HMI TESIS

RANCANG BANGUN MOTORIZED VALVE TERKONTROL SECARA DIGITAL BERBASIS PLC DAN PEMONITORAN PERFORMANYA DENGAN SISTEM SCADA/HMI

TESIS

S M.Yunan 0806421470

UNIVERSITAS INDONESIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM MAGISTER FISIKA DEPOK DESEMBER 2010

Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.


TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Fisika

S M.Yunan 0806421470

UNIVERSITAS INDONESIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM MAGISTER FISIKA DEPOK DESEMBER 2010



TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Bidang Ilmu kontrol dan instrumentasi

S M.Yunan 08 06 42 14 70

UNIVERSITAS INDONESIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM MAGISTER FISIKA KEKHUSUSAN KONTROL DAN INSTRUMENTASI

DEPOK DESEMBER 2010


HALAMAN PENGESAHAN

Tesis ini diajukan oleh Nama NPM Program Studi Judul tesis

: : S M.Yunan : 0806421470 : Fisika Instrumentasi : Rancang bangun motorized valve terkontrol secara digital berbasis PLC dan pemonitoran performanya dengan sistem SCADA/HMI.

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister pada Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : DR. Santoso Soekirno 196104041986031002

(..……………………….)

Penguji

: DR. Tony Mulia

(.…………….………….)

Penguji

: DR. Prawito

(.……………………….)

Penguji

: DR. Achmad Tossin Alamsyah 196108151986031001

(.…………….………….)

Ditetapkan di : Depok Tanggal : 15 Desember 2010

iii Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.

Universitas Indonesia

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Tesis ini adalah hasil karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: S M . Yunan

NPM

: 08 06 42 14 70

Tanda Tangan

:

Tanggal

: 15 Desember 2010

ii Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama

: S M.Yunan

NPM

: 0806421470

Program Studi : Fisika Instrumentasi Departemen

: Fisika

Fakultas

: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Jenis karya

: Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : Rancang bangun motorized valve yang terkontrol secara digital berbasis PLC dan pemonitoran performanya dengan sistem SCADA/HMI beserta perangkat yang ada ( jika diperlukan ). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data ( database ), merawat, dan

memublikasikan tugas akhir saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis / pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok Pada tanggal : 15 Desember 2010 Yang menyatakan,

( S.M.Yunan )

v Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.


KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji dan syukur ke hadirat Allah SWT, karena atas berkat dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan laporan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister pada Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia . Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada: (1) Dr. Santoso Soekirno, selaku pembimbing, yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan tesis ini; (2) Pimpinan serta rekan-rekan kerja di Politeknik Negeri Jakarta yang telah banyak membantu dalam usaha memperoleh data yang saya perlukan; (3) Teman-teman FIS-INS GROUP 2008 yang telah banyak mendukung dan memberi semangat; (4) Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dan dukungan baik secara moril maupun material. Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa, Allah SWT. berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu dan aplikasinya.

Depok, Desember 2010 Penulis

iv Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.

ABSTRAK

Nama : S M .Yunan Program Studi : Fisika Instrumentasi Judul : Rancang bangun motorized valve yang terkontrol secara digital berbasis PLC dan pemonitoran performanya dengan sistem SCADA/HMI.

Pada kontrol proses industri, seperti kontrol proses industri kimia, kontrol proses pengolahan air bersih dan air limbah industri dan lainnya, kontrol merupakan salah satu peralatan yang penting. Kontrol valve perannya menjadi lebih penting lagi bila suatu kontrol proses dijalankan secara otomatis penuh, dimana valve tersebut dirancang sedemikian rupa agar dapat merespon kondisi masukan yang berupa sinyal analog 0 – 10 V atau 4 – 20 mA. Kontrol valve merupakan suatu peralatan yang dirancang khusus untuk tujuan tertentu pada kontrol proses, sehingga valve seperti itu mempunyai nilai jual yang cukup tinggi, serta memerlukan perawatan yang cukup intens, sehingga diperlukan biaya investasi dan biaya perawatan yang tidak sedikit. Sebagai alternatip dari penggunaan valve diatas serta untuk mengefisienkan penggunaan biaya investasi dan perawatan pada suatu kontrol proses industri dengan standar tertentu, pengendalian buka-tutup dapat dilakukan dengan menggunakan jenis valve mekanikal standar yang dimodifikasi menjadi motorized valve, dimana pengendalian bukaan valvenya dapat diatur dengan tingkat ketelitian yang tidak jauh berbeda dengan kontrol valve. Motorized valve tersebut dimodifikasi sedemikian rupa dan dilengkapi dengan perangkat kontrol posisi yang berupa rotary encoder, dan selanjutnya dihubungkan dengan peralatan pengendali terprogram (PLC) dan kondisi bukaan valvenya dapat dikontrol, dimonitor serta diuji performanya melalui komputer menggunakan software SCADA/HMI.

Kata Kunci : Motorized Valve, Rotary Encoder, PLC, SCADA/HMI

vi

Software



ABSTRACT

Name Study Program Theme

: S M .Yunan : Instrumentation of physic : Design of Motorized Valve which is digitally controlled by PLC and monitoring it’s performance by SCADA/HMI System.

In Industrial process controll, such as chemical Industrial, Industrial waste and clean water treatment, demineralization boiler water etc, controlled valve is very important equipment. Controlled valve is to be more important when it used in process controll that operated fully otomatic, where that valve is designed to respon the analog input condition 0 – 10 V or 4 – 20 mA. Controlled valve is special designed equipment that is used in process controll, for the reason this valve is sold to be expensive, and need high cost maintenance, so that the cost of investment and maintenance is very high. As alternative used, controlled valve can be modifying from a manual valve which is designed to be a motorized valve with a certain industrial standard to reduce the investment and maintenance cost,and from that modification the motorized valve can be controlled in the precision level and not so different result than the analog controlled valve. The modification of motorized valve is controlled using the rotary encoder as positioner equipment, connected to programmable logic controller (PLC) and it’s performance can be controlled, monitored and tested via computer which is configured using SCADA/HMI software.

Keywords: Motorized Valve, Rotary Encoder, PLC, SCADA/HMI Software

vii



DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS HALAMAN PENGESAHAN KATA PENGANTAR LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR GRAFIK

i ii iii iv v vi viii x xiii xiv

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Batasan Masalah 1.5 Metodelogi Penelitian 1.6 Tempat dan Waktu Penelitian 1.7 Sistematika Penulisan

1 2 3 3 3 3 4 4

BAB 2 TEORI PENUNJANG 2.1 Rotary encoder 2.2 Motor DC dengan sistem transmisi gearbox 2.2.1 Prinsip kerja motor DC dan karakteristik dasar 2.2.2 Motor DC dihubungkan dengan Gearbox 2.3 Jenis-jenis Valve 2.3.1 Valve Kupu-kupu 2.3.2 Valve Gerbang 2.3.3 Valve Bola 2.3.4 Valve Globe 2.3.5 Hal-hal penting dalam pemilihan Valve 2.4 PLC (Programmable Logic Controller) 2.4.1 Definisi dan Fungsi 2.4.2. Prinsip Kerja 2.4.3 Terminologi 2.4.4 Hasil yang diperoleh dengan menggunakan PLC 2.4.5 Jenis-jenis proses produksi yang dapat dikontrol oleh PLC 2.4.6 Jenis/tipe/Merk PLC. 2.5 Software SCADA/HMI 2.5.1 Pengertian SCADA 2.5.2 SCADA Sebagai Sebuah Sistem 2.5.3 Hubungan Dengan Pengguna Sistem 2.5.4 Fungsi-fungsi Utama SCADA 2.5.5 Software SCADA

viii

6 7 8 8 12 13 14 14 14 15 15 18 18 20 21 22 23 23 24 24 25 25 26 26



BAB 3 RANCANG BANGUN MOTORIZED VALVE TERKONTROL SECARA DIGITAL 27 3.1. 3.2

3.3

3.4

3.5

Blok diagram hubungan antar perangkat pendukung sistem motorized valve dan Proses Plant Teknis rancang bangun digitally controlled valve (DC Valve) 3.2.1 Jenis dan fungsi komponen pendukung sistem DC valve 3.2.2 Konstruksi mekanis sistem DC Valve 3.2.3 Sistem Input dan Output untuk Pengontrolan DC Valve Aplikasi DC Valve pada Proses Plant 3.3.1 Blok diagram sistem proses plant. 3.3.2 Deskripsi kerja proses plant 3.3.3 Diagram Alir sistem kontrol proses plant Teknis instalasi proses plant dengan PLC 3.4.1 Instalasi sistem I/O PLC 3.4.2 Instalasi sistem I/O Proses Plant 3.4.3 Hubungan instalasi PLC dan Proses plant Teknis pemrograman dan sistem akusisi data

BAB 4. PEMROGRAMAN DAN PENGUJIAN 4.1 Teknis pemrograman PLC 4.1.1 Tabel I/O system kontrol 4.1.2 Metode perancangan program PLC 4.1.3 Teknis pembuatan ladder diagram PLC 4.2 Inisialisasi sistem SCADA/HMI 4.2.1 Teknis perancangan tampilan SCADA/HMI 4.2.2 Inisialisasi I/O PLC dan Proses plant dengan system SCADA/HMI 4.3 Metodelogi Pengujian dan Analisis data 4.3.1 Pengujian dan Analisis teknis operasi mekanisme DC valve 4.3.2 Pengujian dan Analisis kestabilan operasi mekanisme DC valve

29 30 30 36 38 43 46 47 52 56 57 58 59 60 61 62 63 64 70 72 76 84 89 90 93

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran

103 103 104

DAFTAR REFERENSI

105

LAMPIRAN

106

1. Spesifikasi Kontroller – PLC Master-K 2. Listing Program PLC – Ladder Diagram

ix



DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Perbandingan Beberapa Sistem Kontrol

23

Tabel 3.1 : Tabel Output PLC

57

Tabel 3.2 : Tabel Input PLC

57

Tabel 4.1 : Tabel I/O kontrol DC Valve

63

Tabel 4.2 : Tabel Input operasi kontrol proses plant dan valve

64

Tabel 4.3 : Tabel Input operasi kontrol proses plant dan valve

64

Tabel 4.4 : Tabel proses blok fungsi seleksi sistem operasi kontrol

70

Tabel 4.5 : Daftar Analog Tag

86

Tabel 4.6 : Daftar Digital Tag

87

Tabel 4.7 : Lamanya waktu DC valve buka – tutup penuh

90

Tabel 4.8 : Lamanya reaksi limit switch DC valve posisi buka dan tutup dalam memberi respon ke kontroler 91 Tabel 4.9 : Data operasi DC valve kondisi buka dan tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap 94 Tabel 4.10 : Data operasi bukaan DC valve dengan pengaturan pulsa rotary encoder tetap dan dengan waktu interval bervariasi

97

Tabel 4.11 : Data operasi DC valve setting bukaan secara persentase dengan waktu interval tetap (kondisi awal tutup penuh)

98

Tabel 4.12 : Data operasi DC valve kondisi buka-tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap 100

xiii Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.


DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1 : Lamanya valve mebuka penuh untuk setting pulsa antara 500-5000 pulsa 91 Grafik 4.2 : Lamanya batas waktu reaksi limit switch saat kembali keposisi normal pada kondisi valve membuka dan menutup 92 Grafik 4.3 :Operasi DC valve kondisi buka dan tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap 94 Grafik 4.4 : Lama waktu operasi DC valve kondisi buka - tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval bervariasi 97 Grafik 4.5 : Hubungan antara persentase bukaan valve dengan jumlah hitungan Pulsa. 100 Grafik 4.6 : Lama waktu operasi DC valve kondisi buka dan tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap 101 Grafik 4.7 : Ukuran bukaan operasi DC valve kondisi buka dan tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap 101

xiv Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7

Blok diagram sistem motorized valve Prinsip kerja Rotary Encoder Bentuk phisik dari rotary encoder Karakteristik dasar motor DC Bagian-bagian motor DC dan motor DC dengan Gearbox Jenis sistem gear pada Gearbox Jenis-jenis valve manual yang dapat dimodifikasi menjadi motorized valve Gambar 2.8 Aplikasi kontrol valve pada kontrol proses level air Gambar 2.9 Blok diagram perancangan valve terkontrol secara digital Gambar 2.10 Rencana modifikasi valve manual menjadi motorized valve Gambar 2.11 Diagram Struktur dasar PLC Gambar 2.12 Blok diagram dasar PLC Gambar 2.13 Salah satu aplikasi SCADA pada sistem pemerosesan air Gambar 3.1 Blok diagram hubungan perangkat pendukung system motorized valve. Gambar 3.2 Blok diagram sistem Valve terkontrol secara digital yang diaplikasikan pada proses plant Gambar 3.3 Jenis valve manual (Valve gerbang) yang akan dimodifikasi Gambar 3.4 Prinsip konversi putaran sistem gearbox Gambar 3.5 Teknis konversi transmisi gir pada sistem gearbox Gambar 3.6 Tipe sinyal pulsa yang keluar dari sistem rotary encoder Gambar 3.7 Rangkaian open kolektor dari system rotary encoder Gambar 3.8 Bentuk phisik dan dimensi ukuran rotary encoder Gambar 3.9 Jenis limit switch yang digunakan untuk sistem proteksi dan input buka-tutup valve Gambar 3.10 Rancangan konstruksi DC valve Gambar 3.11 Konstruksi DC valve setelah semua komponen dirakit Gambar 3.12 Hubungan rangkaian system input digital DC valve dengan system input PLC Gambar 3.13 Hubungan rangkaian system input limit switch DC valve dengan system input PLC. Gambar 3.14 Rangkaian relay kontrol pengendali sistem DC valve Gambar 3.15 Sistem koneksi rangkaian kontrol valve dengan motor penggerak valve yang ada pada sistem mekanis DC Valve Gambar 3.16 Diagram waktu sistem setting parameter DC valve Gambar 3.17 Diagram alir teknis operasi DC valve yang terkait dengan system kontrol PLC. Gambar 3.18 Blok diagram sistem kontrol DC valve

x Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.

6 7 8 11 12 13 13 16 17 18 20 21 24 28 29 31 32 33 34 35 35 36 37 37 38 39 40 41 41 42 43


Gambar 3.19 Rancangan proses plant sebagai aplikasi DC valve pada sistem kontrol proses Gambar 3.20 Peralatan pendukung system proses plant Gambar 3.21 Blok diagram system proses plant yang diaplikasikan dengan DC Valve untuk mengatur level air dalam tangki. Gambar 3.22 Blok diagram aplikasi sistem kontrol proses plant dengan DC valve Gambar 3.23 Blok diagram teknis kerja dari proses plant dan DC valve. Gambar 3.24 Diagram alir kondisi kerja proses plant berdasarkan setpoint Gambar 3.25 Diagram alir kondisi kerja proses plant secara manual Gambar 3.26 Diagram alir kondisi kerja manual valve dengan setting bukaan secara persentase Gambar 3.27 Diagram alir kondisi kerja manual valve dengan setting bukaan secara terpisah Gambar 3.28 Blok diagram sistem instalasi I/O proses plant dan DC valve dengan I/O PLC Gambar 3.29 Diagram pengawatan dan penempatan peralatan pada proses plant Gambar 3.30 Diagram pengawatan sistem instalasi I/O proses plant dan DC valve dengan I/O PLC Gambar 3.31 Diagram alir teknis operasi proses plant Gambar 3.32 Blok diagram teknis akuisisi data antara sistem SCADA dan PLC. Gambar 4.1 Blok diagram teknis pengontrolan dan pengujian DC valve. Gambar 4.2 Blok diagram teknis perancangan program PLC untuk sistem kontrol proses plant dan DC valve Gambar 4.3 Blok fungsi perancangan sistem seleksi operasi kontrol Gambar 4.4 Blok fungsi perancangan sistem kontrol untuk perbandingan data rotary encoder dengan data setting pulsa Gambar 4.5 Blok fungsi perancangan sistem kontrol untuk perbandingan data volume air dalam tangki dengan data setpoint yang ditetapkan Gambar 4.6 Diagram ladder sistem seleksi operasi control Gambar 4,7 Memasukkan I/O device untuk komunikasi Gambar 4.8 Menentukan jenis PLC Gambar 4.9 Menentukan port komunikasi Gambar 4.10 Menentukan tipe PLC dan stasiun I/O Gambar 4.11 Tampilan Library Gambar 4.12 Tampilan tombol (button) yang digunakan Gambar 4.13 Tampilan dari Numeric Gambar 4.14 Tampilan dari simbol-simbol informasi

xi Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.

44 46 47 47 48 52 53 45 54 55 56 58 59 60 60 61 62 66 68 69 71 72 72 73 73 74 74 75 75


Gambar 4.15 Blok diagram teknis transaksi antara proses inisialisasi sistem SCADA dengan proses eksekusi program PLC dalam pengoperasian DC valve. Gambar 4.16a Pembuatan tampilan halaman Proses plant Gambar 4.16b Pembuatan tampilan halaman Proses Plant yang dilengkapi dengan instrumen pengetesan unjuk kerja proses plant Gambar 4.17a Pembuatan tampilan halaman Operasi Manual Gambar 4.17b Pembuatan tampilan halaman Operasi Manual yang dilengkapi dengan sistem pengoperasian bukaan valve dalam milli meter Gambar 4.18 Pembuatan tampilan halaman pengoperasian Valve secara persentase Gambar 4.19 Pembuatan tampilan halaman pengoperasian Valve secara terpisah Gambar 4.20 Instruksi – instruksi animasi saat melakukan tagging Gambar 4.21 Tampilan layar Database Gambar 4.22 Tampilan layar Edit Tag Gambar 4.23 Realisasi hasil rancangan system DC valve

xii Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.

76 77 78 79 80 81 82 82 84 85 89


BAB 1 PENDAHULUAN

Kontrol proses di Industri sangat beragam diantaranya adalah kontrol proses yang terkait dengan proses pengolahan dan perawatan air, baik itu pengolahan dan perawatan air bersih maupun air limbah, demikian pula yang terkait dengan pengolahan dan perawatan air untuk Boiler pada suatu PLTU (Proses demineralisasi air). Pengolahan dan perawatan air merupakan proses yang cukup kompleks, disamping memerlukan bahan-bahan kimia yang cukup berbahaya, proses pencampuran bahan-bahan kimia tersebut memerlukan tabung dan tangki proses yang satu sama lain dihubungkan dengan berbagai jenis valve sesuai dengan fungsi dan ketentuan proses. Valve memegang peranan yang cukup penting pada proses pengolahan dan perawatan air, disamping peralatan lainnya seperti pompa-pompa, mesin pengaduk (agitator) dan lain sebagainya. Salah satu fungsi valve adalah mengatur kapan bahan kimia pada suatu tabung dicampur, ditambah, dikurangi maupun dialirkan ke tabung proses yang lain. Pengaturan bukaan valve dilakukan berdasarkan kebutuhan proses, seperti misalnya : - Valve hanya bekerja secara On-Off, dibuka penuh atau ditutup penuh saja. - Valve bekerja dengan bukaan yang dapat diatur secara analog, yaitu menggunakan sinyal analog 0 – 10 Volt atau 4 – 20 mA, dengan pengaturan besaran bukaan yang sangat presisi. - Valve bekerja dengan bukaan yang dapat diatur secara digital, yaitu menggunakan sinyal digital yang berupa pulsa On-Off yang diperoleh dari suatu rotary encoder, dengan pengaturan besaran bukaan yang cukup presisi. Dari kondisi kerja valve diatas, valve On-Off dan valve analog merupakan jenis valve standar yang sering digunakan di Industri.


1 Rancang bangun..., SM. Yunan, FMIPA UI, 2010.

2

Sedangkan jenis valve digital merupakan jenis yang akan dikembang dan diteliti apakah dimungkinkan untuk dibuat dengan tingkat pengaturan yang cukup presisi seperti pada jenis valve analog.

1.1

Latar Belakang

Pada kontrol proses industri, seperti kontrol proses industri kimia, kontrol proses pengolahan air bersih dan air limbah industri dan lain sebagainya, kontrol valve dan servo valve merupakan salah satu peralatan yang penting. Kontrol valve dan servo valve perannya menjadi lebih penting lagi bila suatu kontrol proses dijalankan secara otomatis penuh, dimana valve tersebut dirancang sedemikian rupa agar dapat merespon kondisi masukan yang berupa sinyal analog 0 – 10 V atau 4 – 20 mA. Kontrol valve maupun servo valve merupakan suatu peralatan yang dirancang khusus untuk tujuan tertentu pada suatu kontrol proses, sehingga valve seperti itu mempunyai nilai jual yang cukup tinggi, serta memerlukan perawatan yang cukup intens, sehingga diperlukan biaya investasi dan biaya perawatan yang tidak sedikit. Dari kenyataan diatas, sebagai alternatip dari penggunaan valve diatas serta untuk mengefisienkan penggunaan biaya investasi dan perawatan pada suatu kontrol proses industri dengan standar tertentu, pengendalian buka-tutup valve dapat dikembangkan dan dilakukan dengan menggunakan valve mekanikal standar (valve manual) yang dimodifikasi menjadi motorized valve yang terkontrol secara digital , dimana pengendalian bukaan valvenya dapat diatur dengan tingkat ketelitian yang diharapkan tidak jauh berbeda dengan kontrol valve. Motorized valve tersebut dirancang sedemikian rupa dan dilengkapi dengan perangkat kontrol posisi yang berupa rotary encoder, dan selanjutnya dihubungkan dengan peralatan pengendali terprogram (PLC) dan kondisi performa valvenya dapat dikontrol dan dimonitor serta diuji secara real-time melalui komputer menggunakan software SCADA/HMI.



3

1.2

Perumusan Masalah

Permasalahan yang dihadapi pada modifikasi valve manual standar yang mampu bekerja seperti kontrol valve adalah: -

Teknis perancangan valve manual standar menjadi valve terkontrol dengan sinyal digital.

-

Teknis pengontrolan , pemonitoran dan pengujian performa valve secara real time.

1.3

Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan ini adalah membuat rancang bangun motorized valve yang terkontrol secara digital dengan tingkat ketelitian bukaan valve ± 2 % dan dilengkapi dengan sistem pengontrolan, pemonitoran dan pengujian performa valve secara real time menggunakan software SCADA/HMI ( Human Machine Interface).

1.4

Batasan Masalah

Pada tugas akhir ini, penelitian difokuskan pada : -

Modifikasi valve manual standar, diantaranya jenis gate valve menjadi motorized valve yang terkontrol secara digital menggunakan rotary encoder.

-

Aplikasi PLC (Programmable Logic Controller) sebagai alat pengendali sistem motorized valve.

-

Aplikasi komputer yang diinisialisasi dengan software SCADA/HMI untuk pengontrolan, pemonitoran dan pengujian performa motorized valve secara real time.

1.5

Metodelogi Penelitian

Tugas akhir yang direncanakan adalah merancang dan membangun suatu valve jenis gerbang manual menjadi valve yang terkontrol secara digital menggunakan sensor rotary encoder yang dikendalikan oleh PLC dan selanjutnya performa unjuk kerja valve dapat dikontrol, dimonitor dan diuji menggunakan software SCADA/HMI secara real time. Seperti yang terlihat pada blok diagram sebagai berikut:



4

 Blok diagram rencana rancang bangun motorized valve terkontrol secara digital

Dari blok diagram diatas metodelogi pembuatan tugas akhirnya sebagai berikut : 

Studi literatur semua bahan yang membahas mengenai valve manual serta kontrol valve, yang terkait dengan karakteristik, properti dan aplikasinya.



Penyiapan bahan dan peralatan untuk rancang bangun serta desain eksperimen.



Rancang bangun dan instalasi sistem.



Proses pemrograman sistem kontrol valve menggunakan PLC.



Proses pemrograman sistem supervisi kontrol dan akuisisi data (SCADA) untuk pengontrolan, pemonitoran dan pengujian performa valve secara real time.



Uji coba , modifikasi , evaluasi dan analisis data.

1.6 Tempat dan waktu Penelitian Penelitian tesis ini dilakukan di Laboratorium Elektronika Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Indonesia, dan di Laboratorium Politeknik Negeri Jakarta, mulai tanggal 2 Maret 2010 sampai 31 Agustus 2010.

1.7

Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun menjadi lima bab dan diurutkan berdasarkan tahapan pengerjaannya : 

Bab I merupakan pendahuluan yang menjelaskan latar belakang, tujuan penulisan, rumusan dan pembatasan masalah, serta metodelogi pelaksanaan pembuatan tugas akhir.



5



Bab II membahas studi literatur mengenai jenis-jenis valve serta perangkat pendukung sistem kontrol yang meliputi karakteristik, properti, serta aplikasinya.



Bab III berisi bahasan tentang teknis rancang bangun motorized valve, modul kontroller, sistem proses plant serta sistem instalasinya.



Bab IV berisikan teknis pembuatan pemrograman PLC dan sistem SCADA dan analisis pembuatan program PLC dan Sistem SCADA terhadap hasil uji coba alat dan sistem pemonitorannya.



Bab V merupakan kesimpulan dan saran yaitu rumusan kesimpulan tugas akhir dan saran-saran untuk perbaikan dan pengembangan lebih lanjut.



BAB 2 TEORI PENUNJANG

Pada tulisan bab 2 ini dibahas hal-hal yang terkait dengan teori dasar dari perangkat pendukung rancang bangun motorized valve yang terkontrol secara digital, dimana topik bahasan meliputi hal-hal yang terkait peralatan pendukung utama terhadap terjadinya proses kerja sistem kontrol valve yang terkontrol secara digital, seperti yang ditunjukkan pada blok diagram dibawah ini:

Gambar 2.1 : Blok diagram sistem motorized valve

Pada blok diagram diatas terlihat bahwa proses rancang bangun terletak pada sistem Motorized Valve dimana bahasan teori dasar dari motorized valve tersebut meliputi: -

Rotary Encoder

-

Motor DC dengan gearbox

-

Valve manual.

Bahasan selanjutnya adalah teori dasar kontroller (PLC) yang digunakan untuk mengontrol

motorized valve secara hardware, dan semua kondisi operasi



7

motorized valve dapat pula dikontrol dan dimonitor dengan komputer yang telah diinisialisasi dengan sistem SCADA/HMI secara software.

2.1

Rotary Encoder

Rotary encoder adalah sebuah sensor untuk mengubah gerakan berputar atau posisi ke suatu kode yang berupa pulsa-pulsa elektronik. Hasil yang diukur adalah posisi sudut putar dan kecepatan sudut putar. Tipe Rotary encoder -

Rotary encoder inkremental  Gerakan sudut relatip

-

Rotary encoder absolute Gerakan sudut absolut

Rotary encoder inkremental umumnya digunakan pada sistem motor listrik. Ada 2 tipe dari rotary encoder incremental yaitu: -

Rotary encoder Optik: Mengukur gerakan sudut menggunakan varian dari pola kode disk.

-

Rotary encoder magnetik : Mengukur gerakan sudut menggunakan varian dari fluk magnetik.

Gambar 2.2 : Perinsip kerja Rotary Encoder Rotaty Encoder Optik merupakan encoder yang mempunyai : - Output : phasa A,B dan I (Z) - Phase A,B : Satu pulsa untuk satu celah cahaya dan berfungsi untuk menyensor sudut putar dan kecepatan sudut putar. Antara pulsa A dan B berbeda phasa 90 derajat. - Phasa I (Z) berfungsi untuk Sensing arah, dimana satu pulsa untuk satu putaran, menyensor berapa banyak putaran yang tejadi.



8

Gambar 2.3 : Bentuk phisik dari rotary encoder.

2.2

Motor DC dengan sistem transmisi Gearbox

Motor DC merupakan komponen utama yang berfungsi untuk mengontrol bukatutup valve. Diperlukan torsi yang cukup besar agar motor dapat menggerakkan valve pada posisi membuka dan posisi menutup. Motor DC yang digunakan adalah motor DC magnit permanen yang dilengkapi dengan gearbox dengan pertimbangan bahwa motor DC ini mudah didapat dipasaran bebas, serta mudah untuk dikontrol.

2.2.1 Prinsip kerja motor DC dan karakteristik dasar a)

Konstruksi motor DC magnit permanen.

Magnit permanen (Stator) Kumparan rotor Komutator Hubungan komutator dengan supply DC menggunakan sikat arang



9

b) Prinsip kerja motor DC magnit permanen.

- Apabila

arus

listrik

melalui

kumparan rotor dalam suatu medan magnit, maka gaya magnit akan menghasilkan

torsi

yang

akan

membuat kumparan rotor berputar. - Gaya magnit F = I.L.B Nm. - Dimana : Arus listrik DC disupply melalui komutator

I = Arus listrik L= Panjang kawat B= Rapat Fluksi

c)

Jalannya Arus listrik pada motor DC.

- Komutator akan membalikkan arah arus listrik setiap setengah putaran untuk menjaga agar torsi putaran kumparan tetap pada arah putaran yang sama.

d) Medan magnit pada motor DC. - Medan magnit diarahkan dari kutup utara ke kutup selatan. - Torsi putar dari motor berbanding langsung terhadap medan magnit.



10

e)

Gaya pada motor DC.

- Gaya magnit

F = I.L.B , bekerja

secara tegak lurus terhadap kawat kumparan dan medan magnit.

f) Torsi pada motor DC.

- Perhatihan gambar disamping: - Torsi T = (I.L.B).[ W/2].Sin θ x 2 sisi = I.L.B.W. Sin θ = I.B.A. Sin θ Nm.

g) Pemodelan Motor DC

F  IL  B …………………………………………………(2.1) -

Daya masuk = Daya keluaran

VI

 Q  T .

……………………………………..(2.2)

VI  I 2 . R  T . ………………………………………(2.3) Universitas Indonesia


11

T  K t . I  T loss……..……………….…………………(2.4) V  K e .  I . R ………………………………………(2.5) Dimana: -

V = Tegangan masuk.

-

ω = Kecepatan putar.

-

I = Arus masuk/jangkar.

-

Kt = Konstanta torsi.

-

Q = Rugi-rugi daya.

-

Ke = Konstanta tegangan

-

R = tahanan motor/jangkar.

-

Tloss = Rugi-rugi torsi.

-

T = Torsi. - Torsi berbanding langsung dengan arus. - Pada motor yang ideal (R = 0), kecepatan berbanding langsung dengan tegangan. - Pada tegangan konstan, kecepatan akan turun seiring dengan kenaikan torsi.

Gambar 2.4 : Karakteristik dasar motor DC



12

Gambar 2.5 : Bagian-bagian motor DC magnit permanen dan motor DC dengan Gearbox.

2.2.2



Motor DC dihubungkan dengan Gearbox.

Dari gambar diatas akan didapat persamaan sebagai berikut:

 N1 dan N2 = Jumlah gigi dari gir gearbox. - Resultan konstanta mekanis dari sistem gearbox tersebut dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

-

Jm = Momen inersia motor B1 = Rugi gesek dari bearing motor. Jl = Momen inersia dari sistem gear dan beban. B2 = Rugi gesek dari sistem gear dan beban.



13

Spur Gears

Worm gear dan worm wheel

Bevel gears

Rack dan pinion gears

Helical gears

Gambar 2.6 : Jenis sistem gear pada Gearbox.



Efisiensi transmisi daya mekanis beberapa jenis sistem gear

•

Spur gears: 90% per pasang

•

Worm gear dan worm wheel : 10%-60%

•

Rack and pinion 50%-80%.

2.3

Jenis-jenis Valve

Ada banyak sekali jenis-jenis Valve, antara lain yang secara umum sering digunakan adalah :

Jenis Valve Kupu-kupu

Jenis Valve Gerbang

Jenis Valve bola

Jenis Valve Globe

Gambar 2.7 : Jenis-jenis valve manual yang dapat dimodifikasi menjadi motorized valve.



14

2.3.1

Valve Kupu-kupu

Merupakan valve yang dikonstruksi dengan casing yang didalamnya terdapat piringan yang berputar pada suatu poros dengan gerakan 0 – 90 derajat. Valve ini dapat dikonstruksi dengan diameter yang cukup besar dan mempunyai tekanan kerja yang rendah. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah tekanan jatuhnya rendah dan secara phisik cukup ringan. Sedangkan kerugiannya adalah tingkat kebocoran yang cukup tinggi.

2.3.2

Valve Gerbang

Merupakan valve dengan piringan geser yang dapat bergerak naik-turun, dan tegak lurus terhadap gerakan aliran. Umumnya digunakan sebagai pemberhenti aliran (stop valve), mampu bekerja pada tekanan dan temperatur yang tinggi, dapat bekerja dengan aliran cairan yang kental. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah pada kondisi buka penuh jatuh tekanannya sangat rendah, dan tertutup dengan sangat rapat bila dalam kondisi tertutup penuh, bebas dari terbentuknya kontaminasi. Sedangkan kerugiannya adalah akan terjadi vibrasi pada bukaan sebagian, respon gerakan buka tutup rendah/lambat.

2.3.3

Valve Bola

Merupakan valve yang dikemas dalam suatu casing yang didalamnya terdapat bola yang diberi lobang untuk saluran keluar, pengoperasiannya dilakukan dengan gerakan berputar 0 – 90 derajat, dimana pada posisi 0 derajat lobang saluran akan terbuka, pada posisi gerakan 90 derajat lobang saluran akan tertutup. Digunakan untuk aplikasi kontrol aliran, kontrol tekanan, pemberhenti aliran, untuk aliranaliran yang korosif, untuk gas dan mampu bekerja pada tekanan tinggi. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah jatuh tekanan rendah, kebocoran rendah, konstruksi yang relatip kecil dan gerakan membuka dan memutupnya cukup cepat. Sedang kerugiannya adalah perlu dudukan yang kuat bila digunakan dengan dicekek (Throttling), gerakan membuka yang cepat dapat menyebabkan palu air.



15

2.3.4

Valve Globe

Ada tiga tipe dari valve ini yaitu tipe bola (Globe), tipe sudut dan tipe Y, piringan atau plug bergerak secara tegak lurus terhadap aliran dan akan menutup pada suatu dudukan cincin, dapat digunakan dengan bukaan yang dicekek (Throttling), merupakan sebuah kontrol valve untuk aplikasi umum. Keuntungan dari penggunaan valve ini adalah gerakan buka tutupnya lebih cepat dari valve gerbang, tidak memerlukan dudukan tambahan pada teknis pemasangannya, dan untuk kontrol tekanan akan menghasilkan jatuh tekanan yang tinggi. Sedangkan kerugiannya adalah jatuh tekanan yang tinggi, diperlukan daya yang cukup besar bila digunakan dengan sistem motorized, konstruksi valve cukup berat.

2.3.5 1.

Hal-hal penting dalam pemilihan Valve

Kapasitas : adalah rating aliran maksimum yang melalui suatu sistem aliran (pipa, valve, dan peralatan proses) harus sesuai dengan kebutuhan operasional sistem.

2.

Range : adalah menunjukkan batas dari nilai perluasan aliran dimana valve dapat mengatur aliran tersebut dengan handal; dimana aliran yang besar dan aliran yang sangat kecil dapat dijaga pada nilai yang diinginkan. Range dinyatakan sebagai rasio dari aliran yang terbesar ke aliran yang terkecil.

3.

Jatuh tekanan : Tujuan dari penggunaan valve adalah untuk menciptakan suatu jatuh tekanan yang berubah-ubah dalam suatu sistem aliran. Akan tetapi jatuh tekanan yang besar merupakan energy yang terbuang.

Dari jenis-jenis valve diatas, valve jenis gerbang dan jenis globe merupakan jenis valve yang cukup baik dan relatip lebih mudah untuk dimodifikasi menjadi valve yang terkontrol menggunakan rotary encoder, dimana posisi bukaan valve tersebut dapat diatur dengan sistem terprogram menggunakan PLC (Programmable Logic Controller). Tujuan dari pengaturan posisi bukaan valve tersebut untuk mengontrol aliran dari zat cair pada suatu proses kontrol sesuai dengan deskripsi dari proses kontrol yang telah ditetapkan. Lebih jelasnya dapat dilihat pada contoh aplikasi dan proses pengendalian level air pada suatu tangki air sebagai berikut:



16

Gambar 2.8 : Aplikasi kontrol valve pada kontrol proses level air.

Gambar diatas merupakan gambar kontrol proses pengendalian level air dalam tangki, dimana level air dalam tangki air selalu dipertahankan pada level yang telah ditentukan (setpoint). Apabila air dalam tangki berkurang dari level yang telah ditentukan, maka valve akan terbuka secara otomatis mengisi air dalam tangki, dan akan menutup kembali bila air dalam tangki telah mencapai level setpoint. Kondisi kerja dari valve tersebut dapat terjadi secara kontinyu, dimana bila air dalam tangki digunakan secara kontinyu, maka level air akan selalu dipertahankan mengikuti penggunaan air pada keluaran tangki. Kondisi kerja dari pengendalian level air diatas dapat dimungkinkan, karena menggunakan kontrol valve analog / servo valve, dimana buka-tutup valve tersebut dikendalikan berdasarkan kondisi level air yang disensor oleh suatu tranduser jenis resistan, dimana nilai resistansinya berubah akibat dari perubahan gerakan pelampung yang berhubungan langsung dengan perubahan level air.



17

Pada tugas akhir yang akan dilaksanakan ini yaitu akan memodifikasi penggunaan dari kontrol valve analog tersebut dengan pertimbangan sebagai berikut: 1. Sulit untuk mendapatkan kontrol valve analog dengan ukuran kecil dipasaran yaitu ¾ dan ½ inch. 2. Kontrol valve analog merupakan valve built-up yang dirancang khusus sehingga nilai jualnya cukup tinggi. 3. Perlu modifikasi dan rangkaian tambahan untuk membuat kontrol valve analog dapat dimonitor bukaannya secara real time. Dari pertimbangan diatas maka rencana perancangan valve tersebut dapat dilihat pada diagram sebagai berikut :

Gambar 2.9 : Blok diagram perancangan valve terkontrol secara digital.



18

Dari blok diagram diatas, rencana pembuatan valve yang terkontrol secara dijital tersebut dapat dilihat pada gambar sebagai berikut: Motor DC 12Volt

Rotary Encoder Belt

Gambar 2.10 : Rencana modifikasi valve manual menjadi motorized valve.

2.4

PLC (Programmable Logic Controller)

2.4.1. Definisi dan Fungsi PLC merupakan perangkat yang beroperasi secara elektronik digital yang dirancang untuk keperluan dunia industri. Semula PLC digunakan untuk menggantikan fungsi relay – relay yang banyak digunakan pada saat itu di lingkungan industri. Spesifikasi yang banyak digunakan dan dibutuhkan didunia industri antara lain : -

Tahan terhadap kondisi Industri yang kasar dan keras dan tahan terhadap noise dan kejutan listrik.

-

Disusun secara modular sehingga memudahkan untuk ditambah sistem I/O nya (untuk pengembangan dan perawatan).

-

Mempunyai sambungan dan level signal yang standard.

-

Mudah diprogram dan diprogram ulang tanpa harus menambah perangkat kontrol.

PLC menggunakan memori yang dapat diisi oleh program yang dapat menerapkan fungsi – fungsi khusus dalam elektronika digital seperti logika, sequential / urutan, pewaktuan (timer), Pencacahan ( counting ), aritmatika dan fungsi manipulasi kontrol lainnya, selanjutnya digunakan untuk mengendalikan suatu proses dengan input dan output analog dan digital. PLC merupakan piranti berbasis microprosessor dan dapat dianggap sebagai komputer yang dirancang untuk tujuan pengendalian tertentu. Programming



19

Console hanya diperlukan untuk memasukan program, yang secara langsung diketikkan melalui terminal pemrograman genggam (keypad). PLC memberikan respon terhadap berbagai sensor yang dihubungkan ke inputnya, memutuskan proses apa yang dikerjakan berdasarkan instruksi yang telah diberikan dan diprogram ke dalam memorinya, dan memberikan ketetapan terhadap output yang diinginkan. PLC yang lebih canggih juga mampu menyimulasikan prosedur – prosedur pengendalian proposional, PI, PD, PID. Aplikasi tipikal dari PLC sangatlah banyak untuk disebutkan satu persatu. Tetapi sebagai gambaran jenis peralatan/mesin yang sering menggunakan PLC sebagai alat kendali adalah sebagai berikut : 1. Peralatan Industri seperti motor, pompa, dan katup/valve. 2. Peralatan pengendali mesin/proses produksi. 3. Penanganan material dan produk. 4. Mesin pengemasan 5. Mesin perakitan 6. Pengendalian robot non servo.

Untuk menetapkan penggolongan PLC, perlu terlebih dahulu dipilih kriterianya, salah satu kriteria yang penting adalah jumlah maksimum dari port masukan / keluaran. Kriteria ini akan memberikan informasi mengenai kemampuan PLC, karena makin banyak I/O port yang dapat dikendalikan maka jumlah memory yang diperlukan juga makin besar, sehingga diperlukan pula CPU yang lebih cepat. Dengan menggunakan kriteria ini maka akan diperoleh penggolongan PLC sebagai berikut : 1. Skala Micro

 15 hingga 64 I/O

2. Skala kecil

 diantara 64 hingga 128 port I/O

3. Skala menengah  diantara 128 hingga 512 port I/O 4. Skala besar

 lebih dari 512 port I/O



20

Untuk memprogram PLC dapat dilakukan dengan teknik program : 1. Daftar pernyataan (Instruction/statement List) 2. Diagram Tangga (Ladder Diagram) 3. Step Ladder 4. Sequencial function blok  Alat bantu pemrograman PLC : - Hand Held Programming ( HHP )/Programming console. - Graphic Programming panel. - Personal Computer ( PC ).

PLC setidaknya terdiri dari unit kontrol, memori program, memori kerja , rangkaian input, rangkaian output, panel pemrograman ( Programming Panel ) dan unit power supply. Seperti yang ditunjukkan pada diagram dibawah ini: PANEL PEMROGRAM

PERALATAN

MEMORY PROGRAM MEMORY KERJA

HHP

UNIT KONTROL

RANGKAIAN MASUKAN MASUKAN LUAR RANGKAIAN KELUARAN

PERALATAN MASUKAN LUAR PERALATAN KELUARAN LUAR

KOMPUTER

CATU DAYA Gambar.2.11 : Diagram Struktur dasar PLC.

2.4.2

Prinsip Kerja

Dari definisi diatas didapat gambaran bahwa prinsip kerja PLC tetap memenuhi kreteria dari blok diagram dasar sistem kontrol yaitu :

INPUT

PROSES

OUTPUT

Dari blok diagram dasar diatas, prinsip kerja PLC dikembangkan seperti yang terlihat pada blok diagram sebagai berikut: Universitas Indonesia


21

CATU DAYA

MODUL INPUT

PERALATAN INPUT LUAR

Limit Switch Sensor-sensor Kontak relay Transducer

HHP

MODUL OUTPUT

CPU

KOMPUTER

PERALATAN OUTPUT LUAR

Selenoid Valve Relay Daya Kontaktor

BEBAN

Lampu penerangan Kopling Magnit Motor Listrik Heater

Gambar 2.12 : Blok diagram dasar sistem PLC.

2.4.3

Terminologi

Ada istilah yang berbeda dari beberapa negara untuk menyatakan ciri-ciri dari alat pengendali mesin yang dapat diprogram, dimana umumnya berhubungan dengan fungsi dari operasi mesin yaitu: - PC  Programmatic Controller (Inggris) - PLC  Programmable Logic Controller (Amerika) - PBS  Programmable Binary Sistem (Swedia).

Dari istilah-istilah diatas, terlihat bahwa semuanya cenderung mengarah kepada satu pengertian yaitu: Peralatan pengendali yang bekerja secara logika atau disebut dengan Binary Sistem. Pada kondisi yang sebenarnya, tidak semua masukan dan keluaran dari mesin/proses

produksi terdiri dari "SWITCH LOGIC" saja, kadang-kadang

sebagian besar proses produksi menggunakan masukan dan keluaran yang bersifat analog, sehingga alat pengendali yang dapat memproses masukan dan keluaran yang bersifat analog dan digital secara umum dapat disebut dengan istilah Programmable Controller atau disingkat PC. Singkatan PC untuk programmable controller bukan merupakan istilah yang populer, karena singkatan PC lebih dikenal merupakan singkatan dari "Personal



22

Computer", jadi untuk itu pula agar dapat dibedakan dengan jelas antara programmable controller dengan personal computer, maka untuk pembahasan berikutnya programmable controller

tetap menggunakan singkatan PLC

(Programmable Logic Control). 2.4.4

Hasil yang diperoleh dengan menggunakan PLC.

PLC, dirancang dan dikontruksi dengan kemampuan untuk tetap dapat bekerja pada lingkungan Industri yang cukup berat dan kasar, suatu lingkungan industri dengan kondisi temperatur yang cukup tinggi, kelembaban udara yang tinggi, pengaruh vibrasi serta kondisi noise dan kejutan-kejutan yang timbul oleh bekerjanya mesin/motor atau peralatan listrik lainnya. Dengan memanfaatkan PLC sebagai alat untuk melaksanakan proses kontrol mesin-mesin Industri dapat diperoleh kelebihan /keuntungan sebagai berikut: -

Dapat bekerja dengan cukup aman, handal serta cukup fleksibel karena dapat dihubungkan dan berkomunikasi dengan peralatan kontrol lainnya.

-

Mudah untuk mengubah program atau rancangan dari rangkaian proses kontrol.

-

Dapat mengurangi/menghemat pemakaian kawat/kabel kontrol serta tidak memerlukan tempat yang luas dalam penginstalasiannya walaupun proses kontrol yang dikontrol cukup rumit .

-

Mempunyai bahasa program yang mudah dimengerti dan sederhana dalam penggambaran diagram kontrolnya.

-

Mudah dalam perawatan dan perbaikan serta mudah dalam melaksanakan pengembangan dan perluasan kontrol proses produksi.



23

Tabel 2.1: Perbandingan Beberapa Sistem Kontrol Karakteristik

System Relay

Digital Logic

Computer

System PLC

Ukuran Fisik Kecepatan operasi

Besar Lambat

Sangat kompak Sangat cepat

Cukup besar Cukup cepat

Perancangan dan Pemasangan

Untuk merancang dan memasang perlu waktu yang cukup lama

Untuk merancang butuh waktu yang lama

Untuk memprogram butuh waktu relatip lama

Sangat sulit

Sulit

Cukup mudah

Mudah

Sangat baik

Baik

Cukup baik

Baik

Tidak mudah, karena banyak pengawatan kontak relay yang harus dikerjakan

Tidak mudah, jika komponen disolder

Cukup mudah, karena board telah dirancang secara khusus

mudah, karena card peralatan yang standard

Kemudahan untuk modifikasi sistem Gangguan Noise

Perawatan

2.4.5

Sangat kompak Cepat Untuk memprogram dan merancang butuh waktu relatip singkat

Jenis-jenis proses produksi yang dapat dikontrol oleh PLC.

Karena luasnya fungsi kontrol yang dapat dilakukan oleh PLC, maka PLC dapat digunakan untuk mesin-mesin atau proses kontrol di berbagai jenis industri, yaitu: - Pengaturan dan monitor sistem switching dan aliran pada stasiun tenaga. - Kontrol proses produksi pada industri farmasi. - Kontrol dipusat-pusat peleburan baja atau alumunium dan industri yang memproduksi lembaran baja. - Kontrol untuk robot-robot assembling dan Industri otomotip. - Kontrol sistem penerangan dan AC pada gedung-gedung bertingkat (BAS). - Kontrol untuk monitor dan aliran pada jaringan pipa minyak. - Kontrol untuk proses produksi pada industri makanan dan minuman. - Kontrol untuk pengaturan lampu lalu lintas, dan lain sebagainya.

2.4.6

Jenis/tipe/Merk PLC

Jenis/tipe PLC sangat tergantung dari asal dimana PLC tersebut diproduksi, negara-negara yang memproduksi hardware/perangkat PLC antara lain, Jepang, Amerika, Jerman, Inggris, Perancis, Korea dan lain-lain. sehingga merk yang dikeluarkan sangat bervariasi antara lain :



24

-

TOSHIBA, OMRON, MITSUBISHI, IDEC, YOKOGAWA, KOYO, NATIONAL (JEPANG). GENERAL ELECTRIC, ALLEN BRADLEY, GOULD, MIDICON (AMERIKA). SIEMENS, (JERMAN). TELEMECANIQUE, CGEE ALSTHOM, (PERANCIS). SQUARE D (INGGRIS). GE FANUC (JEPANG-AMERIKA). GLOFA, MASTER-K (LS – KOREA)

2.5

Software SCADA/HMI

2.5.1

Pengertian SCADA

SCADA adalah akronim dari supervisory control and data acquisition. SCADA mengacu pada suatu sistem yang mengumpulkan data dari perangkat yang digunakan, untuk kemudian dikirim ke komputer pusat dan selanjutnya data diatur, dimonitoring, dan di akuisisi.

Gambar 2.13 : Salah satu aplikasi SCADA pada sistem pemerosesan air



25

2.5.2

SCADA Sebagai Sebuah Sistem

Ada banyak bagian dari sistem kerja SCADA, pada umumnya sistem SCADA meliputi perangkat keras (Input/Output), kontroller, network, user interface (HMI), perangkat lunak dan sistem komunikasi, dimana dari keseluruhan tersebut mengacu pada sebuah sistem yang terpusat. Salah satu proses dari SCADA adalah kemampuan untuk memonitor suatu sistem secara keseluruhan diwaktu yang real time, pembacaan meter atau suatu kejadian yang dimonitoring berdasarkan perangkat yang dikomunikasikan pada waktu yang tertentu tergantung pada sistem kontrol proses plant yang dihubungkan pada sistem SCADA. 2.5.3

Hubungan Dengan Pengguna Sistem

a) Suatu sistem SCADA meliputi seperangkat alat penghubung pemakai, Human Machine Interface yang pada umumnya disebut HMI. HMI dari suatu sistem SCADA merupakan data yang diproses dan diolah untuk kemudian dimonitor oleh suatu operator manusia. Alat penghubung ini pada umumnya meliputi kendali yang menghubungkan seseorang dengan sistem SCADA. b) HMI adalah suatu cara mudah untuk melakukan monitoring terhadap RTU (Remote Terminal Unit) atau PLC (Programmable Logic Kontroller), karena pada umumnya PLC atau RTU hanya menjalankan proses yang diprogramkan, sebab PLC atau RTU tidak mempunyai metode distandardisasi untuk memajang atau menyajikan data kepada operator, sistem SCADA dapat berkomunikasi dengan mudah, sepanjang seluruh jaringan sistem dan informasi proses terkoneksi melalui HMI. c) HMI juga dapat dihubungkan ke suatu database, yang dapat menggunakan data yang dikumpulkan dari RTU atau PLC untuk menyediakan grafik, info, menurut bagan untuk suatu mesin atau sensor yang spesifik atau bahkan troubleshooting. Di dekade yang terakhir, pada kenyataannya semua sistem SCADA meliputi suatu alat PLC dan HMI yang terintegrasi dimana dapat menjalankan proses yang diprogramkan dan memonitor suatu sistem.



26

2.5.4

Fungsi-fungsi Utama SCADA

Ada beberapa fungsi utama dari SCADA, yang bisa dimanfaatkan diantaranya: a.

Akuisisi data, merupakan proses penerimaan data dari peralatan dilapangan.

b.

Konversi data, merupakan proses konversi data–data dari lapangan kedalam format standar.

c.

Data processing, menganalisa data yang diterima untuk dilaporkan kepada operator.

d.

Supervisory kontrol, dimana memungkinkan operator untuk melakukan pengendalian pada peralatan –peralatan dilapangan.

e.

Tagging, memungkinkan operator untuk meletakkan informasi tertentu pada peralatan tertentu.

f.

Pemrosesan alarm dan event yang menginformasikan apabila terjadi perubahan pada sistem kontrol.

g.

Post mortem review, yang membantu menentukan akibat pada sistem jika ada gangguan besar pada sistem.

2.5.5

Software SCADA

Penggunaan software monitoring merupakan salah satu cara untuk dapat melakukan monitoring sekaligus menjalankan program. Dan hal ini sangat baik karena dapat dilakukan terhadap aplikasi kecil atau yang besar sekalipun seperti mengontrol sistem pemindahan fusi nuklir. Software SCADA dapat diatur untuk aplikasi apapun, dan juga dapat pula dikembangkan, sesuai keinginan pengguna. Untuk dunia industri sendiri terdapat banyak software SCADA yang biasa digunakan seperti Vijeo Citect, Wonderware, Winlog, DAQ Factory, Delta V, CIMON, InfoU dan lain sebagainya.



BAB 3 RANCANG BANGUN MOTORIZED VALVE TERKONTROL SECARA DIGITAL

Rancang bangun motorized valve terkontrol secara digital berbasis PLC dimonitor dengan sistem SCADA/HMI ini pada dasarnya adalah memodifikasi satu jenis valve mekanis yang dibuka dan ditutup secara manual (Hand operated), selanjutnya valve tersebut dirancang agar dapat dikontrol secara semi-otomatis maupun otomatis penuh, dimana besaran bukaan valve diharapkan dapat diatur sampai dengan tingkat ketelitian ± 2 %, disamping itu pula persentase atau ukuran besaran bukaan valve dapat dikontrol dan dimonitor melalui komputer yang diinisialisasi dengan software SCADA/HMI. Untuk dapat membuat valve manual menjadi valve yang dapat dikontrol secara otomatis, valve dilengkapi dengan motor penggerak, sehingga dengan demikian valve disebut dengan istilah motorized valve. Selanjutnya diperlukan alat kontrol logika yang dapat diprogram sesuai dengan deskripsi kerja valve yang diinginkan. Alat kontrol logika yang digunakan merupakan alat kontrol yang umumnya digunakan di Industri yaitu Programmable Logic Controller (PLC). PLC merupakan perangkat kontrol standar Industri yang cukup mudah didapat dipasaran lokal dengan kehandalan unjuk kerja yang cukup tinggi, sehingga pengendalian motorized valve dengan PLC cukup menguntungkan karena semua fasilitas kontrol yang diperlukan sudah tersedia, tinggal bagaimana memanfaatkan dan memanipulasi semua fasilitas kontrol PLC tersebut agar dapat mengendalikan motorized valve sesuai dengan deskripsi kerja sistem yang diinginkan. Demikian pula dengan software SCADA/HMI merupakan software standar industri yang umumnya digunakan untuk mengontrol, memonitor serta mengakusisi data sistem kontrol pada proses kontrol plant di Industri, dimana software ini sudah


27


28

dirancang kompatibel dengan sebagian besar dari merek PLC yang tersedia dipasaran. Agar posisi bukaan motorized valve dapat diatur sesuai dengan setting yang diinginkan, maka motorized valve dilengkapi dengan sensor penentu posisi untuk objek yang bergerak berputar yaitu rotary encoder, dimana rotary encoder ini merupakan input digital yang dirancang kompatibel dengan sistem input PLC. Dari uraian diatas untuk melihat hubungan masing-masing perangkat yang digunakan pada perancangan motorized valve yang terkontrol secara digital ini dapat dilihat pada blok diagram sebagai berikut:

Gambar 3.1 : Blok diagram hubungan perangkat pendukung system motorized valve.

Dari blok diagram diatas terlihat bahwa kontroller (PLC) merupakan perangkat utama yang mengendalikan motorized valve dan proses plant, semuanya merupakan perangkat keras (Hardware), sedangkan sistem SCADA/HMI merupakan sistem perangkat lunak (Software) yang diinisialisasi pada perangkat komputer, dimana semua kondisi kerja dari proses plant dan motorized valve dikontrol dan dimonitor. Pengontrolan proses plant dan motorized valve dapat dilakukan secara hardware melalui sistem I/O PLC dan secara software melalui komputer yang telah diinisialisasi dengan sistem SCADA/HMI.



29

3.1.

Blok diagram hubungan antar perangkat pendukung sistem motorized valve dan Proses Plant.

Gambar 3.2 : Blok diagram sistem motorized valve terkontrol secara digital yang diaplikasikan pada proses plant.

Pada blok diagram diatas terlihat bahwa sistem kontrol valve terdiri dari 4 blok yaitu : a-

Blok sistem Motorized Valve.

b-

Blok sistem proses Plant.

c-

Blok sistem Kontroler PLC.

d-

Blok Pemrograman PLC dan sistem akusisi data.



30

Teknis perancangan dan fungsi dari masing-masing blok tersebut dapat dijelaskan dan diuraikan pada subbab berikut ini. 3.2.

Teknis rancang bangun digitally controlled valve (DC Valve)

Perancangan motorized valve yang terkontrol secara digital atau untuk selanjutnya digunakan istilah DC Valve ini merupakan peralatan utama yang berfungsi untuk mengatur volume air/benda cair pada sebuah tabung atau tangki, dimana besaran bukaan valve dapat diatur sesuai dengan ketentuan proses dari 0% (tutup penuh), sampai 100% (buka penuh). Diharapkan pada hasil rancangan DC valve ini pengaturan bukaan valve dapat diatur dengan ketelitian ± 2%. Untuk mencapai kondisi tersebut maka proses perancangan valve dilakukan dengan persyaratan teknis sebagai berikut: -

Valve harus mampu diatur dari kondisi tutup penuh sampai buka penuh, atau dengan istilah lain dinyatakan dengan bukaan 0% sampai bukaan 100%.

-

Pengaturan valve dilakukan secara linier dan proporsional.

-

Valve harus mampu diatur secara semi-otomatis maupun otomatis.

-

Posisi bukaan valve dapat dikontrol dan dimonitor sesuai dengan besaran persentase bukaannya ataupun dengan skala ukur linier.

-

Pengaturan bukaan valve harus dapat dilakukan melalui tombol operasi maupun dengan memberikan data operasi bukaan valve melalui komputer.

-

Pengaturan kecepatan bukaan valve dapat diprogram melalui komputer.

-

Kondisi kerja valve harus dilengkapi dengan sistem proteksi terhadap hubung singkat catu daya, over limit buka dan tutup penuh secara mekanikal maupun secara elektrikal.

3.2.1

Jenis dan fungsi komponen pendukung sistem DC Valve

Untuk memenuhi syarat teknis diatas maka perencanaan dan perancangan valve harus didukung oleh perangkat dan komponen yang sesuai, dengan spesifikasi yang dapat mendukung unjuk kerja valve berdasarkan syarat teknis yang telah ditetapkan. Komponen-komponen pendukung sistem DC valve tersebut meliputi :



31

a- Valve jenis gerbang Valve jenis ini dipilih karena gerakan buka tutup valve yang dapat diatur secara linier posisi naik

maupun posisi turun bila valve dipasang secara vertikal,

disamping itu ada beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan valve jenis ini yaitu: -

Untuk ukuran diameter valve kurang dari 1 inci, respon saat gerakan membuka maupun menutup cukup cepat dan dengan batas bukaan yang cukup lebar.

-

Posisi letak bukaan valve dapat dengan mudah diatur dan ditentukan.

-

Kecepatan buka tutup valve dapat diatur dengan batas-batas pengaturan yang cukup lebar/variatip.

-

Waktu lamanya valve berjalan membuka atau menutup dapat diatur dengan batas pengaturan yang cukup variatip.

Bentuk dari valve jenis gerbang ini dapat dilihat pada gambar sebagai berikut:

Tuas Pemutar

Body Valve

Gerbang geser

¾ inci (19.05 mm)

Gerbang saluran masukan dan keluaran

Gambar 3.3 : Jenis valve manual (Valve gerbang) yang akan dimodifikasi.

- Spesifikasi valve yang dipilih : o Jenis valve

= Gerbang

o Diameter

= ¾ inci (19.05 mm)

o Tekanan kerja

= 0 – 15 Bar

o Gerakan buka-tutup penuh = 5 putaran.



32

b- Motor DC dengan gearbox Penggunaan motor DC yang dilengkapi dengan gearbox ini dipilih karena diperlukan torsi yang cukup besar saat awal valve dibuka maupun ditutup, disamping mempunyai torsi start yang cukup besar, diperlukan pula daya listrik yang cukup kecil, sehingga motor dapat dikontrol langsung oleh PLC tanpa diperlukan rangkaian penguat tambahan. Adapun spesifikasi dari motor DC gearbox yang dipilih adalah :

-

Tegangan motor

= 12 Vdc

-

Daya motor

= 6 Watt

-

Kecepatan putar input motor

= 4000 RPM

-

Perbandingan gearbox

= 50 : 1

-

Kecepatan putar output motor

= 80 RPM

-

Efisiensi gearbox

= 80 %

Dari spesifikasi motor diatas terlihat bahwa torsi output motor pada poros gearbox naik menjadi 50 kali lipat. Pada gambar di bawah ini dapat memberikan gambaran bagaimana konversi putaran motor yang tinggi dikurangi sehingga mendapatkan putaran keluaran yang rendah dengan torsi keluaran yang tinggi.

Gambar 3.4 : Prinsip konversi putaran pada sistem gearbox.



33

Dari gambar diatas perhitungan mengenai konversi transmisi gir nya dapat diuraikan sebagai berikut: Z3 Z2

Motor Motor Z2

Z1

Rasio Gir (I) =

I=

Z4 Z1

Z2 Z1

Z2 Z1

I2 =

Z4 Z3

atau

Kec. Input (N1) Kec. Output(N2)

Daya poros (PO) =

I1 =

ITotal = I1 x I2

2π. N .T [Watt] 60

Gambar 3.5 : Teknis konversi transmisi gir pada sistem gearbox

c- Rotary Encoder Untuk membuat valve agar dapat dikontrol secara digital, diperlukan sinyal masukan yang dapat diatur besarannya secara digital, dimana sinyal masukan tersebut harus dapat berubah-ubah berdasarkan putaran dari posisi buka-tutup valve. Perubahan dari besaran sinyal masukan akibat dari perubahan posisi bukaan valve diumpankan ke kontroller untuk diproses data masukannya, yang selanjutnya dari data yang diperoleh akan dapat ditentukan hal-hal yang terkait dengan: -

Seberapa besar kecepatan buka-tutup valve yang akan dijalankan.

-

Seberapa besar posisi bukan valve.

-

Seberapa lama waktu yang dibutuhkan untuk membuka dan menutup.

Dari kondisi diatas proses pengendalian valve dapat dirancang

sesuai dengan

kebutuhan yang terkait dengan:



34

-

Kecepatan buka-tutup valve.

-

Besar-kecilnya bukaan valve.

-

Posisi bukaan valve.

-

Lamanya waktu valve membuka dan menutup.

Adapun spesifikasi dari rotary encoder yang digunakan adalah: -

Model S40-6-1024ZO

-

Resolusi = 1024 pulsa per putaran

-

Sinyal output

-

Rangkaian output = Open collector

-

Power supply = 5 – 24 VDC

-

Konsumsi arus = kurang dari 80 mA.

-

Putaran maksimum = 7000 rpm.

-

Respon frekuensi maksimum = 300 kHZ

= A,B dan Z

Keluaran pulsa dari rotary encoder seperti yang terlihat pada diagram waktu sebagai berikut:

Gambar 3.6 : Tipe sinyal pulsa yang keluar dari sistem rotary encoder



35

-

Rangkaian Open Collector:

Hubungan kabel: Red/merah

 Vcc

- Black/Hitam

 Ground

- Green/Hijau

 Sinyal A

- White putih

 Sinyal B

- Yellow/Kuning  Sinyal Z

Gambar 3.7 : Rangkaian open kolektor dari system rotary encoder.

Adapun bentuk phisik dari rotary encoder yang digunakan serta contoh dimensi ukurannya seperti yang terlihat pada gambar sebagai berikut:

Gambar 3.8 : Bentuk phisik dan dimensi ukuran rotary encoder.



36

d- Limit Switch Limit switch atau disebut saklar batas digunakan untuk membatasi gerakan valve pada kondisi membuka dan menutup. Pada sistem DC valve ini dipasang 4 buah limit switch yang berfungsi untuk : - Memutuskan catu daya DC yang dipasok ke motor pada kondisi buka dan kondisi tutup. - Memberi sinyal kondisi buka dan kondisi tutup ke kontroller. Spesifikasi dari limit switch yang digunakan adalah : -

Kemampuan kontak

= 5 A , 250 V AC = 0.5 A, 25 V DC

-

Sistem kontak

= SPDT (Single Pole Double Through)

-

Jenis limit switch yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada gambar sebagai berikut:

Gambar 3.9 : Jenis limit switch yang digunakan untuk sistem proteksi dan input buka-tutup valve.

3.2.2

Konstruksi mekanis sistem DC Valve

Sistem mekanis dari DC valve ini dirancang berdasarkan penggunaan untuk aplikasi aliran zat cair tekanan rendah sekitar 0 – 5 Bar, hal tersebut disesuaikan dengan kemampuan penggerak dari valve dimana dalam hal ini penggerak yang digunakan adalah motor DC daya kecil, walaupun sebenarnya jenis gate valve yang digunakan mampu untuk tekanan tinggi.



37

- Kontruksi dari DC valve dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Rotary Encoder Gearbox Timing belt Motor DC

Limit switch input PLC

Batang ulir

Tuas penekan limit switch

Tuas penekan limit switch Limit switch proteksi Gate valve

Gambar 3.10 : Rancangan konstruksi DC valve.

Dari rancangan konstruksi DC valve diatas hasil perakitan sistem mekanisnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Konektor Output Limit proteksi kondisi tutup Konektor Input Limit proteksi kondisi buka

Limit switch input PLC kondisi tutup Tuas penekan limit switch Limit switch input PLC kondisi buka

Gambar 3.11 : Konstruksi DC valve setelah semua komponen dirakit.



38

3.2.3 -

Sistem Input Dan Output Untuk Pengontrolan DC Valve

Sistem input DC Valve:

Untuk pengendalian sistem motorized valve yang terkontrol secara digital diperlukan sistem input yang berupa sinyal digital, dimana sinyal digital tersebut diumpankan kepenghitung kecepatan tinggi. Selanjutnya data yang dihasilkan oleh penghitung kecepatan tinggi dibandingkan dengan data yang ditentukan terhadap besaran atau posisi dari bukaan valve. Sinyal digital sebagai input untuk mengukur posisi bukaan valve diperoleh dari sebuah rotary encoder yang putarannya disinkronkan dengan putaran dari motor penggerak valve. Adapun rangkaian dari sistem input digital tersebut seperti yang terlihat pada gambar rangkaian sebagai berikut:

Gambar 3.12 : Hubungan rangkaian system input digital DC valve dengan system input PLC.

Pada gambar rangkaian rotary encoder diatas, pulsa digital yang diumpankan ke input PLC adalah pulsa A dan B, yang selanjutnya data digital yang dihasilkan oleh pulsa A dan B tersebut dibaca oleh penghitung kecepatan tinggi yang diprogram pada sistem software PLC. Dengan menggunakan rotary encoder posisi bukaan valve dapat dikontrol dengan sangat presisi, dan itu bergantung dari jumlah pulsa rotary encoder perputaran, makin besar jumlah pulsa rotary encoder perputaran semakin presisi posisi bukaan yang dapat dikontrol. Disamping input digital untuk mengetahui dan menentukan posisi bukaan valve, sistem input dari DC valve ini dilengkapi pula dengan sistem input On-Off yang berfungsi untuk membatasi gerakan buka dan tutup valve. Buka-tutup dari valve



39

tersebut perlu dibatasi agar tidak terjadi stress pada sistem mekanisme valve pada saat buka penuh dan tutup penuh, Stress mekanis yang terjadi pada saat valve terbuka atau tertutup penuh akan mengakibatkan terjadinya stress pada sistem mekanisme dari motor penggerak valve, dimana itu akan menyebabkan terjadinya stall pada motor penggerak, bila hal itu terjadi maka arus motor akan naik dan mengakibatkan motor akan panas dan kemungkinan lama kelamaan akan terbakar, seperti yang dinyatakan pada persamaan: E = I2.R.t Joule. Input On-Off sebagai pembatas gerakan buka-tutup valve tersebut adalah berupa limit switch/saklar batas (Limit switch input PLC) yang rangkaiannya seperti yang ditunjukkan pada diagram sebagai berikut:

Gambar 3.13 : Hubungan rangkaian system input limit switch DC valve dengan system input PLC.

-

Sistem output DC Valve :

Untuk mengendalikan bukaan valve dengan gerakan membuka atau menutup, digunakan 2 buah relay kontrol yaitu relay kontrol untuk kondisi buka valve (KA2) dan relay kontrol untuk kondisi tutup valve (KA1). Kontak kontak relay disusun sedemikian rupa untuk sistem keamanan pengoperasian valve. Pada gambar rangkaian dibawah ini terlihat bahwa dengan kontak-kontak relay kontrol dirangkai seperti itu maka kondisi rangkaian dan sistem catu daya motor penggerak valve akan aman bila terjadi kesalahan dalam memprogram sistem kontrol valve, dimana apabila relay kontrol KA1 dan KA2 hidup bersamaan maka tegangan catu daya valve akan terputus dan valve tidak akan bekerja, jadi tidak mungkin terjadi hubung singkat pada catu daya pada saat relay kontrol KA1 dan KA2 hidup bersamaan.



40

Disamping itu pula sistem proteksi operasi valve ditingkatkan lagi dengan dipasangnya limit switch untuk memutuskan tegangan catu daya pada saat valve membuka penuh atau menutup penuh. Artinya dengan adanya limit switch proteksi ini maka apabila terjadi kelalaian dalam pemrograman PLC dimana si pemrogram lupa dalam memprogram limit switch input PLC (lihat bahasan input On-Off diatas) pada sistem kontrol valve, dan hal itu akan mengakibatkan terjadinya stress mekanis pada sistem operasi valve, yaitu motor penggerak valve tidak OFF pada saat valve berada pada kondisi buka atau tutup penuh. Sehingga dengan dipasangnya limit switch proteksi ini hal tersebut diatas dapat dihindari karena tegangan motor penggerak valve secara otomatis terputus pada saat valve berada pada posisi buka atau tutup penuh. Penggunaan kontak NC (normally close) dari limit switch proteksi tersebut sangat menguntungkan bagi kehandalan sistem kontrol valve, karena kontak NC dari limit switch tersebut hanya berfungsi untuk memutuskan suplai tegangan valve, sehingga arus pemutusan yang ditanggung oleh kontak limit switch cukup kecil (sama dengan arus kerja motor) dan hal itu cukup menguntungkan karena kontak limit switch tidak akan mengalami stress karena pengaruh arus inrush saat motor start, sehingga dengan demikian kontak dari limit switch tersebut tidak akan cepat aus.

Gambar 3.14 : Rangkaian relay kontrol pengendali sistem DC valve



41

Gambar 3.15 : Sistem koneksi rangkaian kontrol valve dengan motor penggerak valve yang ada pada sistem mekanis DC Valve.

Pada blok diagram dibawah ini terlihat bagaimana teknis pengendalian sistem DC valve, dimana untuk mengontrol dan menentukan posisi bukaan valve diperlukan 3 input yang terdiri dari : -

Input waktu interval on-off valve.

-

Input lebar pulsa untuk posisi bukaan valve.

-

Input perintah buka-tutup valve.

Gambar 3.16 : Diagram waktu teknis setting parameter DC valve.

Dengan mengatur input lebar pulsa akan diperoleh gerakan buka-tutup valve yang sangat variatip, atau kalau dikonversikan dengan gerakan linear, maka gerakan bukatutup valve diharapkan dapat diatur dari 0.2 – 19 mm. Pengaturan lebar pulsa ini dapat dilakukan sendiri-sendiri antara kondisi buka dan kondisi tutup.



42

Input waktu interval berfungsi untuk mengatur cepat atau lambatnya valve membuka atau menutup, dimana pengaturan waktu antara kondisi buka dan tutup dapat dibuat berbeda. Apabila sistem pengoperasian valve dirancang untuk pengoperasian semi-otomatis, maka setelah parameter waktu interval dan lebar pulsa disetting, maka valve dikontrol melalui tombol buka dan tombol tutup valve, sedangkan pada sistem pengoperasian otomatis, kondisi pengaturan parameter tersebut diatur sesuai dengan ketentuan dari deskripsi kerja sistem yang telah ditetapkan. Dari uraian diatas diagram alir kondisi operasi DC valve dapat dijelaskan sebagai berikut: - Diagram alir kondisi operasi buka valve. START Input data dari rotary encoder

Hitung data rotary encoder

Tempatkan di register A

Isi data lebar pulsa

Tempatkan di register B

Isi data waktu interval

Tempatkan di register C

A Relay kontrol buka valve OFF

Relay pembanding data ON

Relay kontrol supply DC OFF

Timer ON Bandingkan data A dan data B

tdk

Start Buka valve

Relay kontrol buka valve ON

Relay kontrol supply DC ON

tdk

Data A >= data B ?

Waktu interval C tercapai?

ya

Valve stop membuka

Relay pembanding data Off

ya

Valve bergerak membuka

Reset Penghitung kecepatan tinggi

Kembali ke proses awal

ya

A

Gambar 3.17 : Diagram alir teknis operasi DC valve yang terkait dengan sistem kontrol PLC.



43

Dari diagram alir diatas teknis operasi DC valve yang terkait antara sistem mekanis

DC valve secara hardware dan dengan sistem kontrol PLC secara

software dapat dilihat pada blok diagram sebagai berikut:

Gambar 3.18 : Blok diagram sistem kontrol DC valve

3.3.

Aplikasi DC Valve pada Proses Plant

Untuk pengujian unjuk kerja dari DC valve, perlu diaplikasikan pada suatu proses plant, yang dalam hal ini dipilih suatu proses plant yang sederhana, yaitu proses plant

yang menyimulasikan sistem water treatment pada suatu steam Boiler,

dimana dalam hal ini air untuk pasokkan boiler dijaga tetap stabil pada suatu setpoint yang telah ditentukan. Proses plant dirancang dengan konstruksi yang sesederhana mungkin, tetapi tetap dapat memberikan suatu gambaran yang terkait dengan proses kendali sistem secara loop tertutup.



44

Rancangan dari proses plant dapat dilihat pada dibawah ini :

Penempatan DC Valve pada proses plant

- Gambar rancangan proses plant

- Proses plant setelah semua komponen dirakit.

Gambar 3.19 : Rancangan proses plant sebagai aplikasi DC valve pada sistem kontrol proses

Dari gambar diatas ukuran proses Plant adalah : o Tinggi

= 500 mm

o Panjang = 460 mm o Lebar

= 220 mm.

Pada gambar proses plant diatas fungsi dari tangki air adalah; o Tangki air 1 disimulasikan sebagai tangki air sumber. o Tangki air 2 disimulasikan sebagai tangki air penampung untuk pasokkan air boiler yang dijaga kestabilannya sesuai dengan ketentuan proses. Komponen utama yang dipasang pada proses plant adalah : o DC Valve. o Pompa air submersible /Mini water pump (2 buah). o Sensor berat/strain gage. Fungsi dari komponen utama yang dipasang pada proses plant : o DC valve  Valve ini berfungsi sebagai komponen penambah (adding device) dimana valve akan membuka atau menutup untuk memasok air pada tangki air 2. Bila level atau volume air pada tangki air 2 berkurang dari nilai setpoint maka valve akan membuka secara otomatis mengisi air dalam tangki air 2, bila



45

level air telah mencapai setting point yang telah ditentukan maka valve akan menutup secara otomatis. o

Pompa air submersible  Pompa air ini berfungsi sebagai komponen pengurang (subtracting device) atau sebagai komponen pengganggu (disturbing device) pada proses operasi dari proses plant tersebut. Pada saat level air pada tangki 2 pada kondisi stabil, maka untuk menyimulasikan bahwa air dalam tangki 2 digunakan oleh boiler, satu pompa dihidupkan sehingga air dalam tangki 2 akan berkurang, sehingga volume air dalam tangki 2 akan turun dibawah setpoint yang telah ditetapkan, dan kondisi tersebut akan direspon oleh DC valve untuk mengembalikan kondisi air dalam tangki 2 agar volume air kembali lagi ke nilai setpoint yang telah ditetapkan.

o

Sensor berat/strain gage Sensor ini berfungsi sebagai komponen pengukur berat air dalam tangki 2, data yang diperoleh hasil dari pembacaan sensor selanjutnya dikonversikan menjadi data volume air dalam tangki 2. Data hasil pembacaan volume air tersebut selanjutnya dibandingkan dengan data setpoint dari volume air yang diinginkan dalam tangki 2. Bila air yang masuk kedalam tangki 2 telah mencapai nilai volume setpoint maka kontroller akan mematikan pompa atau menutup DC valve. Demikian pula bila terjadi air dalam tangki 2 kurang dari nilai setpoint, maka kontroller akan membuka DC valve agar air dalam tangki 2 bertambah dan setelah mencapai setpoint, kontroller akan menutup valve.

Komponen-komponen pendukung lainnya yang dipasang pada proses plant dapat dilihat pada gambar sebagai berikut:



46

5

6

4 1 7 2

3

Gambar 3.20 : Peralatan pendukung system proses plant.

Keterangan : 1. Socket outlet untuk power supply pompa air 2. Socket DB9 untuk kontrol pompa air. 3. Socket AC 220 Volt untuk modul power supply DC 24 Volt. 4. Power supply DC 24 Volt untuk catu kontroller sinyal kondisi. 5. Modul kontroller sinyal kondisi. 6. Socket DB9 untuk data input analog (sensor berat). 7. Pompa air submersible (Mini Water Pump).

Dari uraian diatas terlihat bahwa dalam pengendalian proses plant dan DC valve diperlukan 3 jenis sistem sinyal input yang diumpankan kekontroller (PLC) yaitu : -

Sinyal input On - OFF yang diberikan melalui limit switch.

-

Sinyal input digital yang diberikan melalui rotary encoder.

-

Sinyal input analog yang diberikan melalui straingage.

3.3.1

Blok diagram sistem proses plant

Dari uraian mengenai aplikasi DC valve pada proses plant serta komponen pendukungnya, gambaran nyatanya bagaimana hubungan antara semua komponen tersebut terhadap teknis pengendalian sistem kontrolnya dapat dilihat pada blok diagram sistem kontrol sebagai berikut:



47

Gambar 3.21 : Blok diagram system proses plant yang diaplikasikan dengan DC Valve untuk mengatur level air dalam tangki.

Gambar 3.22 : Blok diagram aplikasi sistem kontrol proses plant dengan DC valve

3.3.2

Deskripsi kerja proses plant

Teknis operasi dari kondisi kerja proses plant berdasarkan deskripsi yang telah ditetapkan seperti yang terlihat pada blok diagram dibawah ini :



48

Gambar 3.23 : Blok diagram teknis kerja dari proses plant dan DC valve.

Dari blok diatas deskripsi kerja dari masing-masing mode operasi kontrol adalah: a)

Mode 1 : Kondisi kerja proses plant berdasarkan setpoint.

Deskripsi kerja mode 1 ini meliputi kondisi kerja sistem yang bekerja secara otomatis setelah semua parameter disetting sesuai dengan ketentuan proses, dengan sekuen operasi kontrolnya sebagai berikut: 1. 2. 3. 4. 5.

Pilih operasi kontrol mode 1. Set nilai setpoint sesuai kebutuhan proses. Start sistem kontrol. Periksa kondisi level air dalam tangki 2. Bila level air dalam tangki 2 berada dalam kondisi minimum, valve akan membuka secara otomatis. 6. Bila level air dalam tangki 2 berada dalam kondisi maksimum, pompa 1 atau pompa 2 akan ON secara otomatis. 7. Bila level air dalam tangki 2 telah sama dengan setpoint, maka valve akan menutup atau pompa OFF akan secara otomatis. 8. Apabila pada saat valve sedang sudah menutup, level air dalam tangki 2 melebihi dari setpoint, maka secara otomatis pompa akan ON untuk menyamakan level air dengan setpoint.



49

9. Bila air dalam tangki 2 digunakan untuk keperluan boiler, sehingga levelnya turun dibawah setpoint maka secara otomatis valve akan membuka untuk mengisi air dalam tangki 2. 10. Selanjutnya bila level air dalam tangki 2 sudah sama dengan setpoint, maka secara otomatis valve mentutup kembali. Demikian seterusnya. b)

Mode 2 : Kondisi kerja proses plant secara manual.

Deskripsi kerja mode 2 ini meliputi kondisi kerja sistem yang bekerja secara manual, dimana

pengoperasian

buka-tutup

valve

dan

ON-OFF

pompa

dilakukan

menggunakan tombol operasi. Teknis pengoperasian untuk valve dirancang dengan 2 submode operasi yaitu :

b1) Mode operasi valve secara kontinyu. Pada mode operasi ini kondisi buka-tutup valve menggunakan tombol operasi buka dan tutup valve, dengan sekuen operasi kontrolnya sebagai berikut:

1.

Set kontrol manual pada operasi kontinyu.

2.

Bila valve dalam keadaan tutup penuh, tekan tombol buka valve, maka valve akan bergerak membuka, dan akan membuka terus sampai pada bukaan penuh.

3.

Valve akan berhenti bila telah mencapai bukaan penuh, atau dapat dihentikan dengan menekan tombol stop.

4.

Demikian pula bila valve dalam keadaan buka penuh, tekan tombol tutup valve, maka valve akan bergerak menutup, dan akan menutup terus sampai pada kondisi tutup penuh.

5.

Valve akan berhenti bila telah mencapai kondisi tutup penuh, atau dapat dihentikan dengan menekan tombol stop.

6.

Bila kondisi kerja valve dihentikan dengan tombol stop, maka valve dapat dibuka atau ditutup lagi dengan menekan tombol buka atau tutup valve.

7.

Demikian seterusnya.



50

b2) Mode operasi valve secara JOG. Pada mode operasi ini kondisi buka-tutup valve menggunakan tombol operasi buka dan tutup valve, dengan sekuen operasi kontrolnya sebagai berikut: 1. 2.

Set kontrol manual pada operasi JOG. Set lebar pulsa operasi valve, setting ini bertujuan untuk memperbesar bukaan valve pada saat dilakukan kondisi JOG, pada kondisi tidak diset, data pulsa telah diset pada nilai = 1, maksimum setting sampai dengan nilai 100 pulsa.

3.

Bila valve dalam keadaan tutup penuh atau sebagian tertutup, tekan tombol buka valve, maka valve akan bergerak membuka sesaat lalu berhenti, dan akan membuka lagi sesaat bila tombol ditekan kembali.

4.

Valve akan berhenti bila telah mencapai bukaan penuh.

5.

Demikian pula bila valve dalam keadaan buka penuh atau sebagian terbuka, tekan tombol tutup valve, maka valve akan bergerak menutup sesaat lalu berhenti, dan akan menutup lagi sesaat bila tombol ditekan kembali.

6.

Valve akan berhenti bila telah mencapai kondisi tutup penuh.

7.

Demikian seterusnya .

b3) Mode operasi bukaan valve secara millimeter. Pada mode operasi ini kondisi buka-tutup valve menggunakan tombol operasi buka dan tutup valve, dimana setting bukaan valve dapat diatur dalam millimeter, dengan sekuen operasi kontrolnya sebagai berikut: 1.

Set kontrol Manual pada operasi bukaan valve secara millimeter dengan menekan tombol START/STOP.

2.

Isi data bukaan valve yang diinginkan dengan nilai minimal 5 dan maksimal 190 point.

3.

Tekan tombol Buka atau Tutup Valve, maka valve akan membuka atau menutup sesuai dengan setting bukaan yang diinginkan dalam millimeter.

4.

Gerakan buka-tutup valve akan berhenti bila telah tercapai pada setting yang telah ditetapkan.

5.

Gerakan buka-tutup valve dapat diatur cepat-lambatnya dengan menekan tombol Cepat atau tombol Lambat.

6.

Demikian seterusnya.



51

c)

Mode 3 : Kondisi kerja valve secara manual.

Deskripsi kerja mode 3 ini meliputi kondisi kerja valve yang bekerja secara manual, dimana pengoperasian buka-tutup valve dilakukan menggunakan tombol operasi. Teknis pengoperasian untuk valve dirancang dengan 2 submode operasi yaitu : c1) Mode operasi manual valve dengan bukaan secara persentase. Pada mode operasi ini kondisi buka-tutup valve dilakukan menggunakan tombol operasi buka dan tutup valve, dengan sekuen operasi kontrolnya sebagai berikut: 1.

Set kontrol manual valve pada kondisi setting dengan persentase.

2.

Bila valve dalam keadaan tutup penuh, tekan tombol buka valve, maka valve akan bergerak membuka, dan akan membuka terus dan akan berhenti bila telah mencapai nilai setting yang telah ditetapkan.

3.

Bila tombol ditekan lagi maka valve akan berjalan kembali dan akan berhenti bila sudah sesuai dengan setting.

4.

Valve akan berhenti bila telah mencapai bukaan penuh, atau dapat dihentikan dengan menekan tombol stop.

5.

Kondisi diatas berlaku pula bila kondisi valve dalam keadaan buka penuh, tekan tombol tutup valve, maka valve akan bergerak menutup dan akan berhenti dan akan berhenti bila telah mencapai nilai setting yang telah ditetapkan. Demikian seterusnya.

c2) Mode operasi manual valve dengan buka-tutup secara terpisah. Pada mode operasi ini kondisi buka-tutup valve menggunakan tombol operasi buka dan tutup valve, dan setting parameter bukaan valve dapat dilakukan sendiri-sendiri antara kondisi valve buka dan kondisi valve tutup, sekuen operasi kontrolnya adalah sebagai berikut: 1.

Set kontrol manual pada operasi setting buka-tutup secara terpisah.

2.

Set lebar pulsa operasi valve, setting ini bertujuan untuk memperbesar operasi bukaan valve, maksimum setting sampai dengan nilai 5000 pulsa.

3.

Set waktu interval bukaan valve, tujuan setting ini untuk menunda kondisi kerja valve pada satu siklus dari setting lebar pulsa yang telah ditentukan sebelumnya.

4.

Bila valve dalam keadaan tutup penuh atau sebagian tertutup, tekan tombol buka valve, maka valve akan bergerak membuka secara kontinyu dan berhenti bila telah mencapai kondisi tutup penuh.



52

5.

Pada saat sedang berkerja sewaktu-waktu dapat dihentikan dengan menekan tombol stop valve.

6.

Demikian pula bila valve dalam keadaan tutup penuh atau sebagian tertutup, tekan tombol buka valve, maka valve akan bergerak membuka secara kontinyu dan berhenti bila telah mencapai kondisi tutup penuh. Demikian seterusnya.

3.3.3

Diagram Alir sistem kontrol proses plant.

Dari blok diagram proses kerja dan deskripsi kerja sistem kontrol diatas lebih sederhananya dapat dilihat pada diagram alir sebagai berikut : a) Diagram alir kondisi kerja plant berdasarkan setpoint:

Gambar 3.24 : Diagram alir kondisi kerja proses plant berdasarkan setpoint.



53

b) Diagram alir kondisi kerja plant secara manual:

Gambar 3.25 : Diagram alir kondisi kerja proses plant secara manual.



54

c) Diagram alir kondisi kerja manual valve dengan setting bukaan valve secara persentase.

Gambar 3.26 : Diagram alir kondisi kerja manual valve dengan setting bukaan secara persentase.



55

d) Diagram alir kondisi kerja manual valve dengan setting buka-tutup valve secara terpisah.

Gambar 3.27 : Diagram alir kondisi kerja manual valve dengan setting bukaan secara terpisah.



56

3.4

Teknis instalasi proses plant dengan PLC

Teknis penginstalasian antara input dan output (I/O) proses plant dengan I/O PLC berdasarkan blok diagram sebagai berikut:

Gambar 3.28 : Blok diagram sistem instalasi I/O proses plant dan DC valve dengan I/O PLC.

Pada gambar diatas terlihat bahwa hubungan antara modul kontroller (PLC) dengan proses plant dan DC valve dilakukan menggunakan D konektor, sehingga antara modul kontroller, proses plant serta DC valve dapat dipasang-lepas, dengan kondisi tersebut modul controller dapat pula digunakan untuk aplikasi proses plant yang lain, demikian pula sebaliknya modul proses plant dan DC valve dapat pula digunakan pada controller yang lain.



57

3.4.1

Instalasi sistem I/O PLC

Hubungan peralatan input dan output sistem kontrol yang terhubung dengan sistem PLC dapat dilihat pada gambar dan tabel I/O sebagai berikut: Tabel 3.1 : Tabel Output PLC No. 1 2 3 4 5 6 7 8

Output Luar DC supply R56 Under dan Over limit setpoint Tanda pulsa kontrol valve Tanda kondisi setimbang Relay DC Valve Tutup Relay DC Valve Buka Pompa 1 Pompa 2

Notasi DC_R56 LIM_SET Pulse_V T_STB DCV_T DCV_B P1 P2

Output PLC P40 P41 P42 P43 P44 P45 P46 P47

Fungsi Kontrol pulsa tegangan valve Monitor kondisi set SP dan Level Monitor pulsa tegangan valve Monitor kondisi SP=PV Kontrol tutup valve Kontrol buka valve Kontrol On-Off Pompa 1 (P1) Kontrol On-Off Pompa 2 (P2)

Output: - Kontrol Pompa - Kontrol DC Valve

Input: - Analog - Rotary encoder - Limit switch

Tabel 3.2: Tabel Input PLC No. Input Luar Notasi Input PLC Fungsi 1 Input pulsa A PLS_A P00 Sinyal A Rotary Encoder 2 Input pulsa B PLS_B P01 Sinyal B Rotary Encoder 3 Tombol Start STR P02 Start operasi kontrol otomatis 4 Tombol Stop STP P03 Stop operasi kontrol otomatis 5 Tombol Merah SM P04 Setting Setpoint turun 6 Tombol Hitam SH P05 Setting Setpoint naik 7 Switch 1 atas SW1_A P06 Manual kontrol Valve 8 Switch 2 bawah SW2_B P07 Manual kontrol Pompa 9 Switch 3 atas SW3_A P08 Pilih mode operasi kontrol 10 Switch 4 bawah SW4_B P09 Reset kontrol 11 Limit switch Tutup LS_T P0A Pembatas kondisi valve tutup 12 Limit switch Buka LS_B P0B Pembatas kondisi valve buka 13 Input Analog ANA V0 Sinyal dari sensor berat. Catatan : Type PLC  Master-K-120s , K7M-DR20U, 12 Input dan 8 Output.



58

3.4.2

Instalasi sistem I/O Proses Plant

Rangkaian instalasi dari sistem input proses plant adalah sebuah sensor analog yang berupa straingage ( sensor berat) yang berfungsi sebagai pengukur berat air dalam tangki penampung, selanjutnya dari data berat air tersebut dikonversikan kedalam bentuk data volume air dalam tangki penampung. Sedangkan rangkaian instalasi dari sistem output proses plant terdiri dari 2 buah pompa air submersible yang berfungsi sebagai komponen pengurang atau pengganggu dari kondisi air dalam tangki penampung, yang berguna untuk mensimulasikan sistem loop tertutup dari proses pengendalian misalnya pada sistem perawatan air boiler. Teknis penginstalasiannya seperti yang terlihat pada gambar sebagai berikut:

Gambar 3.29 : Diagram pengawatan dan penempatan peralatan pada proses plant



59

3.4.3

Hubungan instalasi PLC dan Proses plant

Hubungan instalasi secara keseluruhan antara proses plant dengan PLC dapat dilihat pada gambar diagram sebagai berikut:

Gambar 3.30 : Diagram pengawatan sistem instalasi I/O proses plant dan DC valve dengan I/O PLC.

Dari gambar diagram diatas terlihat bahwa rancangan instalasi dari antara modul PLC dengan proses plant dihubungkan melalui D konektor, yang artinya bahwa modul PLC dapat digunakan terpisah dengan proses plant. Sehingga modul PLC dapat pula digunakan pula untuk sistem aplikasi proses plant yang lain, dan sangat berguna untuk melakukan percobaan-percobaan proses kontrol PLC di laboratorium sistem kendali.



60

3.5.

Teknis pemrograman dan sistem akusisi data

Pada blok diagram dibawah ini merupakan gambaran bagaimana sistem akusisi data diprogram pada sistem tampilan SCADA. a) Teknis sistem akusisi data pada sistem operasi proses plant berdasarkan setpoint:

Gambar 3.31 : Diagram alir teknis operasi proses plant

b) Teknis sistem akusisi data pada sistem operasi valve :

Gambar 3.32 : Blok diagram teknis akuisisi data antara system SCADA dan PLC.



BAB 4 PEMROGRAMAN DAN PENGUJIAN

Pemrograman PLC dan sistem akusisi data pada tulisan dibawah ini merupakan bagian penting dari jalannya proses unjuk kerja dari sistem DC valve, karena semua perangkat hardware yang telah diinstalasi dan dihubung bersama-sama satu sama lainnya tidak akan berfungsi apabila program kontrol PLC dan sistem akusisi data pada sistem SCADA tidak diinisialisasi pada sistem hardware PLC melalui perangkat komputer. PLC berfungsi untuk mengendalikan sistem control proses plant dan DC valve sesuai dengan deskripsi kerja sistem kontrol yang diinginkan, sedangkan sistem SCADA berfungsi untuk mengontrol dan memonitor unjuk kerja dari proses plant dan DC valve, dimana dalam hal ini sistem SCADA diinisialisasi sebagai instrumen untuk mengukur dan menguji performa dari sistem DC valve. Adapun hubungan antara program PLC dan inisialisasi sistem SCADA terhadap proses pengontrolan dan pengujian sistem DC valve dapat dilihat pada blok diagram sebagai berikut:

Gambar 4.1 : Blok diagram teknis pengontrolan dan pengujian DC valve.



62

4.1 Teknis Perancangan pemrograman PLC Teknis perancangan pemrograman sistem kontrol proses plant dan DC valve mengikuti alur pemrograman berdasarkan blok diagram sebagai berikut : 1

Program seleksi operasi kontrol : - Mode Operasi Otomatis - Mode operasi Valve - Mode operasi Manual

12

13 2

3

4

Baca data rotary encoder dengan penghitung kecepatan tinggi

Reset penghitung kecepatan tinggi Kontrol bukaan valve dengan membandingkan data pulsa rotary encoder dengan data setpoint.

5

Set waktu interval on-off valve mode kontrol setpoint / otomatis

6

Kontrol pulsa bukaan valve berdasarkan volume air, hasilnya digunakan sebagai data untuk dibandingkan dengan data pulsa rotary encoder.

7

8

9

14

Kontrol seleksi operasi manual bukaan valve secara millimeter

10

Kontrol setting waktu interval mode setting valve buka-tutup secara terpisah

11

Kontrol bukaan valve dengan membandingkan data pulsa rotary encoder dengan data setpoint untuk mode setting valve secara terpisah

Kontrol untuk monitor posisi grafis data buka-tutup valve pada mode setting terpisah Kontrol pembanding dan pemindahan data setting pulsa bukaan valve pada mode setting secara terpisah dan data jumlah hitung untuk dimonitor pada sistem scada

15

Kontrol kondisi grafis bukaan valve sesuai dengan setting lebar pulsa pada mode setting terpisah

16

Kontrol bukaan valve dengan membandingkan data pulsa rotary encoder dengan data setpoint untuk mode setting valve secara persentase

17

Kontrol seleksi setting valve secara terpisah dan persentase

Kontrol seleksi operasi manual valve secara kontinyu dan JOG

Kontrol untuk monitor jumlah hitungan pulsa on-off bukaan valve untuk mode setting secara terpisah

Kontrol setting waktu interval mode setting buka-tutup valve secara persentase

18

Hitung kondisi on-off bukaan valve pada mode setting secara persentase

19

Set dan hitung besaran persentase bukaan valve

20

Pindahkan data 0% dan 100% bila valve telah buka dan tutup penuh

21

Kontrol output valve kondisi tutup

22

Kontrol output valve kondisi buka

23

Kontrol on-off tegangan supply motor valve berdasarkan lebar pulsa rotary encoder

1

Start-stop sistem kontrol otomatis

1

Relay output PLC untuk kontrol tutup valve

2

Baca data berat air pada tangki 2

2

Relay output PLC untuk kontrol buka valve

3

Konversi data berat air menjadi data volume air

3

Relay output PLC untuk kontrol supply tegangan motor valve

4

Set data setpoint untuk batasan level air pada tangki 2

4

Relay output PLC untuk kontrol Pompa 1

5

Kontrol data air aktual sesuai dengan setpoint

5

Relay output PLC untuk kontrol Pompa 2

6

Kontrol level air tangki 2 berdasarkan setpoint yang telah ditetapkan

6

7

Manipulasi data air tangki 2 untuk monitor grafis leveli air dalam tangki 1. Bila level air dalam tangki 2 naik maka level dalam tangki 1 akan turun.Demikian sebaliknya

Relay output PLC untuk kontrol lampu tanda kondisi setimbang antara level aktual air tangki 2 dengan setting setpoint

7

Relay output PLC untuk kontrol lampu tanda kontrol on-off relay output tegangan supply motor valve

8

Relay output PLC untuk kontrol lampu tanda low dan high level dan setpoint tangki 2

9

AKHIR PROGRAM

8

Kontrol pembatas maksimun dan minimum level air tangki 2 secara aktual dan setpoint level air tangki 2

9

Kontrol pergantian on-off Pompa 1 dan Pompa 2

10

Kontrol output Pompa 1

11

Kontrol output Pompa 2

Gambar 4.2 Blok diagram teknis perancangan program PLC untuk sistem kontrol proses plant dan DC valve



63

Dari blok diagram diatas terlihat bahwa teknis pemrograman proses plant dan DC valve terdiri dari 4 bagian yaitu : -

Blok pemrograman untuk DC valve ada 22 blok yaitu dari blok 2 – 23 atau 51 % dari blok pemrograman secara keseluruhan. Blok pemrograman untuk sistem proses plant yaitu pengontrolan pompa dan level air pada tangki ada 11 blok yaitu dari blok 1 – 11 atau 26 % dari blok pemrograman secara keseluruhan. Blok pemrograman untuk output sistem kontrol ada 8 blok yaitu dari blok 1 – 8 atau 19 % dari blok pemrograman secara keseluruhan. Blok pemrograman seleksi mode kontrol dan akhir program hanya mengambil porsi 4 %

-

-

Dari kondisi tersebut, blok pemrograman PLC untuk pengontrolan DC valve mengambil porsi yang cukup besar dalam aplikasi unjuk kerja sistem operasi plant secara keseluruhan yaitu lebih dari 50 %, hal ini cukup beralasan karena memang fokus dari tesis ini adalah perancangan sistem motorized valve yang terkontrol secara digital. 4.1.1

Tabel I/O sistem kontrol

Pemrograman dari masing-masing blok program diatas memerlukan inisialisasi input dan output PLC agar sistem kontrol dapat bekerja sesuai dengan deskripsi kerja kontrol yang telah ditetapkan pada bahasan bab 3. Input dan output yang terkait dengan jalannya masing-masing proses dari blok pemrograman diatas dapat dilihat pada tabel sebagai berikut: Tabel 4.1 : Tabel I/O kontrol DC Valve No.

Blok Pemrograman DC Valve

Input PLC

Output PLC

Keterangan

1

Pilihan mode operasi secara terpisah dan persentase

P6

-

Input berfungsi pada mode operasi manual valve

2

Buka valve manual

P3

-


3

Tutup valve manual

P2

-


4

Mode Operasi kontinyu

P6

-

Input berfungsi pada mode operasi setpoint/otomatis

5

Mode Operasi JOG

P7

-

Input berfungsi pada mode operasi setpoint/otomatis

6

Kontrol Buka valve

-

P45

Output berfungsi pada semua mode operasi

7

Kontrol Tutup valve

-

P44


8

Kontrol tegangan supply DC

-

P40


9

Kontrol lampu tanda On-Off supply tegangan DC motor

-

P42




64

Tabel 4.2 : Tabel I/O kontrol proses plant Blok Pemrograman proses plant

No.

Input PLC

Output PLC

Keterangan Input berfungsi pada mode operasi setpoint/ otomatis Input berfungsi pada mode operasi setpoint/ otomatis Input berfungsi pada mode operasi setpoint/ otomatis Input berfungsi pada mode operasi setpoint/ otomatis Input berfungsi pada mode operasi otomatis sebagai simulasi gangguan Input berfungsi pada mode operasi otomatis sebagai simulasi gangguan

1

Start kontrol otomatis

P3

-

2

Stop kontrol otomatis

P2

-

3

Setting Setpoint turun

P5

-

4

Setting Setpoint naik

P4

-

5

On-Off Pompa 1

P6

-

6

On-Off Pompa 2

P7

-

7

On-Off Pompa 1

P4

-

Input berfungsi pada mode operasi manual

8

On-Off Pompa 2

P5

-

Input berfungsi pada mode operasi manual

9

Kontrol Pompa 1

-

P46


10

Kontrol Pompa 2 Kontrol lampu tanda kondisi setimbang Kontrol lampu tanda kondisi low dan high level serta SP

-

P47


-

P43


-

P41


11 12

Tabel 4.3 : Tabel Input operasi kontrol proses plant dan valve. No.

Blok Pemrograman Seleksi mode kontrol

Input PLC

Output PLC

Keterangan

1

Pilihan mode operasi

P8

-

Input berfungsi pada semua mode operasi

2

Reset mode operasi

P9

-

Input berfungsi pada semua mode operasi

4.1.2

Metode perancangan program PLC

Perancangan program PLC untuk sistem kontrol proses plant dan valve dilakukan dengan metode blok fungsi, dimana dengan menggunakan metode ini hubungan input, proses dan output sistem kontrol akan terlihat alurnya dengan jelas. Teknis perancangan kontrol dibuat per-blok agar mudah menganalisis kondisi kerja rangkaian kontrol apabila saat dieksekusi progam rangkaian kontrol tidak bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Masing-masing blok pada blok diagram diatas diturunkan kedalam blok fungsi sesuai dengan fungsi operasi sistem kontrol yang diinginkan oleh deskripsi kerja sistem.



65

Penerapan metode perancangan sistem kontrol PLC dengan metode blok fungsi seperti yang terlihat pada sample program dari beberapa blok diagram diatas sebagai berikut: (lihat blok diagram gambar 4.2 – hal 62)

a) Blok diagram seleksi operasi kontrol Blok diagram ini bila diturunkan kedalam sistem blok fungsi mengikuti algoritma sebagai berikut: 1. Bila input program seleksi (P8) =1 dan input reset seleksi (P9) = 0, maka mode kontrol proses otomatis/setpoint dieksekusi. 2. Bila P8 =0 , maka tunggu perintah input P8 selanjutnya. 3. Bila P8 diset =1 untuk kedua kalinya, maka mode kontrol proses operasi manual valve dieksekusi. 4. Bila P8 =0 , maka tunggu perintah input P8 selanjutnya. 5. Bila P8 diset =1 untuk ketiga kalinya, maka mode kontrol proses operasi manual proses plant level air dieksekusi. 6. Bila P8 = 0 , maka tunggu perintah input P8 selanjutnya. 7. Bila P8 diset = 1 untuk keempat kalinya, maka semua mode operasi kontrol kembali lagi ke mode kontrol proses otomatis/setpoint. 8. Demikian seterusnya dan pada saat sistem sedang bekerja pada mode operasi tertentu, input reset (P9) = 1, maka semua mode operasi sistem kontrol dinonaktipkan. 9. Bila P8 =1, eksekusi kontrol kembali ke point 1.

Dari algoritma pemrograman diatas, terapan dari teknis metode blok fungsi dapat dibuat dengan kaidah-kaidah yang harus dipenuhi sebagai berikut: -

Kaidah 1  Setiap titik pernyataan dari algoritma diatas dinyatakan sebagai step atau proses operasi kontrol pada sistem blok fungsi.

-

Kaidah 2  Setiap step/proses operasi kontrol diaktipkan melalui satu atau beberapa transisi perubahan input, apakah dari 0 ke 1 atau dari 1 ke 0, dari hasil perbandingan data, dari hasil perhitungan aritmatik dan lain sebagainya.



66

-

Kaidah 3  Step/proses operasi kontrol dapat berupa relay bantu, relay waktu, relay hitung, pernyataan operasi aritmatika, pemindahan data, pembandingan data dan lain sebagainya.

-

Kaidah 4  Semua urutan proses berlaku secara sekuensial.

-

Kaidah 5  Output dari setiap step operasi dapat berupa eksekusi output sistem atau pernyataan proses yang terkait dengan pengulangan, reset, standby dan lain sebagainya.

-

Kaidah 6  Sekuen relay bantu kontrol dapat menggunakan jenis Self Holding Relay atau Set-Reset Relay.

Dari algotritma dan kaidah metode blok fungsi diatas dapat diturunkan menjadi teknis perancangan metode blok fungsi berikut ini :

Gambar 4.3 : Blok fungsi perancangan sistem seleksi operasi kontrol.



67

b) Blok diagram kontrol bukaan valve membandingkan data pulsa rotary encoder dengan data setpoint untuk mode setting valve secara terpisah. Blok diagram ini bila diturunkan kedalam sistem blok fungsi mengikuti algoritma sebagai berikut: 1. Hitung data rotary encoder dengan penghitung kecepatan tinggi, hasilnya tempatkan pada data register A. 2. Isi data pulsa pembanding ( lebar pulsa ) untuk besaran bukaan valve pada data register B. 3. Isi data waktu interval pada data register C sebagai data setting waktu pada sistem relay kontrol timer. 4. Bandingkan data rotary encoder A dan dengan data setting lebar pulsa B. 5. Start kontrol buka atau tutup valve dan jalankan kontrol tegangan supply DC. 6. Bila gerakan valve telah sampai sesuai setting setpoint B dengan interval waktu C, maka matikan kontrol tegangan supply DC, lalu reset penghitung kecepatan tinggi, selanjutnya ulangi lagi proses point 6. 7. Bila bukaan valve telah sampai pada kondisi buka atau tutup penuh, matikan kontrol buka atau tutup valve, dan tunggu perintah selanjutnya. 8. Bila diinginkan besaran dan kecepatan bukaan valve dengan besaran dan kecepatan tertentu, ulangi lagi point 2 dan seterusnya. Dari algotritma diatas selanjutnya diturunkan menjadi teknis perancangan metode blok fungsi berikut ini :



68

Gambar 4.4 : Blok fungsi perancangan sistem kontrol untuk perbandingan data rotary encoder dengan data setting pulsa .

c) Blok diagram kontrol pembatas maksimun dan minimum level air tangki 2 secara aktual dan setpoint level air tangki 2. Blok diagram ini bila diturunkan kedalam sistem blok fungsi mengikuti algoritma sebagai berikut: 1.

Baca data dari sensor berat dan tempatkan pada register D .

2.

Konversikan data register D menjadi data volume air dan tempatkan pada register E

3.

Isi data pembanding (setpoint) untuk batas level air tangki 2 pada data register F.

4.

Bandingkan data E dan data F.

5.

Bila data E > data F, On-kan pompa 1 atau pompa 2.

6.

Bila data E = data F, matikan operasi pompa 1 atau pompa 2.

7.

Bila data E < data F, buka valve sampai pada posisi tertentu atau buka penuh.



69

8.

Bila level air pada tangki 2 (data E) ≥ data F, tutup kembali valve sampai pada posisi tutup penuh .

9.

Bila pada saat valve bergerak menutup level air pada tangki 2 naik menjadi > data F, On-kan pompa 1 atau pompa 2.

10. Bila data E = data F, matikan operasi pompa 1 atau pompa 2. 11. Bila terjadi kembali perubahan data E atau data F, proses kontrol kembali ke point 4. Demikian seterusnya. Dari algotritma diatas selanjutnya diturunkan menjadi teknis perancangan metode blok fungsi berikut ini :

Gambar 4.5 : Blok fungsi perancangan sistem kontrol untuk perbandingan data volume air dalam tangki dengan data setpoint yang ditetapkan.



70

4.1.3

Teknis pembuatan ladder diagram PLC

Setelah semua blok proses kontrol diatas diturunkan menjadi blok fungsi, maka untuk mentransformasikan blok fungsi tersebut menjadi diagram ladder yang nantinya dapat dieksekusi oleh PLC, dapat dilakukan dengan terlebih dahulu membuat tabel proses sistem blok fungsi dari proses yang terkait, dalam hal ini diambil contoh sampel blok fungsi seleksi sistem operasi kontrol (gambar 4.3) sebagai berikut:

Dari blok fungsi diatas terlihat bahwa input dari proses seleksi sistem operasi kontrolnya adalah P8 dan P9  lihat bahasan subbab 4.1.2 mengenai tabel I/O sistem kontrol. Tabel proses dari blok fungsi diatas adalah :

Tabel 4.4 : Tabel proses blok fungsi seleksi sistem operasi kontrol . No.

Blok fungsi Proses

1 2 3 4 5 6

Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Step 6

Relay kontrol / Instruksi PLC M800 M801 M802 M803 M804 M805

7

Step 7

M806

8 9 10

Mode Otomatis proses plant Mode manual Valve Mode manual proses plant

M550 M551 M552

Fungsi Eksekusi mode otomatis proses plant Standby  tunggu perintah selanjutnya Eksekusi mode manual Valve Standby  tunggu perintah selanjutnya Eksekusi mode manual proses plant Standby  tunggu perintah selanjutnya Reset semua mode operasi dan kembali ke awal proses seleksi Mode otomatis proses plant aktip Mode manual Valve aktip Mode manual proses plant aktip



71

Dari tabel diatas pembuatan diagram ladder sistem kontrol PLC untuk proses seleksi sistem operasi kontrol dapat dilakukan sebagai berikut:

P8

P9

1

M806

Step 1 M800

Eksekusi mode otomatis proses plant

M800 P8

M800

2

Step 2 M801

Standby

M801 P8

3

M801

Step 3 M802

M803 P8

M802

4

Step 4 M803

Eksekusi mode manual Valve

Standby

M803 P8

M803

5

Step 5 M804

M804 P8

M804

6

Step 6 M805

Eksekusi mode manual proses plant

Standby

M805 P8

M805

7

Step 7 M806

Reset semua mode operasi dan kembali ke awal proses seleksi

M550

Mode otomatis proses plant aktip

M551

Mode manual Valve aktip

M552

Mode manual proses plant aktip

M806 M800

8 9 10

M802

M802

M804

M804

M806

Gambar 4.6: Diagram ladder sistem seleksi operasi kontrol.

Dari diagram ladder PLC diatas apabila rangkaian tersebut diprogram pada system software PLC, maka saat PLC dijalankan teknis kerja diagram ladder tersebut akan mengikuti seperti yang dinyatakan pada blok fungsi diatas. Disamping itu pula relay bantu yang terkait dengan mode operasi kontrol yaitu M550, M551 dan M552 merupakan relay eksekusi yang digunakan sebagai inisialisasi Tagname pada sistem SCADA untuk menjalankan proses seleksi mode



72

operasi kontrol bila tombol operasi pada sistem SCADA diklik, maka semua perpindahan dari masing-masing mode operasi dapat dikontrol dan dimonitor.

4.2

Inisialisasi sistem SCADA/HMI

Insialisasi sistem komunikasi SCADA dengan PLC harus dilakukan terlebih dahulu sebelum memulai pembuatan rancangan sistem akusisi data dan monitoring proses plant. Insialisasi sistem komunikasi pada masing-masing sistem SCADA umumnya tidak jauh berbeda satu sama lainnya, dibawah ini salah satu contoh teknis inisialisasi sistem komunikasi antara SCADA Cimon dengan PLC Master-K yaitu : - Klik icon

(I/O Device) dan akan keluar dialog box I/O device

configuration.

Gambar 4.7 : Memasukkan I/O device untuk komunikasi

- Selanjutnya klik tombol New Device, pilih jenis PLC yang akan digunakan (LS MASTER-K S Series Loader Port) dan cantumkan nama untuk perangkat tersebut yaitu PLC_IO.

Gambar 4.8 : Menentukan jenis PLC.



73

- Selanjutnya akan tampil dialog box untuk menyeting stasiun dari PLC dan port yang akan digunakan.

Gambar 4.9 : Menentukan port komunikasi

-

Selanjutnya klik Add Station kemudian pilih tipe PLC yang digunakan dan cantumkan nama dari stasiun yang dipilih yaitu IO_DEV, klik Ok.

Gambar 4.10 : Menentukan tipe PLC dan stasiun I/O

-

Untuk port komunikasi yang digunakan pilih COM1 sesuai dengan yang terdapat pada PC. Klik Save, kemudian Close.

Setelah inisialisasi sistem komunikasi selesai disetting, selanjutnya bila sistem SCADA tersebut dijalankan, maka PLC akan merespon semua data yang dikirim oleh sistem SCADA, demikian pula sebaliknya semua data yang dikirim oleh PLC akan direspon oleh sistem SCADA. Disamping itu pula inisialisasi sistem komunikasi ini diperlukan karena pada saat pengisian TAG I/O yang terkait dengan sistem animasi proses plant, sistem SCADA selalu meminta dimasukkan inisialisasi I/O device yang telah disetting seperti contoh diatas.



74

Selanjutnya untuk membuat tampilan animasi dari proses plant dapat dilakukan dengan menu-menu pembuatan gambar grafik dinamik yang telah disediakan oleh software SCADA tersebut, seperti contoh-contoh dibawah ini : Umumnya semua jenis software SCADA menyediakan simbol-simbol

yang

diperlukan untuk menggambarkan proses plant yang ditempatkan pada suatu library, seperti contoh dibawah ini:

Gambar 4.11 : Tampilan Library

Untuk gambar atau simbol yang tidak terdapat pada library, dapat pula mengambil gambar dengan cara mengcopy dari software lain seperti Corel Draw, Adobe Photoshop, dan lain sebagainya, yang kemudian dipaste-kan ke dalam layar CIMON. Disediakan pula simbol-simbol dinamik standar yang dapat diakses secara cepat dengan mengklik icon-icon yang telah disediakan seperti berikut ini: 1. Tombol / button

Gambar 4.12 : Tampilan tombol (button) yang digunakan.

Untuk menggambar sebuah tombol dapat diambil dari menu dragging object, dan melakukan dragging pada halaman untuk menentukan tempat dan ukuran dari tombol yang dibuat, untuk melakukan editing cukup mengklik dua kali obyek tombol yang akan di edit, maka akan keluar dialog box untuk melakukan editing obyek. Adapun fungsi dari obyek tombol ini adalah untuk menjalankan instruksi Universitas Indonesia


75

berupa perintah untuk melakukan eksekusi terhadap alat atau melakukan eksekusi lain yang berupa obyek internal. 1.

Display Numeric

Gambar 4.13 : Tampilan dari Numeric

Display Numeric berfungsi untuk menunjukkan nilai dari data-data dari proses plant yang akan diisi atau dimonitor

yang terdiri dari 3 - 5 digit angka

berdasarkan data register yang dikirimkan melalui PLC. Dengan menekan icon pada toolbar, maka akan keluar dialog box yang siap diisi dengan tag yang diinginkan untuk ditampilkan. 3. Information Symbol

Gambar 4.14: Tampilan dari simbol-simbol informasi.

Information Symbol

merupakan simbol-simbol yang ditampilkan apabila ada

event yang sedang berlangsung. Ditampilkan seperti sebuah tulisan ataupun gambar. Untuk penggunaan simbol informasi ini, tergantung dari keinginan user itu sendiri dalam membuat animasi, karena tidak semua obyek simbol informasi terdapat pada library, oleh sebab itu user dituntut kreatif dalam penyajian monitoring ini. 4. Background Project Untuk menampilkan grafis yang bagus dan enak dipandang maka diperlukan obyek pendukung, dan background object dapat berperan sedemikian rupa. Untuk background sendiri banyak terdapat pilihannya pada libray sub frame, atau user dapat membuat kreasi sendiri melalui aplikasi software grafis lain.



76

5. Obyek tambahan Obyek tambahan, dalam hal ini adalah sebagai pelengkap yang tidak ada hubungannya dengan perangkat eksternal PLC, seperti dokumentasi dan informasi-informasi yang dibutuhkan, obyek seperti ini dapat dimasukkan dengan mengcopy dari grafis diluar sistem SCADA CIMON. 4.2.1

Teknis perancangan tampilan SCADA/HMI

Dalam perancangan tampilan proses plant dan system control DC valve dengan system SCADA, dimana dalam hal ini system SCADA digunakan sebagai instrument untuk memonitor, mengukur dan menguji performa dari DC valve, diperlukan inisialisasi dari system I/O dan relay proses control DC valve yang berhubungan dengan system I/O PLC serta relay-relay proses yang diprogram menjadi satu kesatuan program rangkaian control PLC, dimana selanjutnya dilakukan proses tagging agar terjadi interaksi antara proses program control PLC dengan proses inisialisasi system control DC valve pada system SCADA. Untuk melihat lebih jelas bagaimana transaksi antara proses eksekusi program PLC dan proses inisialisasi system SCADA dapat dilihat pada blok diagram sebagai berikut:

Gambar 4.15: Blok diagram teknis transaksi antara proses inisialisasi sistem SCADA dengan proses eksekusi program PLC dalam pengoperasian DC valve.



77

Dari blok diagram diatas terlihat bahwa agar terjadi transaksi antara proses ekesekusi program PLC dengan proses inisialisasi sistem SCADA, perlu dilakukan proses tagging pada sistem SCADA yang merupakan cara pemberian inisial pada sistem I/O dan relay proses serta sistem data PLC, sehingga sistem software SCADA dapat membaca dan mengirim data pada sistem PLC, demikian pula sebaliknya. Dari teknis transaksi tersebut maka perancangan tampilan sistem monitoring serta teknis pengontrolan proses plant dan DC valve dengan sistem SCADA dapat dibuat dalam beberapa rancangan tampilan berdasarkan deskripsi kerja proses plant dan DC valve sebagai berikut:

1. Perancangan halaman tampilan Proses Plant Halaman tampilan Proses Plant merupakan halaman tampilan yang digunakan untuk monitor dan mengontrol proses utama sistem plant yang dilengkapi dengan tombol-tombol eksekusi untuk memilih ke halaman lainnya serta simbol informasi dan obyek tambahan lainnya yang diperlukan.

Gambar 4.16a: Rancangan tampilan halaman Proses Plant



78

Gambar 4.16b: Rancangan tampilan halaman Proses Plant yang dilengkapi dengan instrumen pengetesan unjuk kerja proses plant.

Pada gambar tampilan diatas terlihat bahwa ada 5 kelompok tampilan yaitu : a)

Tampilan proses plant yang dilengkapi dengan monitor operasi dari DC valve dan pompa air.

b)

Tampilan trend grafis untuk memberikan gambaran mengenai respon dari sistem kontrol secara grafis yang berkaitan respon nilai level air aktual dengan nilai Setpoint yang terjadi pada tangki 2, juga ditampilkan trend grafis dari kondisi air pada tangki 1 (tangki sumber).

c)

Tampilan menu pilihan dan operasi sistem kontrol.

d)

Tampilan informasi yang terkait dengan kondisi setting, level air, exit dan pindah ke halaman lain serta terjadi nya kondisi setimbang antara PV dan SP.

e)

Tampilan numerik yang berfungsi untuk pengisian nilai setpoint dan monitor nilai volume air pada tangki 1 dan tangki 2.



79

2. Perancangan halaman operasi proses plant Manual Halaman operasi proses plant manual ini

merupakan halaman kedua yang

menampilkan pengopersian DC valve dan pompa dilakukan dengan menggunakan tombol sendiri-sendiri. Pada halaman ini juga diberikan pula menu pilihan operasi sistem kontrol, tampilan informasi serta tampilan numerik untuk memasukkan data setting lebar pula untuk operasi DC valve secara JOG. Pengoperasian valve secara manual dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu : a) Pengoperasian valve dilakukan secara kontinyu, yaitu saat tombol buka atau tutup valve ditekan maka valve akan On terus sampai tercapai kondisi buka atau tutup penuh, kecuali pada saat valve sedang bekerja, tombol stop ditekan, maka valve Off, selanjutnya bila tombol buka atau tutup ditekan lagi valve akan On kembali secara kontinyu. b) Pengoperasian valve dilakukan secara JOG, yaitu saat tombol buka atau tutup valve ditekan valve akan On sesaat kemudian mati, demikian seterusnya, cepat lambat valve mencapai buka atau tutup penuh, bergantung dari setting masukan lebar pulsa yang diinginkan.

Gambar 4.17a: Rancangan tampilan halaman Operasi Manual



80

Gambar 4.17b: Rancangan tampilan halaman Operasi Manual yang dilengkapi dengan sistem pengoperasian bukaan valve dalam milli meter.

3. Perancangan halaman pengoperasian Valve secara persentase Halaman pengoperasian valve secara persentase ini merupakan halaman yang berfungsi untuk mengoperasikan

DC valve secara manual dengan cara

memasukkan data input operasi valve yang akan menutup dan membuka berdasarkan persentase bukaan yang diinginkan. Pada halaman ini pula pengoperasian valve secara terpisah dapat dilakukan, akan tetapi tidak dilengkapi dengan tampilan trend grafis. Pada halaman pengoperasian valve secara persentase ini dirancang tampilan yang dilengkapi dengan gambar

DC valve yang sebenarnya yang kemudian

dimanipulasi agar terlihat gerakan animasi yang terkait dengan gerakan belt pada saat motor berputar sesuai dengan arah maju atau mundur. Disamping itu pula ditampilkan juga gerakan animasi dari tuas penekan limit switch, yang bergerak keatas dan kebawah sesuai dengan gerakan valve menutup atau membuka. Tampilan lainnya adalah pengoperasian antara setting terpisah dengan setting persentase dibuat saling bergantian, artinya bila mode set terpisah sedang dioperasikan maka mode set persentase dihilangkan, demikian pula sebaliknya.



81

Gambar 4.18 : Rancangan tampilan halaman pengoperasian Valve secara persentase

3. Perancangan halaman pengoperasian Valve secara terpisah Halaman

pengoperasian valve secara terpisah ini merupakan halaman yang

berfungsi untuk mengoperasikan

DC valve secara manual dengan cara

memasukkan data input operasi valve antara kondisi menutup dan membuka dapat dilakukan secara terpisah dan dilengkapi dengan tampilan trend grafis dari pembacaan pulsa rotary encoder dan pengukuran besaran bukaan valve. Pada halaman ini pengoperasian valve dilakukan dengan terlebih dahulu menginput data lebar pulsa pada kolom numerik yang telah disediakan, kemudian dilanjutkan dengan mengisi data waktu interval gerakan valve yang diinginkan. Data yang diset pada kolom numerik antara kondisi valve membuka dan menutup tidak saling berhubungan, artinya masing-masing kondisi data valve buka dan valve tutup berdiri sendiri, rancangan tampilan pengoperasian valve secara terpisah ini dibuat untuk melihat reaksi dari gerakan valve antara membuka dan menutup yang terkait dengan besaran pulsa dan waktu interval yang diberikan, sehingga dapat digunakan sebagai instrumen untuk menguji kondisi mekanis dari gerakan

valve

antara membuka dan menutup, dimana parameter yang diuji

adalah : Universitas Indonesia


82

  

Kecepatan gerakan valve saat membuka dan menutup. Besaran bukaan valve antara kondisi membuka dan menutup. Toleransi mekanis yang terjadi antara kondisi valve buka dan tutup.

Gambar 4.19 : Rancangan tampilan halaman pengoperasian Valve secara terpisah.

Dari bahasan mengenai rancangan tampilan sistem SCADA diatas, teknis animasi yang terjadi pada setiap tampilan dapat terlaksana karena adanya instruksiinstruksi animasi untuk konfigurasi objek yang telah disediakan pada saat dilakukan tagging , seperti yang terlihat pada gambar sebagai berikut :

Gambar 4.20 : Instruksi – instruksi animasi saat melakukan tagging



83

Dari gambar diatas fungsi dari instruksi animasi untuk konfigurasi objek dapat dijelaskan sebagai berikut: o

Style berfungsi untuk memberi warna, menebalkan garis, membuat tulisan pada objek yang akan dianimasi (objek dinamik).

o

Visible berfungsi untuk membuat objek tampak atau hilang.

o

V-Size berfungsi untuk memperbesar atau memperkecil objek secara vertikal.

o

V- Move berfungsi untuk mengerakkan objek dari posisi tertentu sampai pada posisi tertentu secara vertikal.

o

V-Fill berfungsi untuk mengisi suatu objek dengan warna tertentu, dimana proses pengisiannya berlaku sesuai dengan data yang diberikan, proses pengisian bergerak dari bawah keatas atau sebaliknya secara vertikal.

o

V-Slider berfungsi untuk menggeser suatu objek secara vertikal naik turun berdasarkan perubahan data yang dikirim oleh PLC.

o

Color berfungsi untuk mengubah warna satu objek berdasarkan perubahan yang terjadi pada peralatan I/O suatu proses.

o

Touch berfungsi untuk mengaktipkan input proses, misalnya objek sebuah tombol agar mengirim data 1 atau 0 ke input PLC pada saat objek tombol pada halaman SCADA tersebut diklik.

o

Blink berfungsi untuk membuat suatu objek misalnya lampu tanda menjadi berkedip-kedip bila terjadi perubahan kondisi 1 atau 0 pada sistem I/O PLC.

o

H-Size berfungsi untuk memperbesar atau memperkecil objek secara horizontal.

o

H- Move berfungsi untuk mengerakkan objek dari posisi tertentu sampai pada posisi tertentu secara horizontal.

o

H-Fill berfungsi untuk mengisi suatu objek dengan warna tertentu, dimana proses pengisiannya berlaku sesuai dengan data yang diberikan, proses pengisian bergerak dari kiri kekanan atau sebaliknya secara horizontal.

o

V-Slider berfungsi untuk menggeser suatu objek secara horizontal kekiri dan kekanan berdasarkan perubahan data yang dikirim oleh PLC.

o

Rotate berfungsi memutar suatu objek kekiri atau kekanan

berdasarkan

perubahan data yang dikirim oleh PLC.



84

o

EntryData berfungsi untuk memasukkan data ke data register PLC melalui keyboard PC, atau melalui NumPad yang telah disediakan.

Database yang telah dibuat dimasukkan ke obyek memerlukan tag disesuaikan dengan penggunaan seperti pada tabel tag yang telah dibuat. Untuk obyek tertentu yang tidak menggunakan tag yang terkait dengan proses kontrol PLC namun mendapat tugas, seperti tombol untuk memindahkan halaman dapat dikonfigurasi dengan menentukan action yang akan digunakan seperti replace page, write tag value, yang terdapat pada object configuration.

4.2.2

Inisialisasi I/O PLC dan Proses plant dengan sistem SCADA/HMI.

Setelah membuat tampilan animasi, agar gambar yang dibuat pada layar simulasi dapat bergerak sesuai dengan perintah dan instruksi pada PLC maka perlu dibuat tag (operasinya disebut tagging),

yang akan dimasukkan ke masing–masing

gambar sesuai perintah yang diinginkan. Klik icon

(Database), kemudian akan

tampil layar database.

Gambar 4.21 : Tampilan layar Database

Kemudian klik icon Add tag, lalu tambahkan tag yang dibuat sesuai perintah yang diinginkan untuk dieksekusi atau dimonitoring oleh sistem SCADA terhadap perangkat I/O dan proses kerja sistem plant yang dikendalikan oleh PLC untuk dikonfigurasikan. Langkah selanjutnya adalah memasukkan data tag sesuai instruksi yang ingin diberikan kepada obyek yang akan mendapatkan tugas, pada tag yang



85

mendapatkan instruksi dari PLC maka jenis tagnya diarahkan ke Real Tag, Sementara untuk tag yang tidak mendapatkan instruksi dari PLC harus diarahkan pada Virtual Tag.

Gambar 4.22 : Tampilan layar Edit Tag

a.

Group Tag

Group tag disini berfungsi untuk membuat folder pada tree tags, diantara group tag tersebut adalah: Virtual, Value, Output dan Input.

b.

Analog tag

Analog tag berfungsi untuk membaca data I/O PLC yang berupa data analog, atau dari sistem SCADA mengirim data digital ke PLC, sehingga penggunaan analog tag dapat berlaku sebagai EntryData atau Display Numeric. Analog tag yang digunakan pada sistem kontrol dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :



86

Tabel 4.5 : Daftar Analog Tag Initial Value

(Sistem SCADA)

Alamat I/O (PLC)

600

PLC_IO.IO_DEV

D112

65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535 65535

PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV

D132 D130 D60 D48 D46 C4 C3 D48 D46 D36 D34 D15 D12

Baca data air pada tangki 2 (penampung) Baca data kecepatan valve buka Baca data kecepatan valve tutup Baca data buka-tutup valve Baca data buka valve kondisi manual Baca data tutup valve kondisi manual Monitor nilai hitung buka valve Monitor nilai hitung tutup valve Isi data valve kondisi buka Isi data valve kondisi tutup Isi data waktu interval kondisi buka Isi data waktu interval kondisi tutup Tampilkan data rpm Rotary encoder Tampilkan grafik high speed counter

VLV_DAT_TUTUP

100

PLC_IO.IO_DEV

D90

Monitor data buka-tutup valve

GSR_SP_DAT

600

PLC_IO.IO_DEV

K000

Geser data setpoint

DSP_SP

600

PLC_IO.IO_DEV

D104

Tampilkan data setpoint

DSP_AIRDAT DATA_SP

PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV PLC_IO.IO_DEV

D112 K000

DSP_AIRDAT_SBR

600 600 600

Tampilkan data air tangki 2 Isi data setpoint Tampilkan data air tangki sumber

SET_VLV

100

PLC_IO.IO_DEV

D200

Set persentase bukaan valve

JMH_OPS_TUTUP_C193

65535

PLC_IO.IO_DEV

C193

Tampilkan jmh ops Valve tutup pd tes valve

JMH_OPS_BUKA_C192

65535

PLC_IO.IO_DEV

C192

Tampilkan jmh ops Valve buka pd tes valve

JMH_OPS_TUTUP_C51

65535

PLC_IO.IO_DEV

C51

Tampilkan jmh ops Valve tutup pd ProPlant

JMH_OPS_BUKA_C50

65535

PLC_IO.IO_DEV

C50

Tampilkan jmh ops Valve buka pd ProPlant

PINDAH_VERTIKAL_D65

65535

PLC_IO.IO_DEV

D65

Pindahkan gbr proses plant secara vertikal

SET_INTVL_JOG_D130

65535

PLC_IO.IO_DEV

D130

Set interval JOG ops valve manual

SET_VLVDAT_IN_MM

65535

PLC_IO.IO_DEV

K10

Set bukaan valve dalam millimeter

DAT_MM_C16

65535

PLC_IO.IO_DEV

C16

Hitung data pulsa valve buka dalam milli

DAT_MM_C17

65535

PLC_IO.IO_DEV

C17

Hitung data pulsa valve tutup dalam milli

DAT_MM_D67

65535

PLC_IO.IO_DEV

D67

Tampilkan data valve buka dalam millimeter

DAT_MM_D69

65535

PLC_IO.IO_DEV

D69

Tampilkan data valve tutup dalam millimeter

PINDAH_HORIZONTAL

65535

PLC_IO.IO_DEV

D64

Pindahkan gbr proses plant secara horozontal

PINDAH_VERTIKAL

65535

PLC_IO.IO_DEV

D63

Pindahkan gbr proses plant secara vertikal

LAMA_VLV_BUKA

3000

PLC_IO.IO_DEV

T21

Tampilkan waktu valve buka

LAMA_VLV_TUTUP

3000

PLC_IO.IO_DEV

T20

Tampilkan waktu valve tutup

LAMA_ISI_PUMP

3000

PLC_IO.IO_DEV

T19

Tampilkan waktu pump mengisi tanki 1

LAMA_ISI_TANK2

3000

PLC_IO.IO_DEV

T18

Tampilkan waktu valve mengisi tanki 2

LAMA_TIM_BTLS

1000

PLC_IO.IO_DEV

T16

Tampilkan waktu reaksi limit switch

LAMA_VLV_SP_PV

1000

PLC_IO.IO_DEV

T30

Tampilkan waktu SP=PV

LAMA_TIM_PERSEN

1000

PLC_IO.IO_DEV

T17

Tampilkan waktu pada ops valve mode %

Tag Name (Sistem SCADA)

DATA_AIR_TP SPEED_VLV1_MAN SPEED_VLV_MAN VLV_BUTU_DAT MAN2_VLV_DAT MAN1_VLV_DAT MON_NIL_CNT4 MON_NIL_CNT3 VLV_BUKA_DAT VLV_TUTUP_DAT SPEED_VLV1 SPEED_VLV2 RPM_ENCODER ROTARY_PULSE

I/O Device

D8

Deskripsi



87

c.

Digital Tag

Pada digital tag terdapat beberapa instruksi I/O dan proses yang dimasukkan untuk membuat proses animasi terhadap unjuk kerja

dari proses plant dan valve

diantaranya:

Tabel 4.6 : Daftar Digital Tag Tag Name (Sistem SCADA)

Initial Value

MOD_OPS_KONTROL

0

JOG_KONTINYU

I/O Device (Sistem SCADA)

Alamat I/O (PLC)

Aktipkan mode operasi kontrol otomatis

PLC_IO.IO_DEV

M800

0

Pilih operasi valve JOG atau Kontinyu

PLC_IO.IO_DEV

M620

FLICKERS

0

Nyala berkedip-kedip lampu indikator

PLC_IO.IO_DEV

F94

LS_P0B

0

Kontrol pembatas buka valve

PLC_IO.IO_DEV

P0B

SET_MAN_VLV

0

Set kontrol valve kondisi manual

PLC_IO.IO_DEV

M150

STOP_BT_VL

0

Matikan operasi buka-tutup valve manual

PLC_IO.IO_DEV

P7

KONTINYU_OPR

0

Start operasi valve manual mode kontinyu

PLC_IO.IO_DEV

P6

JOG_OPERATION

0

Start operasi valve manual mode JOG

PLC_IO.IO_DEV

P7

BUKA1_VLV

0

Buka valve pada mode operasi manual

PLC_IO.IO_DEV

P5

TUTUP1_VLV

0

Tutup valve pada mode operasi manual

PLC_IO.IO_DEV

P4

PLS_RLY_CLOSE

0

Kontrol pulsa encoder kondisi tutup

PLC_IO.IO_DEV

M503

PLS_RLY_OPEN

0

Kontrol pulsa encoder kondisi buka

PLC_IO.IO_DEV

M504

ON_OFF_CLOSEV

0

Kontrol On-Off tutup valve mode manual

PLC_IO.IO_DEV

M752

ON_OFF_OPENV

0

Kontrol On-Off buka valve mode manual

PLC_IO.IO_DEV

M750

ON_OFF_P2

0

Kontrol On-Off Pompa 2

PLC_IO.IO_DEV

M652

ON_OFF_P1

0

Kontrol On-Off Pompa 1

PLC_IO.IO_DEV

M650

STR_LAMP

0

Kontrol lampu start kontrol otomatis

PLC_IO.IO_DEV

M0

LEVEL_TANK_OK

0

Tampilan informasi level tangki OK

PLC_IO.IO_DEV

M254

SP_OK

0

Tampilan informasi nilai set setpoint OK

PLC_IO.IO_DEV

M255

MOD_OPS_MAN

0

Kontrol mode operasi proses kontrol manual

PLC_IO.IO_DEV

M552

MOD_OPS_VLV

0

Kontrol mode operasi valve manual

PLC_IO.IO_DEV

M551

MOD_OPS_OTO

0

Kontrol mode operasi proses kontrol otomatis

PLC_IO.IO_DEV

M550

MODE_OPS

0

Start mode operasi kontrol

PLC_IO.IO_DEV

P8

VLV_CLOSE_RO

0

Kontrol operasi valve open

PLC_IO.IO_DEV

M611

VLV_CLOSE_RC

0

Kontrol operasi valve close

PLC_IO.IO_DEV

M610

TUTUP_VLV

0

Start tutup valve operasi mode manual

PLC_IO.IO_DEV

P2

BUKA_VLV

0

Start buka valve operasi mode manual

PLC_IO.IO_DEV

P3

P2_RLY2

0

On display SCADA bila Pompa 2 operasi

PLC_IO.IO_DEV

M602

Deskipsi



88

Lanjutan Tabel 4.6 : Daftar Digital Tag Tag Name (Sistem SCADA)

Initial Value

Deskripsi

I/O Device (Sistem SCADA)

Alamat I/O PLC

P1_RLY1

0

On display SCADA bila Pompa 1 operasi

PLC_IO.IO_DEV

M601

POS_BANG_R1

0

Kontrol lampu tanda kondisi setimbang

PLC_IO.IO_DEV

M600

POS_BANG

0

On lampu tanda kondisi setimbang

PLC_IO.IO_DEV

P43

SP_LO

0

On display SCADA bila setting SP terlalu rendah.

PLC_IO.IO_DEV

M252

SP_HI

0

On display SCADA bila setting SP terlalu tinggi

PLC_IO.IO_DEV

M253

L_LEVEL

0

On display SCADA bila level air tangki 2 terlalu rendah.

PLC_IO.IO_DEV

M251

H_LEVEL

0

On display SCADA bila level air tangki 2 terlalu tinggi.

PLC_IO.IO_DEV

M250

LS_P0A

0

Kontrol pembatas tutup valve

PLC_IO.IO_DEV

P0A

STP

0

Stop operasi kontrol mode otomatis

PLC_IO.IO_DEV

P3

P2_ON

0

On lampu indikator tampilan SCADA bila Pompa 2 operasi.

PLC_IO.IO_DEV

M24

P1_ON

0

On lampu indikator tampilan SCADA bila Pompa 1 operasi.

PLC_IO.IO_DEV

M23

FULL_CLOSE

0

Tampilkan informasi Valve tutup penuh

PLC_IO.IO_DEV

P0A

FULL_OPEN

0

Tampilkan informasi Valve buka penuh

PLC_IO.IO_DEV

P0B

VLV_CLOSE

0

Tampilkan informasi valve sedang bergerak menutup.

PLC_IO.IO_DEV

M20

VLV_OPEN

0

Tampilkan informasi valve sedang bergerak membuka.

PLC_IO.IO_DEV

M21

STR

0

Start operasi kontrol otomatis

PLC_IO.IO_DEV

P2

SET_MAKS_BUKA

0

Kunci bila setting persentase buka valve < 0

PLC_IO.IO_DEV

M171

SET_MAKS_TUTUP

0

Kunci bila setting persentase tutup valve > 100

PLC_IO.IO_DEV

M170

Setelah semua peralatan pada sistem DC valve dirakit dan peralatan modul kontroller diinstalasi,dan program rangkaian kontrolnya sudah didownload ke PLC, maka DC valve secara hardware sudah dapat dioperasikan, dengan tomboltombol operasi yang ada dimodul kontroller. Akan tetapi pengoperasiannya hanya terbatas pada pengoperasian buka-tutup saja, belum dapat diketahui berapa ukuran bukaan valvenya, serta kondisi lain yang terkait dengan performa kerja valve pada kondisi buka maupun tutup. Selanjutnya setelah komputer diinisialisasi dengan sistem SCADA/HMI, dan dikonfigurasi sesuai dengan deskripsi kerja sistem kontrol yang telah ditetapkan, maka sistem DC valve sudah siap untuk dioperasikan dan diuji unjuk kerjanya secara lengkap dengan batasan batasan parameter pengujian yang dapat dikembangkan dengan sesuai dengan kebutuhan proses kontrol.



89

Realisasi hasil rancangan sistem DC valve secara lengkap sesuai dengan tujuan yang hendak dicapai seperti yang terlihat pada gambar sebagai berikut:

Gambar 4.23 : Realisasi hasil rancangan system DC valve

4.3

Metodelogi Pengujian dan Analisis data

Pengujian unjuk kerja DC valve dan proses plant dilakukan dengan menggunakan komputer yang telah diinisialisasi dan diprogram dengan sistem software SCADA, selanjutnya difungsikan sebagai instrumen ukur. Adapun program dari teknis pengujian yang dapat dilakukan dengan instrumen ukur tersebut meliputi : -

Pengujian teknis operasi sistem mekanis DC valve.

-

Pengujian kestabilan operasi sistem mekanis DC valve

-

Pengujian respon operasi sistem mekanis DC valve

-

Pengujian kondisi buka-tutup DC valve terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap.

-

Pengujian kondisi buka-tutup DC valve terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang berubah-ubah.



90



Data Pengujian

Untuk masing-masing pengujian diatas, pengambilan data dibatasi antara 2 – 5 sampel saja, hal tersebut dengan asumsi bahwa dengan kisaran data sampel pengujian tersebut sudah dapat mewakili tingkat ketelitian analisis data yang diinginkan. Selanjutnya data yang diperoleh dari hasil pengujian diatas dianalisis menggunakan tabel-tabel data maupun secara grafis, untuk mendapatkan hasil akhir yang terkait dengan tingkat ketelitian unjuk kerja DC valve yang telah dinyatakan pada tujuan pembuatan tesis pada bab pendahuluan.

4.3.1

Pengujian dan Analisis teknis operasi mekanisme DC valve

Pengujian teknis operasi mekanisme DC valve meliputi : -

Lamanya valve menutup dan membuka penuh saat perintah start diberikan. Untuk menentukan waktu buka dan tutup valve pada setting pulsa mulai dari 500 sampai 5000 pulsa.

-

Lamanya reaksi limit switch tutup dan buka memberi respon ke kontroller untuk menentukan toleransi mekanis valve.

a) Data sampel lamanya valve membuka dan menutup penuh saat perintah start diberikan: Tabel 4.7 : Lamanya waktu DC valve buka dan tutup penuh.

No.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Data pulsa

500 750 900 1000 1100 1500 2000 2500 3500 4500 5000

Lamanya Valve membuka (x0.1 dtk)



Lamanya Valve menutup (x0.1 dtk)



(Sampel 1) 46 44 42 39 39 38 37 35 35 34 34

(Sampel 2) 47 44 42 39 39 38 37 35 35 34 34

(Sampel 3) 47 44 42 39 40 38 37 35 35 34 33

(Sampel 1) 50 45 43 43 42 40 40 38 38 37 37

(Sampel 2) 51 44 43 44 42 40 41 38 38 37 37

(Sampel 3) 50 44 43 43 42 40 41 38 38 37 37



91

Grafik 4.1 : Lamanya valve mebuka penuh untuk setting pulsa antara 500-5000 pulsa.

Dari data pada tabel dan grafik diatas terlihat bahwa kisaran waktu bukaan terjadi rata-rata antara maksimum 4.7 dan minimum 3.3 detik, dan pada setting bukaan antara 2500 – 5000 pulsa, waktu valve membuka relatip tidak jauh berbeda. Hal itu disebabkan karena spesikasi besaran pulsa rotary encoder yang digunakan adalah 1024 pulsa per putaran, sehingga setelah setting pulsa melewati dari batas spesifikasi rotary encoder, maka waktu yang diperlukan untuk bukaan valve terjadi perbedaan yang sangat kecil yaitu antara 0.1 – 0.3 detik. Selanjutnya telah terjadi perbedaan antara waktu yang diperlukan antara valve dibuka dan ditutup, yaitu sebesar rata-rata 0.3 detik, makin jelas terlihat bahwa setelah melewati nilai setting 1100 pulsa, maka perbedaan waktu buka dan tutup valve semakin tidak signifikan yaitu dengan kisaran rata-rata 0.1 – 0.2 detik.

b)

Data sampel lamanya reaksi limit switch tutup dan buka memberi respon ke kontroller untuk menentukan toleransi mekanis valve.



92

Tabel 4.8 : Lamanya batas reaksi limit switch DC valve posisi buka dan tutup dalam memberi respon ke kontroler.

1

1

Lamanya batas reaksi limit switch kondisi buka (sampel 1) 120

2

2

61

62

77

76

x0.1 detik

3

4

45

42

45

45

x0.1 detik

4

8

24

24

31

32

x0.1 detik

5

10

20

21

27

27

x0.1 detik

6

15

17

18

21

21

x0.1 detik

7

20

14

15

18

17

x0.1 detik

8

30

11

11

13

14

x0.1 detik

9

50

9

9

11

11

x0.1 detik

10

75

10

10

10

10

x0.1 detik

11

100

8

8

8

8

x0.1 detik

12

150

6

6

6

7

x0.1 detik

13

250

6

6

7

7

x0.1 detik

14

400

6

5

5

6

x0.1 detik

15

500

4

5

5

6

x0.1 detik

16

750

5

4

6

5

x0.1 detik

17

900

5

4

5

4

x0.1 detik

18

1000

5

5

5

5

x0.1 detik

19

5000

5

5

5

5

x0.1 detik

No

Setting pulsa Encoder

Lamanya batas reaksi limit switch kondisi buka (sampel 2) 122

Lamanya batas reaksi limit switch kondisi tutup (sampel 1) 140

Lamanya batas reaksi limit switch kondisi tutup (sampel 2) 141

Konstanta Waktu setting timer x0.1 detik

Grafik 4.2 : Lamanya batas waktu reaksi limit switch saat kembali keposisi normal pada kondisi valve membuka dan menutup.



93

Data tampilan grafik diatas terlihat bahwa cepat lambatnya kontroller mendapat respon dari kembalinya posisi kontak limit switch pada kondisi valve bergerak membuka atau menutup kekondisi normal, dipengaruhi oleh setting lebar pulsa dari encoder. Dimana pada grafik terlihat bahwa waktu respon limit switch makin lama bila setting lebar pulsa makin kecil. Akan tetapi pada setting pulsa diatas 250 pulsa, waktu respon limit switch sudah relatip tidak banyak berubah, hal itu disebabkan karena batas lebar pulsa dimana gerakan valve telah mencapai setengah putaran dan batas spesifikasi pulsa rotary encoder, artinya bahwa berapa millimeter valve bergerak dengan setting pulsa diatas 250 pulsa dapat dihitung sebagai berikut: 

-

Besaran gerakan valve pada pulsa 400 =

400 5x1024

x 19.05 = 1.494 mm

Dari perhitungan diatas dapat dijelaskan bahwa spesifikasi rotary encoder adalah 1024 pulsa perputaran, valve membuka dan menutup penuh diperlukan 5x putaran rotary encoder, sedangkan valve yang digunakan adalah valve ¾ inci atau 19.05 mm. Sehingga dari perhitungan diatas dapat dinyatakan bahwa toleransi mekanis limit switch yang direspon oleh kontroller adalah dengan jarak sebesar 1.5 mm dari kondisi buka atau tutup penuh.

4.3.2

Pengujian dan Analisis kestabilan operasi mekanisme DC valve

Pengujian kestabilan operasi mekanisme DC valve meliputi : -

Pengujian kestabilan operasi buka-tutup DC valve terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap.

-

Pengujian kestabilan operasi buka-tutup DC valve terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang berubah-ubah.

-

Pengujian kestabilan operasi DC valve kondisi buka-tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap.

Pengujian ini bertujuan untuk melihat dan menentukan seberapa jauh tingkat kestabilan kerja dari DC valve pada kondisi kerja valve dibuka dan ditutup, bila setting lebar pulsa dan setting interval waktu diubah-ubah.



94

Dari pengujian ini diharapkan akan diperoleh data yang terkait dengan tingkat ketelitian besaran bukaan valve apakah sesuai dengan tujuan yang hendak dicapai yaitu tingkat ketelitian bukaan valve dapat diatur dengan ketelitian 2%. a) Data sampel pengujian kestabilan operasi DC valve kondisi buka dan tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap Tabel 4.9 : Data operasi DC valve kondisi buka dan tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap. No

Setting pulsa Encoder

1

1

Jumlah Hitungan pulsa saat membuka (sampel 1) 554

Jumlah Hitungan pulsa saat membuka (sampel 2) 553

Jumlah Hitungan pulsa saat menutup (sampel 1) 507

Jumlah Hitungan pulsa saat menutup (sampel 2) 506

Lamanya waktu valve membuka (x0.1 detik) 1010

Waktu interval pulsa (x10 mili detik) 3

2

2

308

306

278

274

600

3

3

4

192

192

176

174

321

3

4

8

124

124

113

113

224

3

5

10

108

106

99

98

190

3

6

15

80

80

74

73

155

3

7

20

66

66

60

59

122

3

8

30

50

50

46

46

100

3

9

50

35

35

33

33

80

3

10

75

27

27

26

26

84

3

11

100

22

22

22

22

71

3

12

250

13

12

13

13

51

3

13

500

7

7

8

8

46

3

14

750

5

5

5

5

43

3

15

1000

4

4

4

4

40

3

16

2000

2

2

2

2

38

3

17

2500

1

1

1

1

37

3

Grafik 4.3 : Operasi DC valve kondisi buka dan tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang tetap.



95

Dari hasil pengambilan data dan grafik diatas terlihat bahwa ada korelasi antara lamanya waktu valve membuka dan menutup dengan setting lebar pulsa rotary encoder dan setting waktu interval On-Off valve dibuat tetap, dimana makin lebar setting lebar pulsa diberikan maka makin cepat waktu yang diperlukan untuk membuka dan menutup valve. Jumlah hitungan pulsa yang terjadi antara kondisi buka dan tutup terjadi sedikit perbedaan, dimana perbedaan yang cukup besar terjadi pada setting pulsa =1, setelah itu perbedaan yang terjadi akan semakin mengecil seiring dengan naiknya nilai setting pulsa, dan setelah setting pulsa diatas 75 terlihat bahwa hitungan pulsa saat membuka dan menutup sudah mendekati sama. Dari kondisi diatas dapat dinyatakan bahwa kondisi mekanis valve pada saat membuka dan menutup, telah terjadi slip mekanis yang besarannya dapat dihitung sebagai berikut: 

Untuk setting pulsa = 1



Jumlah hitungan pulsa untuk kondisi buka rata-rata = 548 hitungan.



Sehingga besaran gerakan valve pada kondisi buka =

19.05 mm



= 0.035 mm. 548 Pada kondisi tutup jumlah hitungan pulsa rata-rata = 510 hitungan.






19.05 mm

= 0.037 mm. 510 Jadi slip mekanis yang terjadi antara kondisi buka dan tutup adalah = 0.037 mm - 0.035 mm = 0.002 mm  0.01%










19.05 mm



= 0.18 mm. 107 Pada kondisi tutup jumlah hitungan pulsa rata-rata = 98 hitungan.






Jadi slip mekanis yang terjadi antara kondisi buka dan tutup adalah =

19.05 mm 98

= 0.19 mm.

0.19 mm - 0.18 mm = 0.01 mm  0.05%.



96












Pada kondisi tutup jumlah hitungan pulsa rata-rata = 60 hitungan.






19.05 mm 66

= 0.29 mm.

19.05 mm

= 0.32 mm. 60 Jadi slip mekanis yang terjadi antara kondisi buka dan tutup adalah = 0.32 mm - 0.29 mm = 0.03 mm  0.16%.

Untuk mendapatkan tingkat ketelitian gerakan valve sebesar 2% atau 0.4 mm perpulsa, maka setting pulsa yang cocok untuk tujuan tersebut adalah setting pulsa 20. Dimana pada setting pulsa tersebut akan diperoleh tingkat ketelitian gerakan valve sebesar 1.7 % dengan kecepatan gerakan valve = 0.61 detik/pulsa atau kecepatan gerakan buka dan tutup penuhnya rata-rata 12.2 detik. Bila diinginkan untuk gerakan bukaan valve yang lebih teliti lagi yaitu sebesar 0.2 %, dapat digunakan setting pulsa = 1, akan tetapi kecepatan gerakan menjadi sangat lambat dimana diperlukan waktu sekitar 100 detik untuk membuat valve membuka dan menutup penuh.

b) Data sampel pengujian kestabilan operasi DC valve pada kondisi buka terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval yang bervariasi.



97

Tabel 4.10: Data operasi bukaan DC valve dengan pengaturan pulsa rotary encoder tetap dan dengan waktu interval bervariasi.

No

Setting pulsa

Jumlah Hitungan pulsa (sampel 1)

Lama Waktu valve membuka (x0.1 dtk)

Setting pulsa



Setting pulsa



Waktu interval pulsa (mili dtk)

1 2 3 4 5

100 100 100 100 100

23 23 23 25 25

70 91 134 232 278

500 500 500 500 500

8 8 7 7 7

52 54 68 96 110

1000 1000 1000 1000 1000

4 4 4 4 4

40 43 51 67 75

1 2 4 8 10

6 7 8 9 10 11 12

100 100 100 100 100 100 100

25 25 26 26 26 26 26

393 529 650 771 1011 1251 2451

500 500 500 500 500 500 500

7 7 7 7 7 7 7

144 178 213 249 318 389 738

1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

4 4 4 4 4 4 4

95 115 135 155 195 235 435

15 20 25 30 40 50 100

Setting pulsa 100

Setting pulsa 500 Setting pulsa 1000

Grafik 4.4 : Lama waktu operasi DC valve kondisi buka dan tutup terhadap variasi pengaturan pulsa rotary encoder dengan waktu interval bervariasi.

Dari data dan grafik diatas terlihat bahwa makin besar nilai setting pulsanya gerakan valve semakin cepat dan semakin lebar, dan makin besar setting waktu intervalnya maka makin lambat gerakan valvenya. Dalam hal ini setting waktu interval perpulsanya dapat diprogram sampai lebih dari 1 jam.



98

c)

Pengujian kestabilan operasi DC valve kondisi buka dan tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap. Tabel 4.11 : Data operasi DC valve setting bukaan secara persentase dengan waktu interval tetap. (kondisi awal tutup penuh)

No.

Persentase valve buka

Ukuran bukaan valve saat membuka

Jumlah hitungan pulsa

Hasil Perhitungan bukaan valve saat membuka

(mili detik) (milli meter)

(milli meter)

a

b

c

d

e

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

0%

0.00 0.95 1.90 2.85 3.80 4.75 5.70 6.65 7.60 8.55 9.50 10.45 11.40 12.35 13.30 14.25 15.20 16.15 17.10 18.05 19.00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

0.00 0.95 1.91 2.86 3.81 4.76 5.72 6.67 7.62 8.57 9.53 10.48 11.43 12.38 13.34 14.29 15.24 16.19 17.15 18.10 19.05

5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 60% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%

Waktu interval pulsa

f 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Dari tabel diatas fungsi dari masing-masing kolom adalah; - Kolom b menyatakan setting persentase bukaan DC valve. - Kolom c merupakan data hasil pengamatan dan pengambilan data aktual saat DC valve dioperasikan. - Kolom d merupakan data jumlah hitungan pulsa yang terjadi saat DC valve dioperasikan sesuai dengan setting persentase bukaan yang diinginkan.



99

- Kolom e merupakan data hasil perhitungan kondisi bukaan valve berdasarkan jumlah hitungan pulsa yang terjadi sesuai dengan setting persentase yang ditetapkan, dengan rumus perhitungan sebagai berikut: Data e = (Data d x 100) x 19.05 mm.  (19.05 mm didapat dari ukuran standar spesifikasi bukaan valve = ¾ inci) - Dari tabel diatas terlihat bahwa ada perbedaan antara hasil pengamatan dengan hasil perhitungan, dimana standar deviasi rata-rata (MD) dari kondisi bukaan DC valve dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: MD = (|Jumlah data pengamatan – jumlah data perhitungan|) dibagi dengan jumlah sampel data.  |....| menyatakan harga mutlak. MD = ∑( |Data c – Data e| )/n. -

Dimana : ∑ data c = 199.5 mm ∑ data e = 200.03 mm Jumlah sampel (n) = 20.

-

MD = (|199.5 – 200.03|)/20 = |0.026| mm.

- Dari deviasi antara hasil pengamatan dan hasil perhitungan tersebut, maka deviasi bukaan valve per persen dapat dihitung sebagai berikut: -

MD/(∑data b/n)  dimana ∑data b/n = 0.52.

-

Sehingga deviasi bukaan valve/persen = 0.026/0.52 = 0.05 mm/%

Dari tabel diatas grafik hubungan antara setting persentase bukaan DC valve dengan jumlah hitungan pulsa yang terjadi sebagai berikut:



100

Grafik 4.5 : Hubungan antara persentase bukaan valve dengan jumlah hitungan pulsa.

Tabel 4.12 : Data operasi DC valve buka-tutup secara persentase dengan setting waktu interval tetap.

No

0

Persentase Bukaan valve 0%

Lama Waktu valve membuka (x0.1 detik)

Ukuran bukaan valve saat menutup

Lama Waktu valve menutup (x0.1 detik)

Ukuran bukaan valve saat membuka

(sampel 1)

(milli meter)

(sampel 1)

(milli meter)

Waktu interval pulsa (x10 mili detik)

0

19.00

0

0.00

-

1

5%

6

18.05

7

0.95

2

2

10%

18

17.10

17

1.90

2

3

15%

29

16.15

26

2.85

2

4

20%

38

15.20

37

3.80

2

5

25%

47

14.25

47

4.75

2

6

30%

59

13.30

56

5.70

2

7

35%

68

12.35

67

6.65

2

8

40%

78

11.40

77

7.60

2

9

45%

88

10.45

86

8.55

2

10

50%

99

9.50

96

9.50

2

11

55%

108

8.55

107

10.45

2

12

60%

118

7.60

117

11.40

2

13

65%

129

6.65

126

12.35

2

14

70%

138

5.70

137

13.30

2

15

75%

149

4.75

146

14.25

2

16

80%

158

3.80

156

15.20

2

17

85%

168

2.85

167

16.15

2

18

90%

179

1.90

176

17.10

2

19

95%

186

0.95

187

18.05

2

20

100%

198

0.00

197

19.00

2



101

Grafik 4.6 : Lama waktu operasi DC valve kondisi buka dan tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap. (Kondisi awal tutup penuh).

Grafik 4.7 : Ukuran bukaan operasi DC valve kondisi buka dan tutup dengan setting secara persentase dan setting waktu interval tetap. (Kondisi awal tutup penuh).



102

Dari masing-masing grafik diatas dapat dijelaskan hal-hal sebagai berikut: -

Grafik 4.5 : adalah grafik yang terkait dengan hubungan antara setting persentase bukaan valve dengan jumlah hitungan pulsa yang terjadi, makin besar persentase bukaan valvenya maka akan semakin besar jumlah hitungan pulsa yang terjadi dan semakin besar pula kondisi bukaan valvenya.

-

Grafik 4.6 : adalah grafik yang terkait dengan hubungan antara setting persentase bukaan valve dengan lamanya waktu valve membuka, dimana makin besar persentase bukaan valvenya, maka akan semakin lama waktu yang diperlukan untuk membuka sampai pada batas yang disetting.

-

Grafik 4.7 : adalah grafik yang terkait dengan hubungan antara setting persentase bukaan valve dengan kondisi besar kecilnya ukuran bukaan valve, valve akan terbuka semakin lebar bila setting persentase bukaannya semakin besar, Besaran bukaan valve bergerak secara linier mengikuti kondisi jumlah hitungan pulsa yang bertambah atau berkurang secara linier pula.

Dari data dan grafik diatas terlihat bahwa pada setting bukaan DC valve secara persentase, gerakan valve dapat diatur mulai dari setting 1% sampai setting 100% baik pada kondisi buka maupun pada kondisi tutup. Dengan deviasi bukaan valve sebesar 0.05mm/%, akan diperoleh tingkat simpangan sebesar 0.5 mm bila DC valve dioperasikan pada setting bukaan 100%, artinya bahwa tingkat ketelitian bukaan akan menyimpang sebesar 2,6% Sehingga dari data dan perhitungan diatas dapat dinyatakan bahwa kondisi bukaan valve dapat diatur dengan bukaan dari 1 – 100% dan dengan ketelitian bukaan sebesar 0.026 – 2.6 %, atau ketelitian rata-rata = 1.38% Dari kondisi tersebut diatas bahwa dengan mengatur besaran bukaan dalam persentase,

berarti tingkat ketelitian yang dinyatakan dalam tujuan dari

perancangan DC valve dapat dinyatakan telah mencapai target yang diharapkan yaitu sebesar 2%.



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan

Dari semua data hasil pengujian dan hasil analisis data diatas dapat disimpulkan hal-hal yang berkaitan dengan unjuk kerja DC valve sebagai berikut: 1. Kondisi kerja DC valve dapat dikontrol langsung dengan menggunakan rotary encoder yang diprogram menggunakan instruksi penghitung kecepatan tinggi pada PLC yang disetting sebagai fungsi ring counter. 2. Dengan menggunakan sistem SCADA sangat memudahkan dalam memonitor, mengontrol dan menguji performa DC valve. 3. Software sistem SCADA dapat diinisialisasi menjadi instrumen ukur cerdas serta dapat mengukur dengan ketelitian yang dapat diprogram. 4. Dari hasil pengujian performa DC valve, maka diperoleh spesifikasi DC valve sebagai berikut : -

Setting bukaan valve = 1 – 100%

-

Deviasi bukaan

= 0.05 mm/%

-

Ketelitian bukaan

= 0.026 – 2.6%, rata-rata = 1.38%

-

Besaran bukaan valve = 0.19 mm/%

-

Ukuran bukaan valve = 0 – 19 mm

-

Setting besaran pulsa = 1 – 5000 pulsa

-

Kecepatan valve membuka untuk setting bukaan 100% = 19.8 detik, atau kecepatan rata-rata = 0.2 detik/%.

-

Sistem kendali valve terintegrasi dengan PLC dan system SCADA.



104

5.2

Saran

Dalam melakukan perancangan program PLC perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:  Hal yang terpenting dalam perancangan sistem instalasi I/O PLC dengan I/O Plant adalah memastikan bahwa semua peralatan I/O Plant sudah tergambar dengan jelas hubungannya dengan sistem I/O PLC, dilengkapi dengan simbolsimbol standar dan notasi peralatan I/O yang dinyatakan dalam tabel I/O.  Diperlukan uraian yang berkaitan teknis perancangan sistem instalasi suatu sistem kontrol, dimulai dari deskripsi sistem instalasi sampai pada bentuk penggambaran panel kontrol, penentuan dan perhitungan peralatan pengaman dan penghantar/kabel, serta standar dan peraturan yang berkaitan dengan sistem instalasi PLC dan Plant.  Dalam menginisialisasi system SCADA sebaiknya direncanakan lebih dahulu system labelisasi taggingnya, agar urutan pemrograman PLC dapat dilakukan secara berurutan dan tidak lompat-lompat, untuk memudahkan dalam menganalisa kondisi kerja rangkaian kontrol bila terjadi error.  Program rangkaian kontrol PLC tidak hanya digunakan untuk mengeksekusi system plant secara hardware, juga digunakan untuk memanipulasi tampilan system SCADA yang terkait dengan proses monitoring, kontrol dan akuisisi data secara software.



105

DAFTAR REFERENSI James A.Rehg and Glenn J.Sartori (2007), “Programmable Logic Kontrollers” Pearson Educational Inc., New Jersey. Curtis D. Johnson (1997), “Process Kontrol Instrumentation Technology” Fifth Edition, Prentice Hall International Inc., New Jersey. KDT Sistem (2006), “CIMON-HMI (SCADA) Manual, The Perfect HMI SCADA Solutions”, KDT Sistem & CO.,LTD, www.kdtsys.com, Korea – Pyong Yang. Schneider Electric (2009), “ Vijeo Citect SCADA HMI Ver.7.10”Schneider Electric Pty Ltd, Australia. R. John Hansman (2000), Jr. “Characteristics of Instrumentation” CRC Press LLC. . Kurt Heinzmann (2006), “Getting the Most From Your Motors” DEKA Research & Development Corp.



106

Lampiran 1 : Spesifikasi Kontroller – PLC Master-K



107



108

Lampiran 2 : Listing Program PLC



HMI TESIS

Recommend Documents