membutuhkan ruang kontrol yang besar 2. Perawatan relatif susah 3. Kesulitan dalam pengembangan sistem 4. Membutuhkan waktu yang relatif lama untuk membangun, memelihara, memperbaiki

dan

mengembangkan

sistem

kendali

dengan

relay

elektromekanik. Seiring dengan tuntutaan sistem kontrol yang effektif dan efisien, sistem kontrol berbasis relay elektromekanik yang merupakan sistem wired-logic mulai ditinggalkan dan berlaih menjadi sistem programmed-logic. Dimana pengkabelan secara fisik sudah jauh berkurang dan digantikan oleh pengkabelan secara program (software).

Pada masa berkembangnya sistem kontrol berbasis programmed-logic dikenal perangkat PLC (Programmable Logic Controller) yang merupakan perangkat

pengontrol

yang

berbasiskan

fungsi

rangkaian

logika.

Berikut adalah Definisi PLC menurut Capiel (1982).

Sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi


14

yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O dijital maupun analog .

2.2.1 Struktur PLC Pada umumnya komponen atau struktur penyusun dari suatu PLC adalah sebagai berikut : 1. Processor Prosesor adalah bagian yang mengontrol supaya informasi tetap jalan dari bagian yang satu ke bagian yang lain, bagian ini berisi rangkaian clock, sehingga masing-masing transfer informasi ke tempat lain tepat sampai pada waktunya 2. Memory System Sistem memori PLC dibagi berdasarkan tugas yang diberikan: a. Executive Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan kumpulan program secara permanen yang merupakan instruksi software, yaitu relay instruction, block transfer, dan math instruction. Lokasi memori ini tidak tersedia bagi pemakai tetapi memori ini yang menjalankan sistem. b. Application Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan kumpulan user program (program pemakai), yaitu area yang menyimpan ladder diagrams, timers, dan data-data yang telah terkumpul.


15

3. Power Supply Power supply mengubah suplai masukan listrik menjadi suplai listrik yang sesuai dengan CPU dan seluruh bagian kontroler. 4. Sistem Input Output Input merupakan bagian yang menerima sinyal elektrik dari sensor atau komponen lain dan sinyal itu dialirkan ke PLC untuk diproses. Ada banyak jenis modul input yang dapat dipilih dan jenisnya tergantung dari input yang akan digunakan. Jika input adalah switches dan pushbutton dapat dipilih modul input digital. Modul input analog adalah kartu input khusus yang menggunakan ADC (Analog to Digital Conversion) dimana modul ini digunakan untuk input yang berupa variable seperti temperature, kecepatan, tekanan dan posisi. Pada umumnya ada 4-32 input point setiap modul inputnya. Setiap point akan ditandai sebagai alamat yang unik oleh prosesor. Output adalah bagian PLC yang menyalurkan sinyal elektrik hasil pemrosesan PLC ke peralatan output. Besaran informasi / sinyal elektrik itu dinyatakan dengan tegangan listrik antara 5 – 15 volt DC dengan informasi diluar sistem tegangan yang bervariasi antara 24 – 240 volt DC mapun AC. Kartu output biasanya mempunyai 6-32 output point dalam sebuah single module. Kartu output analog adalah tipe khusus dari modul output yang menggunakan DAC (Digital to Analog Conversion). Modul output analog dapat mengambil nilai dalam 12/13 bit dan mengubahnya ke dalam sinyal analog. Biasanya sinyal ini 0-10 volt DC atau 4-20 mA. Sinyal analog biasanya digunakan pada peralatan seperti motor yang mengoperasikan katup dan pneumatic position control devices.


16

2.2.2 Konsep Pemrograman PLC Konsep dalam pemrograman PLC menggunakan cara berpikir logika digital (benar/salah, 1/0). Program berdasar pada hubungan / fungsi antara input dan output dengan proses eksekusinya adalah sekuensial (proses scanning). Pengalamatan I/O dan memori adalah aspek penting dalam pembuatan program. Dalam pemrogramman PLC dikenal beberapa bahasa, yaitu : Ladder Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), Structure Text (ST), Instruction List (IL) / Statement List (SL). 1. Ladder Diagram (Diagram Tangga) Ladder diagram adalah bahasa pemrograman yang yang dibuat dari persamaan fungsi logika dan fungsi-fungsi lain berupa pemrosesan data atau fungsi waktu dan pencacahan. Ladder diagram terdiri dari susunan kontak-kontak dalam satu grup perintah secara horizontal dari kiri ke kanan, dan terdiri dari banyak grup perintah secara vertikal. Contoh dari Ladder Diagram ini adalah : kontak normaly open, kontak normaly close, output coil, dan pemindahan data. Garis vertikal paling kiri dan paling kanan diasumsikan sebagai fungsi tegangan, bila fungsi dari group perintah menghubungkan dua garis vertikal tersebut maka rangkaian perintah akan bekerja


17

Gambar 2.7 Contoh bahasa program PLC ladder diagram. 2. Function Block Diagram (FB/FBD) Function block diagram adalah suatu fungsi - fungsi logika yang disederhanakan dalam gambar blok dan dapat dihubungkan dalam suatu fungsi atau digabungkan dengan fungsi blok lain.

Gambar 2.8 Contoh bahasa program PLC function block diagram.


18

3. Statement List (STL) Statement list adalah bahasa program jenis tingkat rendah. Intruksi yang dibuat berupa susunan sederhana menuju ke operand yang berupa alamat atau register. Berikut ini contoh Statement List.

Gambar 2.9 Contoh bahasa program PLC statement list (STL). 4. Structured Text (ST) atau Structure Language (SCL) Teks terstruktur merupakan bahasa tingkat tinggi yang dapat memproses system logika ataupun alogaritma dan memungkinkan pemrosesan system lain. Perintah

umumnya

menggunakan

IF…THEN…ELSE,

WHILE…DO,

REPEAT…UNTIL dan lain - lain. Berikut adalah contoh Text testruktur (ST).

Gambar 2.10 Contoh bahasa program PLC Structure Language (SCL).


19

5. Sequential Function Chart (SFC) atau GRAPH Sequential Function Chart merupakan bahasa program yang dibuat dan disimpan dalam chart. Bagian-bagian chart memiliki fungsi urutan langkah, transisi dan percabangan. Tiap step memiliki status proses dan bisa terdiri dari struktur yang berurutan.

Gambar 2.11 Contoh bahasa program PLC Sequential Function Chart (SFC).


20

2.2.3 Data PLC Karena dibangun oleh microprosessor maka format data yang diolah dari I/O adalah sebagai berikut. 1. Boolean merupakan 1 bit informasi data. Bolean digunakan pada perintah – perintah logic. Bit adalah lokasi di memori yang hanya dapat bernilai benar atau salah (logika 1 atau 0). Ada beberapa jenis bit yang dikenal pada programmable controller, seperti input bit, output bit dan internal bit. 2. Byte adalah format integer 8 bit data ( 128 ). 3. Word adalah format integer 16 bit data ( 327648 ) yang tersusun dari 2 data byte. 4. Double word adalah format integer 32 bit yang tersusun dari 4 data byte atau 2 data word. 5. Long (64 bit) adalah format integer 64 bit yang tersusun dari 8 data byte atau 4 data word atau 2 data double word. 6. Real atau floating point berupa 32 bit data yang terdiri dari mantisa dan eksponen dengan rumus umum = (tanda) x (1, mantissa) x ( 2 eksponen – 127 ). Tanda adalah nilai bit terakhir, bila high maka bilangan negative. 7. BCD adalah bilangan biner yang mengkodekan desimal yang paling sedikit 4 bit data dalam suatu bilangan integer yaitu 0000 (0 ) ~ 1001 (9). 8. ASCII (7 bit dengan parity) digunakan untuk menampilkan alphanumeric dengan kode 7 bit dengan signifikan paling tinggi sebagai penyimpan parity.


21

2.2.4 Perkembangan PLC Seiring terus berkembangnya teknologi dan tuntutan pengintegrasian PLC dengan peralatan kontrol dan manajemen industri. PLC dituntut untuk terus berkembang sehingga dapat terhubung pada sistem jaringan melalui computerintegrated

manufacturing

(CIM)

sistem,

mengkombinasikannya

dengan

Sophisticated Control (kontrol canggih) seperti kontrol PID, kontrol numerik, robot, sistem CAD/CAM, personal computer, sistem informasi manajemen, hierarchical computer based systems. Untuk memenuhi tantangan tersebut, para vendor produsen PLC terus mengembangkan produk PLC-nya. Salah satunya adalah produk PLC S7-1200 dari vendor Siemens. PLC S7-1200 dilengkapi dengan port PROFINET (RJ45) untuk komunikasi melalui jaringan PROFINET. PROFINET sendiri adalah sistem komunikasi industrial yang berbasis TCP/IP. Dengan adanya port PROFINET ini memungkinkan PLC untuk berkomunikasi dengan devais lain seperti PLC lain, PC, HMI, Drive dan lain - lain. Disamping itu, selain untuk memproses program boolean, fungsi pewaktu (timer) dan fungsi penghitung (counter) seperti fungsi PLC pada umumnya, PLC S7-1200 juga mendukung berbagai macam aplikasi seperti proses aritmatika kompleks, webserver, PID dan motion control.


22

2.2.4.1

Aplikasi PLC Web Server Aplikasi

PLC

web

server

yang

tertanam

pada

PLC

S7-1200

memungkinkan untuk dapat mengakses data – data CPU PLC melalui web browser. Dengan menggunakan web browser pada PC ataupun mobile device seperti smartphone dapat dilakukan fungsi – fungsi sebagai berikut. 1. Mengubah mode operasi CPU PLC (Stop dan Run). 2. Monitoring dan memodifikasi PLC tag dan Data blok tag yang merupakan representasi dari data – data plant produksi. 3. Melihat dan mengunduh data log. 4. Melihat diagnostic buffer CPU PLC. 5. Memperbarui firmware CPU PLC. Page HTML dapat dibuat menggunakan software HTML editor untuk kemudian dapat digunakan pada user-defined web server. Dalam pemrogramman HTML harus dipastikan bahwa program yang dibuat sesuai dengan standar HTML dari W3C (World Wide Web Consortium). Dapat pula digunakan software yang memungkinkan design WYSIWYG atau tata letak design. Selain HTML, CSS dan Javascript juga dapat digunakan dalam pemrogramman web untuk diaplikasikan pada PLC web server. Berikut adalah penjelasan mengenai HTML, CSS dan JavaScript. 1. HTML (Hypertext Markup Language) HTML adalah bahasa text-based markup yang digunakan untuk penataan headers, teks, lists, tabel dan gambar. Sebuah dokumen HTML terdiri dari tiga bidang:


23



Deklarasi jenis dokumen (DOCTYPE) pada awal file yang menyatakan definisi tipe dokumen (DTD) yang digunakan, misalnya HTML 4.01 Transisi.



Headers HTML untuk informasi yang tidak akan ditampilkan di layar daerah web browser.



Body HTML untuk informasi yang ditampilkan dalam web browser.

2. CSS (Cascading Style Sheets) CSS adalah format bahasa untuk elemen - elemen HTML. Dengan bantuan style sheet elemen - elemen HTML seperti font, ukuran font, warna, border, dan lain - lain dapat diatur. Format struktur CSS adalah : {Property : Value}. Ada beberapa cara untuk mengintegrasikan style sheet ke dalam file HTML: 

Dalam sebuah elemen HTML



Antara <script> dan tag, dan



Dalam file CSS eksternal

3. JavaScript adalah bahasa pemrograman sendiri dan diciptakan untuk tujuan mengoptimalkan halaman HTML. JavaScript adalah bahasa pemrograman sisi klien, yang berarti bahwa program JavaScript yang dijalankan di web browser dan ditafsirkan oleh web browser saat runtime.

JavaScript

harus

melengkapi

menggantinya.


HTML,

tidak

untuk

24

Ada beberapa cara untuk mengintegrasikan JavaScript commands dalam sebuah file HTML: 

Antara <script> dan tag



Sebagai referensi



Sebagai parameter dari suatu tag HTML



Dalam file JS eksternal

Selain itu, perlu ditambahkan program / kode syntax khusus “AWP Command” pada web page yang dibuat untuk berkomunikasi langsung dengan CPU PLC.

Gambar 2.12 Mekanisme pembuatan dan pengaksesan user-defined web pages PLC web server S7-1200.


25

2.2.4.2 Kontrol PID Digital Pada PLC Dewasa ini hampir dapat dipastikan modul kontrol PID yang terinstal di industri atau modul komersil yang beredar di pasaran telah didominasi oleh modul digital dengan basis sistem microprocessor. Dibandingkan modul analog, modul PID digital ini memiliki beberapa kelebihan, diantaranya yaitu: 

Dapat diintegrasikan secara mudah dengan sistem lain membentuk sebuah jaringan kontrol



Banyak fungsi dan fitur tambahan yang tidak dapat ditemukan dalam modul PID analog

Gambar 2.13 Diagram blok modul PID Digital. Dalam bentuk diagram blok, kontrol PID dalam modul digital ini dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 2.13. Karena proses yang dikontrolnya itu sendiri bersifat kontiniu atau analog, maka di dalam modul diperlukan perangkat keras tambahan berupa ADC (Analog to Digital Converter) dan DAC (Digital to Analog Converter) yang digunakan sebagai antara muka controller digital dengan proses. Berbeda dengan kontrol PID analog yang pengolahannya bersifat kontiniu, Di dalam sistem microprocessor, pengolahan sinyal kontrol oleh PID digital pada dasarnya dilakukan pada waktu-waktu diskret. Dalam hal ini konversi sinyal dari analog ke digital, pengolahan sinyal error, sampai konversi balik digital ke analog


26

dilakukan pada interval atau waktu cuplik (sampling) – Tc tertentu. Lebar waktu cuplik yang dipilih/digunakan pada kontrol digital harus jauh lebih kecil dari konstanta waktu proses yang dikontrol, hal ini dimaksudkan untuk meminimalkan hilangnya sebagian informasi yang dikandung oleh sinyal aslinya (sinyal analog). Tabel 2.1 berikut memperlihatkan waktu cuplik yang umum digunakan untuk pengontrolan beberapa jenis variabel proses Tabel 2.1 Lebar waktu cuplik yang umum digunakan untuk beberapa jenis variabel proses

Salah satu penggunaan kontrol PID pada sistem microprosesor adalah dalam bentuk modul independen pada sistem PLC. Berikut contoh function block diagram PID pada PLC Siemens S7-1200.

Gambar 2.14 Function block diagram PID pada PLC Siemens S7-1200.


27

Instruksi PID pada PLC menyediakan kontrol PID dengan tuning terintegrasi untuk mode otomatis dan manual. Algoritma

function

blok

PID_Compact

yang

digunakan

dalam

penghitungan mengikuti persamaan sebagai berikut.

....……… (2.1) Dimana : y

: Output value

w

: Setpoint value

Kp

: Proportional gain (P component)

TI

: Integral action time (I component)

TD

: Derivative action time (D componen)

x

: Process value

s

: Laplace operator

a

: Derivative delay coefficient (D component)

b

: Proportional action weighting (P component)

c

: Derivative action weighting (D component)


28

Gambar 2.15 menunjukan hubungan dari parameter-parameter function block PID.

Gambar 2.15 Hubungan parameter - parameter Function block diagram PID pada PLC Siemens S7-1200.

Kontrol Logic dari function Block diatas adalah sebagai berikut.

Peningkatan nilai output umumnya dimaksudkan untuk menyebabkan peningkatan nilai proses. Hal ini disebut sebagai logika kontrol normal. Untuk pendinginan dan kontrol debit sistem , mungkin perlu untuk membalikkan logika kontrol. Tetapi, Function block PID tidak bekerja dengan gain proporsional negative, oleh sebab itu sudah disediakan suatu parameter untuk membalikkan logika kontrol dari Function block PID yaitu parameter InvertControl, jika


29

parameter ini diberikan nilai 1 (InvertControl = TRUE), maka ketika deviasi kontrol meningkat akan menyebabkan penurunan nilai output. Untuk membuat program PID pada PLC maka ada beberapa parameter yang harus diisi dibagian parameter masukan dan untuk hasil dan status dari proses pengontrolan PID dapat dilihat dari parameter-parameter keluaran blok. Tabel 2.2 Parameter masukan Function block diagram PID pada PLC Siemens S7-1200. Parameter

Data Type

Default

Descriptions

Setpoint

REAL

0.0

Setpoint of the PID Controller in Automatic mode.

Input

REAL

0.0

A variable of the user program is used as source for the process value.

If you are using parameter input, then sPid_Cmpt.b_Input_PER_On = FALSE must be set Input_PER

WORD

W#16#0

Analog input as the source of the process value

If you are using parameter Input_PER, then sPid_Cmpt.b_Input_PER_On = TRUE must be set. Manual_Enable

BOOL

FALSE



A FALSE -> TRUE edge selects "Manual mode", while State = 4, sRet.i_Mode remains unchanged.


30



A TRUE -> FALSE edge selects the most recently active operating mode, State =sRet.i_Mode

A change of sRet.i_Mode will not take effect during ManualEnable = TRUE. The change of sRet.i_Mode will only be considered upon a TRUE -> FALSE edge at ManualEnable .

PID_Compact V1.2 und PID_Compact V1.0 If at start of the CPU ManualEnable = TRUE, PID_Compact starts in manual mode. A rising edge (FALSE > TRUE) at ManualEnable is not necessary.

PID_Compact V1.1 At the start of the CPU, PID_Compact only switches to manual mode with a rising edge (FALSE->TRUE) at ManualEnable . Without rising edge, PID_Compact starts in the last operating mode in which ManualEnable was FALSE. Manual_Value

REAL

0.0

Manual value


31

This value is used as the output value in manual mode Reset

BOOL

FALSE

The Reset parameter restart the controller.


32

Tabel 2.3 Parameter keluaran Function block diagram PID pada PLC Siemens S7-1200. Parameter

Data Type

Default

Descriptions

ScaledInput

REAL

0.0

Output of the scaled process value

Output

REAL

0.0

Output value in REAL format

Output_PER

WORD

W#16#0

Analog output value

Output_PWM

BOOL

FALSE

Pulse-width-modulated output value The output value is formed by minimum On and Off times.

SetpointLimit_H BOOL

FALSE

If SetpointLimit_H = TRUE, the setpoint absolute high limit is reached. The setpoint in the CPU is limited to the configured setpoint absolute high limit. The configured process value absolute high limit is the default for the setpoint high limit. If you set sPid_Cmpt.r_Sp_Hlm to a value within the process value limits, this value is used as the setpoint high limit.

SetpointLimit_L

BOOL

FALSE

If SetpointLimit_L = TRUE, the setpoint absolute low limit has been reached. In the CPU, the setpoint is limited to the configured setpoint absolute low limit. The configured process value absolute low limit is the default setting for the setpoint


33

low limit. If you set sPid_Cmpt.r_Sp_Llm to a value within the process value limits, this value is used as the setpoint low limit. InputWarning_H BOOL

FALSE

If InputWarning_H = TRUE, the process value has reached or exceeded the warning high limit.

InputWarning_L

BOOL

FALSE

If InputWarning_L = TRUE, the process value has reached or fallen below the warning low limit.

State

INT

0

The State parameter shows the current operating mode of the PID controller. To change the operating mode, use variable sRet.i_Mode.

Error

DWORD

W#16#0



State = 0: Inactive



State = 1: pretuning



State = 2: fine tuning



State = 3: Automatic mode



State = 4: Manual mode

The Error parameter indicates the error messages. Error = 0000: No error pending.


34

2.3

Pengolahan Batubara Sebelum memasuki proses pengolahan terlebih dahulu truck hauling

memasuki jembatan penimbangan untuk mengetahui dan menghitung tonase batubara yang diangkut dari front penambangan. Pengolahan Batubara dimulai dengan proses peremukan batubara (coal crushing). Proses peremukan batubara diawali dengan pencurahan batubara hasil penambangan ke dalam hopper. Batubara yang berada dalam hopper akan diumpankan oleh alat pengumpan (feeder) menuju alat peremukan (crusher). Batubara yang telah direduksi ukurannya, kemudian dialirkan dengan stacking conveyor menuju stockpile. Setelah itu, tahap selanjutnya adalah proses pengapalan. Produk batubara yang telah diremukkan kemudian diangkut ke pelabuhan (port) menggunakan dump truck dan selanjutnya dipindahkan ke kapal tongkang menggunakan barge loading conveyor.

2.3.1 Peralatan pada Unit Peremuk (Coal Crushing Plant) Unit peremuk terdiri dari hopper, feeder dan belt conveyor 2.3.1.1 Hopper Hopper merupakan salah satu alat bantu dari unit peremuk yang berfungsi sebagai tempat penampungan sementara dari material umpan batuan, selanjutnya material tersebut diumpankan ke alat peremuk oleh alat pengumpan feeder. Hopper ini terbuat dari beton yang dilapisi oleh lembaran baja pada dindingdindingnya dengan tujuan agar terhindar dari keausan akibat gesekan dan benturan dinding dengan material.


35

Kapasitas hopper dihitung dengan rumus berdasarkan volume trapesium yang terpancung, yaitu : ................................. (2.2)

Setelah volume hopper diketahui, maka kapasitas hopper tersebut adalah : ....................................................................................... (2.3) Dimana : K = Kapasitas Hopper (ton) Vh = Volume Hopper (m³) Bi = Bobot isi material berai (ton/ m³)

2.3.1.2 Pengumpan (Feeder) Feeder adalah alat pengumpan material dari hopper ataupun dari ROM ke unit peremuk atau ke atas belt conveyor dengan kecepatan konstan. Penggunaan alat pengumpan bertujuan agar proses pengumpanan dari hopper menuju ke alat peremuk dapat berlangsung dengan laju yang konstan, tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil, sehingga dapat mencegah terjadinya penumpukan batubara atau tidak ada umpan di dalam hopper ataupun pada alat peremuk.


36

2.3.1.2.1 Jenis - Jenis Pengumpan (Feeder) Jenis - jenis feeder yang sering digunakan dalam industri pertambangan batubara antara lain : 1. Apron Feeder, pengumpan yang berupa lembaran baja, masingmasing dihubungkan oleh roller chain (rantai berputar), feeder ini dirancang untuk memindahkan material yang berat dan besar dari hooper menuju ban berjalan atau ke unit peremuk. 2. Vibrating Feeder, merupakan tipe pengumpan yang didesain untuk memisahkan batubara dari debu-debu halus hasil penambangan. Pengumpan tipe ini terdiri dari lembaran baja bergelombang dengan jarak tertentu, cara kerjanya adalah berdasarkan getaran yang ditimbulkan oleh motor penggerak. 3. Belt Feeder,merupakan pengumpan yang terdiri dari belt (sabuk) karet yang dihubungkan dengan pulley seperti pada belt conveyor. 4. Reciprocating Feeder, merupakan tipe pengumpan yang cara kerjanya adalah mendorong material yang ada di dalam hopper dengan kecepatan teratur, pengumpan tipe ini terdiri dari alat pendorong yang terletak pada rel (jalur) yang dapat bergerak maju mundur secara teratur. Pengumpan ini biasanya dipakai pada alat peremuk sekunder. 5. Chain Curtain Feeder/Ross Feeder adalah pengumpan yang menggunakan rantai yang menjulur di bawah hopper yang ditahan oleh lembaran baja, fungsinya adalah mengontrol pengumpanan pada alat peremuk primer dengan efek berat dari rantai tersebut.


37

6. Grizzly Feeder, pengumpan yang dirancang untuk memindahkan material yang cara kerjanya lebih selektif, dimana material yang lolos (undersize) langsung masuk ban berjalan sedangkan yang tidak lolos (oversize) akan masuk ke alat peremuk. 7. Chain and Flight Feeder, adalah pengumpan yang terdiri dari rangkaian flight (batangan baja) dengan ketebalan tertentu dan jarak tertentu yang berfungsi sebagai pendorong material menuju alat peremuk. Flight (batangan baja) tersebut dihubungkan dengan rangkaian rantai (chain) serta lantai yang berupa lembaran baja sebagai penahan material (plate).

2.3.1.2.2 Perhitungan Kapasitas Teoritis Pengumpan (Feeder) Kapasitas menggunakan

teoritis

persamaan

pengumpan CEMA

(feeder)

(Conveyor

dapat

dihitung

Equipment

dengan

Manufactures

Association), Belt Conveyor For Bulk Materials, second edition 1979 ) sebagai berikut : Q

= V x T x L x d x 60 .................................................................. (2.4)

Dimana : K = Kapasitas Hopper (ton) Q = Kapasitas feeder, (ton/jam) V = Kecepatan angkut feeder, (m/menit) T = Tinggi tumpukan material di atas feeder, (m) L = Lebar feeder, (m)


38

d = Densitas lepas material, (ton/ m³) 2.3.1.3 Alat Peremuk (Crusher) Pada unit peremuk batubara jenis alat peremuk yang biasa digunakan antara lain : Rotary Breaker, Roll Crusher, Hammer Mill atau Impact Breaker (Mc.Nally,1979). 1. Rotary Breaker adalah tabung yang dilengkapi dengan lubanglubang dengan ukuran tertentu yang sekaligus berfungsi sebagai screen, digerakkan oleh suatu motor penggerak, biasanya mempunyai

kecepatan

rendah.

Cara

kerja

rotary breaker adalah perputaran rotary breker itu memberikan efek benturan pada material yang berada di dalamnya (baik dengan dinding rotary breaker maupun dengan material itu sendiri). Batubara yang telah hancur akan lolos pada lubang-lubang screen tersebut sedangkan batubara yang tidak lolos akan mengalami proses penghancuran kembali. Pengumpanan dilakukan dengan memasukkan material batubara dari satu sisi tabung. 2. Roll Crusher/Roll Breaker adalah roll (tabung) yang pada peremukannya memiliki gigi runcing (pick breaker). Cara kerjanya adalah kombinasi antara tekanan (compression) dan membelah (shear). Sledging rolls dapat berupa single atau double roll crusher. Tipe roll crusher ini terdiri dari roll (tabung) yang dilengkapi pick breaker, yang dihubungkan dengan fly wheel yang terhubung dengan mesin penggerak. Roll crusher mampu


39

menangani umpan batubara hasil tambang dan mereduksinya sampai berukuran 2 inchi. 3. Double roll crusher, permukaan dari roll (tabung) berupa permukaan berpola/bertekstur (pattern surface) atau permukaan bergigi (toothed) untuk batubara. Alat ini terdiri dari dua buah silinder dan masing-masing dihubungkan pada as (poros) sendirisendiri. 4. Hammer Mill/Impact Breaker adalah alat peremuk yang berupa rotor yang dilengkapi hammer. Cara kerjanya adalah umpan yang masuk mengalami putaran yang dilakukan rotor dan hammer dan sebagai media penghancurnya adalah breaker plate. Batubara yang telah terhancurkan akan melewati grade bar (batangan baja yang berfungsi sebagai screen) sebagai produk sedangkan yang tidak lolos akan kembali mengalami proses penghancuran.

2.3.1.4 Sabuk Berjalan (Belt Conveyor) Sabuk berjalan (belt conveyor) adalah suatu alat angkut material yang berupa karet dan dapat bekerja secara kesinambungan pada kemiringan tertentu maupun mendatar (CEMA, CBI Publishing Co.Inc, Second Edition, 1979). Sabuk dibuat dengan menyatukan beberapa jenis anyaman kapas, atau nilon, rayon, dan kabel baja, menjadi kontruksi tulangan yang memberikan kekuatan untuk menahan tarikan dalam sabuk. Lapisan itu ditutup dengan perekat yang terbuat dari karet yang kemudian menggabungkannya menjadi struktur yang menyatu (Peurifoy, 1988). Sabuk berjalan digerakkan oleh motor penggerak yang


40

dipasang pada head pulley. Sabuk akan kembali ke tempat semula karena dibelokkan oleh pulley awal dan pulley akhir. Material yang didistribusikan melalui pengumpan akan dibawa oleh sabuk berjalan dan berakhir pada head pulley. Pada saat proses kerja di unit peremuk dimulai, sabuk berjalan harus bergerak terlebih dahulu sebelum alat peremuk bekerja. Hal ini bertujuan mencegah terjadinya kelebihan muatan pada sabuk. Pemakaian sabuk berjalan dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : sifat fisik, keadaan material, jarak pengangkutan, dan produksi. a. Sifat Fisik dan Kondisi Material Batuan Kemampuan sabuk berjalan dalam mengangkut material sangat berhubungan dengan material yang diangkutnya. Kondisi material tersebut antara lain : 

Ukuran dan bentuk material Sabuk berjalan dapat digunakan untuk mengangkut material yang mempunyai ukuran tidak terlalu besar. Hal ini disesuaikan dengan bentuk sabuk berjalan yang mempunyai penampang melintang yang kecil. Ukuran material yang kecil akan memudahkan dalam pengangkutan dan tidak mudah tumpah keluar dari sabuk. Agar memenuhi persyaratan tersebut maka material hasil penambangan perlu diperkecil ukurannya.



Kandungan air Kandungan air pada material dapat mempengaruhi kondisi sabuk berjalan. Material dengan kandungan air tinggi tidak dapat diangkut dengan sabuk berjalan yang memiliki kemiringan besar. Sebaliknya bila kandungan air terlalu sedikit, maka material yang terlalu kecil akan beterbangan. Agar kandungan air tetap tidak bertambah yang diakibatkan


41

oleh adanya air hujan, maka sabuk berjalan harus dilengkapi dengan penutup, sehingga dengan demikian kandungan air tetap. 

Komposisi material Material yang berada di kuari tidak hanya berupa material saja, tetapi juga tersisipi oleh tanah (soil). Pada saat kandungan air pada material besar, tanah akan menjadi lengket. Apabila kondisi demikian maka dapat menyebabkan material lengket atau menempel pada return idler, sehingga jalannya sabuk akan bergelombang dan daya motor akan semakin bertambah besar.

b. Keadaan Topografi Kondisi lapangan dapat mempengaruhi penggunaan sabuk berjalan. Daerah dengan karakteristik berbukit-bukit dimana kemiringan pada daerah tersebut cukup besar, maka dibandingkan dengan penggunaan lori atau truck dalam mengangkut material, sabuk berjalan lebih memungkinkan untuk digunakan karena dalam mengatasi kemiringan kemampuan sabuk berjalan lebih besar, yaitu dapat mencapai 30% - 35%. Hal ini dapat digunakan sebagai alternatif dalam pemilihan suatu alat angkut. c. Jarak Pengangkutan Sabuk berjalan dapat digunakan untuk mengangkut material jarak dekat maupun jarak jauh. Untuk pengangkutan jarak jauh sabuk berjalan dibuat dalam beberapa unit. Hasil kerja pengangkutan material dengan sabuk berjalan berlangsung berkesinambungan, sehingga dengan demikian dapat menghasilkan produksi sabuk berjalan yang besar, tetapi jika pada suatu saat sabuk berjalan mengalami kerusakan, maka produksi akan menjadi sangat menurun atau bahkan tidak bisa


42

berproduksi sama sekali. Dengan demikian pertimbangan terhadap kemungkinan ini perlu dilakukan dalam penggunaan sabuk berjalan. 2.3.1.4.1 Bagian-bagian Sabuk Berjalan (Belt Conveyor) Sabuk berjalan terdiri dari ban yang menggelindingi roda gerak awal dan roda gerak ujung yang menghampar di atas roll. Bagian-bagian terpenting dari sabuk berjalan dapat dibagi kedalam dua kelompok bagian, yaitu: a. Bagian-bagian yang bergerak 1. Pulley adalah suatu roll atau silinder yang berputar pada sumbunya dan terletak pada ujung dari rangka sabuk berjalan. 2. Sabuk atau ban, berfungsi untuk membawa material yang diangkut dari suatu tempat ke tempat lain. Sabuk tersebut terbuat dari campuran karet dan beberapa lapis tenunan benang kapas (ply). 3. Motor Penggerak (Drive Unit), berfungsi untuk menggerakkan drive pulley dan biasanya dilengkapi dengan sistem perpindahan roda gigi. 4. Idler, berfungsi untuk menahan dan menyangga sabuk. Pemilihan terhadap diameter, ukuran bearing dan shaft mendasarkan pada : perawatan, kondisi operasi, muatan , serta kecepatan ban.

b. Bagian-bagian Yang Tetap 1. Kerangka (frame), berfungsi untuk menyangga rangkaian sabuk sehingga muatan dapat diangkut dengan aman.


43

2. Penegang (Take-Up), berfungsi untuk membentuk sabuk sehingga muatan diatas idler dapat berjalan dengan baik serta untuk menghindari terjadinya selip antara ban dengan pulley penggerak. 3. Centering device, berfungsi untuk mencegah agar sbuk tidak meleset dari roller sehingga sabuk tetap berjalan pada alur alur dengan baik. 4. Loading Skirt, digunakan untuk mencegah muatan jangan sampai tercecer pada loading point. 5. Belt Cleaner atau Scraper, digunakan

untuk membersihkan

material lengket yang menempel pada sabuk dan dipasangkan pada permukaan sabuk setelah head pulley. 6. Chute

atau

Corong,

adalah

alat

yang

digunakan

menumpahkan material dan mengarahkan ke tempat tertentu.

Gambar 2.16 Bagian – bagian Belt Conveyor.


untuk

44

2.3.1.4.2 Kapasitas Produksi Teoritis Sabuk Berjalan (Belt Conveyor) Kapasitas teoritis sabuk berjalan sangat dipengaruhi oleh luas penampang melintang material yang terangkut sabuk berajalan, kecepatan sabuk berjalan, dan bobot isi material yang terangkut.Luas penampang melintang akan tergantung pada lebar sabuk, dalamnya cekungan sabuk, sudut lereng alam (angle of repose) material terangkut dan sejauh mana sabuk itu mampu dimuati sampai batas kemampuannya, sedangkan sudut lereng alami material diatas sabuk berjalan dipengaruhi oleh jenis dan kondisi material yang diangkut. Dengan mengetahui luas penampang melintang muatan di atas sabuk berjalan maka kapasitas teoritis dari sabuk berjalan dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : ........................................................................... (2.5) Dimana : A = luas penampang melintang muatan di atas sabuk berjalan (m3) K = koefisien dari luas penampang melintang muatan di atas sabuk berjalan, dimana harganya tergantung dari harga trrough of angle () dan harga angle of repose (). B = Lebar sabuk berjalan (m) Harga koefisien luas penampang (K) melintang pada sabuk berjalan dapat dilihat dalam tabel 2.4.


45

2.3.1.4.3 Kapasitas Produksi Nyata Sabuk Berjalan (Belt Conveyor) Rumus umum yang digunakan dalam menghitung kapasitas produksi nyata adalah: ................................................................................ (2.6) Dimana : P = Produksi nyata sabuk berjalan (ton/jam) V = Kecepatan sabuk berjalan (m/menit) G = Berat material conto (kg) L = Panjang pengambilan conto pada sabuk (m)


46

Tabel 2.4 Luas penampang melintang material pada sabuk berjalan


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents