PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL GATE PADA FLOW CONTROL VALVE SISTEM PEMBANGKIT DAYA MIKROHIDRO BERBASIS PLC SIEMENS S7-1200

TUGAS AKHIR – TM090340

PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL GATE PADA FLOW CONTROL VALVE SISTEM PEMBANGKIT DAYA MIKROHIDRO BERBASIS PLC SIEMENS S7-1200 WAHYU IDANG WIRABUDI NRP. 2113 030 055

Dosen Pembimbing Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing, Ph.D NIP. 19751120 200212 1 002

PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

FINAL PROJECT – TM090340

GATE CONTROL SYSTEM DEVELOPMENT FOR MIKROHIDRO POWER PLAN FLOW CONTROL VALVE SYSTEM BASED ON SIEMENS S7-1200 WAHYU IDANG WIRABUDI NRP. 2113 030 055

Academic Advisor Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing, Ph.D NIP. 19751120 200212 1 002

PROGRAM STUDY DIPLOMA III DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING Faculty Of Industrial Technology Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL GATE PADA FLOW CONTROL VALVE SISTEM PEMBANGKIT DAYA MIKROHIDRO BERBASIS PLC SIEMENS S7-1200 Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing

: : : :

Wahyu Idang Wirabudi 2113 030 055 D-3 Teknik Mesin FTI -ITS Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing., Ph.D

Abstrak Indonesia merupakan negara yang memiliki potensi energi alternatif yang besar. Salah satunya yaitu air yang potensinya sendiri hingga 70.000 MW. Hingga saat ini, masih 6% pemanfaatanya yang efektif. Potensi yang besar ini dapat terus dikembangkan untuk mengawal rasio elektrifikasi indonesia yang lebih baik. Untuk itu diperlukan riset untuk pengembangan terhadap mikrohidro. Salah satunya adalah Sistem Kendali PLTMH Berbasis PLC Siemens S7-1200 ini. sistem kendali ini bekerja mengatur water intake milik sistem mikrohidro dan sistem kendali ini diharapkan bisa mengatur debit air yang akan masuk kedalam turbin agar nantinya tidak beroperasi melebihi batas operasi dari turbin.

Kata kunci : PLC,PLTMH,Water Intake

GATE CONTROL SYSTEM DEVELOPMENT FOR MICROHYDRO POWER PLAN FLOW CONTROL SYSTEM BASED ON SIEMENS S7-1200 Name Student ID Departmen Academic Advisor

: : : :

Wahyu Idang Wirabudi 2113 030 055 D-3 Mechanical Engineering FTI-ITS Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing., Ph.D

Abstract Indonesia is the country with great potential of renewable Energi and One of the Potential is Water. The Potential itself is almost 70.000 MW, But until this day the effective use of the potential still 6% or less. This huge potential can be more developed for better electrification ratio in indonesia. Therefore, developing research for Microhydro Power Plan is very necessary. One of the research is Microhydro Power Plan Control system based on Siemens S7-1200. The control system regulate water intake system belongs to mikrohidro, The control system is expected to regulate the flow of water into the turbine so that later do not operate beyond the limits of operation of the turbine.

Keywords : PLC,Microhydro,Water Intake,Power Plan

KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmatNya, sehingga dapat diselesaikan dengan baik dalam penyusunan tugas Akhir yang berjudul : “ PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL GATE PADA FLOW CONTROL VALVE SISTEM PEMBANGKIT DAYA MIKROHIDRO DENGAN PLC SIEMENS S7-1200” Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS untuk bisa dinyatakan lulus. dalam rangka tersebut maka disusunlah Tugas Akhir ini. Selain inin Tugas Akhir juga merupakan suatu bukti yang dapat diberikan kepada almamater dan masyarakat. Banyak pihak yang telah membantu sampai selesainya Tugas Akhir ini, oleh karena itu pada kesempatan ini disampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing., Ph.D. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dukungan dan saran sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. 2. Bapak Dr. Ir. Heru Mirmanto , MT. Ketua Program Studi D III Teknik Mesin FTI – ITS 3. Bapak Ir. Winarto, DEA. Selaku dosen wali. 4. Bapak Ir. Denny M. E. Soedjono, MT. selaku koordinator Tugas Akhir. 5. Bapak – Ibu dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan tugas akhir ini. 6. Semua dosen dan karyawan Program Studi D III Teknik Mesin FTI-ITS. 7. Orang tua tercinta beserta seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan dan doanya. 8. Rekan – rekan Laboratorium Mekatronika D3 Teknik Mesin FTI – ITS.

9. Rekan – rekan dari program studi D3 elektro khususnya mas faizal azmi dan zulfikar yang memberikan banyak dukungan. 10. Rekan – rekan mahasiswa D3 Teknik mesin angkatan 2013 yang yang telah memberikan doa dan dukungan. 11. Rekan – rekan SOSMAS BEM ITS yang telah memberikan dukungan dan doa. 12. Nona Pisces Eria yang selalu mensupport saya secara pribadi dari awal tugas akhir. 13. Serta semua pihak yang telah membantu penulisan tugas akhir ini. Kekurangan atau ketidaksempurnaan tentu masih ada, namun bukan sesuatu yang disengaja, hal tersebut semata-mata karena kekhilafan dan keterbatasan pengetahuan yang dimiliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan mahasiswa, khususnya mahasiswa Program studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS.

Surabaya, Desember 2016

Penulis

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB I PENDAHULUAN ......................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................................... 1 1.3 Batasan Masalah............................................................. 2 1.4 Tujuan ............................................................................ 2 1.5 Manfaat .......................................................................... 2 1.6 Metodologi Penelitian .................................................... 3 1.7 Sistematika Penulisan..................................................... 3 BAB II DASAR TEORI ............................................................ 5 2.1 Pengertian Mikrohidro ................................................... 5 2.2 Sistem dan Komponen umum Mikrohidro ..................... 6 2.2.1 Water Intake ............................................................. 8 2.3 Teori Dasar Aliran Hidrodinamik .................................. 9 2.4 Sistem Kontrol ............................................................... 10 2.4.1 Human Aided Kontrol .............................................. 10 2.4.2 Automatic Kontrol .................................................... 11 2.5 PLC ................................................................................ 11 2.5.1 Bahasa Pemrograman PLC ....................................... 11 2.6 Pneumatic ....................................................................... 14 2.6.1 Struktur dan Komponen Sistem Pneumatik .............. 15 2.6.2 Komponen Pneumatik .............................................. 17 2.7 Dasar – Dasar Elektro Pneumatic................................... 23 2.7.1 Komponen Dasar Elektro Pneumatik ....................... 24

BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Tugas Akhir ............................................. 35 3.2 Sistim Water Intake ........................................................ 38 3.3 Sistim Penggerak ............................................................ 39 3.4.Implementasi sistem control........................................... 41 3.5 Perfomance Turbin ......................................................... 43 BAB IV VISUALISASI DAN SIMULASI 4.1 Desain Sistem ................................................................. 46 4.1.1. Desain Gate dan Desain Pemilihan Cylinder ........... 46 4.1.2. Desain Sistem circuit pneumatic ............................. 53 4.1.3. Desain Ladder Diagram PLC................................... 54 4.2. Pemilihan Perangkat ...................................................... 54 4.2.1. Pemilihan komponen pneumatic ............................. 54 4.2.2. Pemilihan komponen PLC dan alat bantu. .............. 56 4.3. Hasil .............................................................................. 58 4.3.1. TIA PORTAL.......................................................... 58 4.3.2. Wiring dan Konstruksi ............................................ 63 4.3.3. Standart Operation Procedure...................................72 4.3.3.1. Operasi................................................................72 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................... 71 5.1 Kesimpulan .................................................................... 71 5.2 Saran............................................................................... 71 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 1 LAMPIRAN 2 LAMPIRAN 3 LAMPIRAN 4

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Mekanisme Kerja dan Komponen Mikrohidro..........6 Gambar 2.2 water intake konvensional..........................................9 Gambar 2.3 Pusat Tenaga Air dan Head......................................10 Gambar 2.4 Bagan Jaringan Kontrol untuk Sinyal Aliran...........15 Gambar 2.5 Diagram kerja rangkaian pneumatic........................16 Gambar 2.6 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk (a) aktuator single acting dan (b) aktuator double acting.......................................................................17 Gambar 2.7 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk aktuator gerakan berputar.. ..................... .............................18 Gambar 2.8 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk (a) indicator optic capacitive proximity switch, (b) inductive proximity switch. ...... ….........................18 Gambar 2.9 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk timer19 Gambar 2.10 Double Acting Cylindervalve…............................19 Gambar 2.11 Komponen dan simbol dari 2/2 way valve............21 Gambar 2.12 Komponen dan simbol dari 3/2 way valve............21 Gambar 2.13 Komponen dan simbol dari 4/2 way valve.......................................................................21 Gambar 2.14 Komponen dan simbol dari 5/2 way valve...........21 Gambar 2.15 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk (a) two pressure valve, (b) quick exhaust valve, (c) check valve ....................................... ............................22 Gambar 2.16 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk flow control valve ........................... ............................23 Gambar 2.17 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk pressure reducer valve .......................... ............................23 Gambar 2.18 sakelar tekan ............................ ............................25 Gambar 2.19 Prinsip kerja sakelar tekan mengunci...................26 Gambar 2.20 sakelar pengunci manual ......... ............................26 Gambar 2.21 Konstruksi dan simbol sakelar pembatas .............27 Gambar 2.22 Relay Normally Open,Relay Normally Closed kombinasi NO & NC ............. ............................29 Gambar 2.23 Simbol dari time delay switch on relay................30 Gambar 2.24 Simbol dari time delay switch off relay...............30

Gambar 2.25 Konstruksi dan simbol valve solenoid 3/2 normally closed...................................... ..............................32 Gambar 2.26 Konstruksi dan simbol valve solenoid 3/2 pengembali pegas..................................................33 Gambar 3.1 Diagram Alir Tugas Akhir......... ..............................36 Gambar 3.2 Model Water Intake ................... ..............................39 Gambar 3.3 circuit sistem pneumatic ............ ….............................40 Gambar 3.4 Blok Diagram Sistem...............................................40 Gambar 3.5 Diagram Kerja Dasar Sistim water intake….............42 Gambar 3.6 Wiring diagram Relay dan Selenoid valve…...........42 Gambar 3.7 Wiring Diagram Unit PLC.......................................43 Gambar 4.1 Intake dari Gate…..........................................................47 Gambar 4.2 Diagram gaya yang bekerja........ ..............................48 Gambar 4.3 vektor gaya…...........................................................49 Gambar 4.4 Diagram vektor gaya yang bekerja..........................50 Gambar 4.5 desain cicuit pneumatic .............. .............................52 Gambar 4.6 Ladder Diagram.......................................................53 Gambar 4.7 3/2 way selenoid valve................ .............................54 Gambar 4.8 pneumatic Cylinder ..................... .............................54 Gambar 4.9 Pressure Reducer Valve .............. .............................55 Gambar 4.10 PLC Siemens S7-1200 .............. ........................... .56 Gambar 4.11 relay kontaktor omron ............. ….......................... .56 Gambar 4.12 working TIA Portal ................... ........................... 57 Gambar 4.13 Display Awal masuk TIA Portal….........................58 Gambar 4.14 start new Project TIA Portal .... ….......................... 58 Gambar 4.15 Pemilihan Jenis Kontrol…........................................ 59 Gambar 4.16 Gambar 4.16 Pemilihan CPU oleh TIA Portal dalam menú PLC............................................................59 Gambar 4.17 Menu Organization Blok…...................................60 Gambar 4.18 Symantic Step7 Dalam TIA Portal untuk Ladder Diagram…........................................................... 60 Gambar 4.19 Penyusunan Ladder Diagram yang Telah Selesai dan No Error…..........................................................60 Gambar 4.20 Menu Dowload PLC ................ …...........................61 Gambar 4.21 Diagram Komunikasi Sistim water intake…........62 Gambar 4.22 PLC SIEMENS Dalam Keadaan Hidup Belum Terkoneksi .............................. ............................63 Gambar 4.23 Koneksi Kabel ethernet PLC dan PC…...............63

Gambar 4.24 Koneksi dalam PC............................................... 64 Gambar 4.25 Cara Device Configuration Komunikasi..............64 Gambar 4.26 Online PLC.......................................................... 65 Gambar 4.27 PLC Monitoring yang Telah Online.................... 66 Gambar 4.28 Wiring diagram Solenoid valve dan Relay...........66 Gambar 4.29 Slot I/O PLC.........................................................66 Gambar 4.30 Instalasi PLC dan Wiring.....................................67 Gambar 4.31 Circuit Pneumatic.................................................68 Gambar 4.32 Aktuator Gate dengan silinder............................. 69

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fungsi Komponen Mikrohidro..................................7

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Dengan semakin majunya perkembangan teknologi di era globalisasi. Kebutuhan akan energi semakin besar juga oleh masyarakat, pembangkit energi pun sudah menjadi prasarana yang wajib ada, dewasa ini pembangkit energi konvensional seperti PLTU sudah bisa tergantikan oleh energi terbarukan, salah satunya adalah PLTA atau pembangkit listrik tenaga air, yang prinsipnya menggunakan tenaga air sebagai tenaga

penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan dan jumlah debit air, selama ini untuk PLTA kelas mikrohidro tidak dilengkapi dengan alat pengaman water intake, hal ini membuat umur generator maupun turbin menjadi rendah karena sering overworking. Tanpa adanya pengaturan water intake, seringkali debit dari aliran air yang masuk ke dalam water intake sangat fluktuatif, apalagi saat cuaca sedang tidak menentu, debit aliran dapat meninggi dan keadaan di lapangan bisa sangat buruk seperti badai maka dibutuhkan sistem kontrol yang aman agar dapat mengurangi resiko dan mempermudah pengaturan debit. Oleh karena itu, penulis mencoba melakukan upaya untuk merancang dan membuat alat dengan teknologi terbaru yaitu water intake control yang menggunakan PLC (Programmable Logic Controller ) pada mikrohidro yang konvensioal. Yang nantinya diharapkan dengan adanya alat ini, dapat meningatkan efisiensi waktu dan biaya dari penggantian kerusakan turbin maupun generator mikrohidro dan juga dapat menguragi resiko pengaturan debit yang membuat user langsung turun ke lapangan.

1.2

Rumusan Masalah

Dalam perencanaan PLC water intake mikrohidro ini muncul permasalahan yaitu Bagaimana pengembangan dari sistem kontrol intake pada flow control valve sistem pembangkit daya mikrohidro Berbasis PLC Siemens S7-1200? 1.3

Batasan Masalah

Untuk mencapai tujuan perancangan dan memperjelas lingkup permasalahan yang akan dibahas, maka perlu ditentukan batasan masalahnya yaitu: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1.4

Tidak membahas desain turbin. Perhitungan tranmisi tidak dibahas. Tidak membahas tentang biaya produksi Tidak membahas mekanika fluida Tidak membahas termodinamika. Simulasi menggunakan TIA PORTAL SIEMENS Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui bagaimana merencanakan water intake pada mikrohidro dengan menggunakan kontrol PLC. 2. Untuk mengetahui penerapan PLC pada komponen dari instalasi PLTMH. 3. Untuk mengetahui PLC yang cocok digunakan untuk PLTMH. 1.5

Manfaat

Dengan adanya perencanaan mekanisme, simulasi dan analisa struktur pada water intake dengan PLC pada mikrohidro dapat membantu merencanakan mikrohidro yang lebih berkualitas dan lebih aman di kemudian hari.

1.6

Metodologi Penelitian

Untuk dapat mensimulasikan sebuah water intake yang dikontrol oleh PLC, maka analisa dan perancangan tersebut menggunakan langkah-langkah sebagi berikut: 1. Studi literatur Upaya ini dilakukan dengan mendapatkan data dan keterangan-keterangan melalui buku-buku atau literaturliteratur dari buku-buku yang sudah diakui kebenarannya, melalui metode ini diperoleh teori-teori yang mendasar dalam setiap pembahasan untuk menunjang perencanaan mekanisme kerja mesin. 2. Pemilihan Alat dan komponen Pemilihan alat meliputi  Jenis PLC  Spesifikasi Sistem pneumatic  Jenis water intake 3.

1.7

Simulasi konsep sistem Simulasi Meliputi sistem kerja dari water intake yang telah dilengkapi dengan PLC sebagai kontroler. Sistematika Penulisan Sistematika yang dipakai dalam penulisan laporan ini

adalah: BAB I

Pendahuluan Berisikan tentang : latar belakang, rumusan permasalahan, batasan masalah, tujuan, metodologi, sistematika penulisan dan manfaat. BAB II Dasar Teori Membahas tentang dasar-dasar teori yang digunakan sebagai dasar perhitungan dan pemikiran.

BAB III Metodologi Membahas tentang diagram alir, pengumpulan data serta tahap-tahapan proses perancangan instalasi. BAB IV Pembahasan Membahas tentang simulasi dari Water intake dengan PLC dari mikrohidro BAB V Penutup Membahas tentang kesimpulan dari hasil analisis dan saran-saran penulis dalam penyusunan tugas akhir.

BAB II DASAR TEORI 2.1

Pengertian Mikrohidro

Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air[1]. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Secara teknis, mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan generator. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air dialirkan melalui sebuah pipa pesat atau penstock kedalam rumah pembangkit yang pada umumnya dibagun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2.5 meter dapat dihasilkan listrik 400 watt. Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohi dro dibandingkan dengan PLTA skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro. Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan dampak kerusakan lingkungan. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan mikrohidro terutama pada besarnya tenaga listrik

yang dihasilkan, PLTA di bawah ukuran 200 KW digolongkan sebagai mikrohidro. Dengan demikian, sistem pembangkit mikrohidro cocok untuk menjangkau ketersediaan jaringan energi listrik di daerah-daerah terpencil dan pedesaan. 2.2

Sistem dan Komponen umum Mikrohidro

Gambar 2.1 Mekanisme Kerja dan Komponen Mikrohidro Dari Gambar 2.1 diatas menunjukan komponen dasar dari mikrohidro. Sistem mikrohidro ini sering disebut sebagai “Run of River” karena jenis run off river, memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistern PLTMH tersebut terdiri dari banaunan intake (penyadap) – bendungan, saluran pembawa, bak pengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit dan saluran pembuangan. Basic lay-out pada perencanaan pengembangan PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake, bagaimana aliran air akan dibawa ke turbin. Komponen paling dasar dari mikrohidro sebenarnya hanyalah water intake,penstock atau pipa pembawa,Turbin dan generator. Namun seiring perkembangan dari mikrohidro ini

komponen pendukung dari sistem mikrohidro semakin banyak, dan hal itupun juga menunjang performa dari mikrohidro itu sendiri, berikut adalah komponen komponen mikrohidro utama dan pendukungnya. Tabel 2.1 Fungsi Komponen Mikrohidro No. Nama Komponen 1. Stream Flow 2.

Trash Rack

3.

Intake Water diversion

4.

Diversion Channel

5.

De silting Header box

6.

Bypass conduit

7.

Penstock

8.

Inlet Regulation Valve

9.

Hydro Turbin

10.

Draft Tube

11.

Tailwater

Fungsi Aliran air sungai dengan head dan kapasitas yang memadai. Filter untuk sampah yang masuk Memisahkan air ke gate valve dan tanki. kanal, parit atau pipa pada tekanan atmosfer. Air mengalir dari sini ke ketinggian yang lebih rendah. untuk mengatur aliran ke penstock. memungkinkan sistem untuk membersihkan kotoran lumpur dan juga mengurangi kelebihan arus. Saluran bertekanan yang membawa aliran air ke ruang turbin. Katup yang bertugas untuk menutup aliran air ke turbin saat shutdown. Turbin yang bertugas mengkonversi energi fluida menajdi energi mekanik. Untuk meneruskan air ke saluran pembuangan. Saluran untuk mengurangi kecepatan air sebelum ke

sungai. 12.

Gear Box

13.

Generator

Untuk mengatur tenaga dan frekuensi Turbin.

Untuk mengkonversi energi mekanik ke energi listrik 14. Power switch dan Untuk memutus aliran listrik breaker dari generator. 15. Transformer Menaikkan tegangan dan mengkonversi listrik 16. Ac output to load or Mentransmisikan tegangan. grid 17. Control monitor and Untuk mengatur seluruh aliran CPU listrik maupun sistem mekanik 18. Communication Line Untuk membawa semua informasi sistem ke media seperti telepon atau web. Dari tabel 2.1 diatas dapat dikatakan sistem ini mempunyai sistem pengaturan pusat oleh user yang disambungkan dengan communication line dan nantinya diteruskan ke CPU untuk mengendalikan sistem di lapangan 2.1.1 Water Intake Water intake atau Gate adalah suatu saluran utama untuk masuknya air kedalam suatu sistem yang disini adalah PLTMH, water intake mempunyai jenis yang bermacam macam, jenis dari water intake ditentukan oleh fungsinya, ada yang berfungsi sebagai flow control, ada yang berfungsi sebagai strainer, ada yang berfungsi sebagai pemisah dan pengarah aliran ada dan juga ada yang berfungsi sebagai sekat untuk kegiatan ekonomi tertentu seperti kebutuhan tambak dan pertanian.

Gambar 2.2 water intake konvensional Desain water intake disesuaikan dengan fungsinya water intake pada water intake konvensional biasanya hanya untuk mengatur aliran saja, dengan menagatur bukaan gate dengan elemen mesin saja. 2.3

Teori Dasar Aliran (Hidrodinamik) Air yang mengalir mempunyai energi yang dapat digunakan untuk memutar roda roda turbin, karena itu pusat tenaga air dibangun di sungai atau pegunungan. Pusat tenaga air tersebut dapat dibedakan menjadi dua golongan berdasarkan tekananya yaitu pusat tenaga air tekanan tinggi dan pusat tenaga air bertekanan rendah. Diketahui dengan didirikanya bendungan di daerah yang tinggi mempunyai energi daya air yang cukup besar dan terdapatlah reservoir air yang cukup besar juga, dengan menggunakan pipa, air tersebut dialirkan ke rumah pusat tenaga yang dibangun di bagian bawah bendungan, dan di dalam rumah tersebut telah dipasang 2 nosel turbin, lewat nosel tersebut air dapat

memutar turbin kemudian air tersebut dibuang ke sungai. Dari selisih ketinggian air di atas dan di bawah terdapat tinggi air jatuh atau yang biasa disebut dengan “Head”.

Gambar 2.3 Pusat Tenaga Air dan Head

dengan menggunakan rumus mekanika fluida, daya turbin, luas penampang lintang saluran dan dimensi bagianbagian turbin lainnya serta bentuk dari aliran air dapat ditentukan. 2.4

Sistem Kontrol

Pada prinsipnya tugas sistem kontrol adalah mengatur suatu “nilai” dalam suatu sistem. Yang dimaksud mengatur adalah untuk menjaga siste tersebut masih dalam parameter yang diinginkah oleh pengguna alat. Sistem kontrol sendiri mempunyai banyak instrumen dan jenis sistem inilah beberapa jenisnya. 2.4.1. Human aided Kontrol Human aided kontrol merupakan sistem kontrol yang membutuhkan manusia untuk mengontrol besaranya, nilai yang disebut adalah “controlable variable”

2.4.2 Automatic control Automatic control adalah sebuah sistem kontrol yang dapat berdiri sendiri tanpa bantuan manusia dalam proses berjalananya, manusia yang mengoprasikan dan mengolah logika digantikan oleh komputer.

2.5

PLC (Programammable Logic Control)

Sebuah PLC adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relay yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamatimasukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian melakukan proses dan melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan ataumematikan keluarannya (logika 0 atau 1, hidup atau mati). Pengguna membuat program (yang umumnya dinamakan diagram tangga atau ladder diagram ) yang kemudian harus dijalankan oleh PLC yang bersangkutan,Dengan kata lain, PLC menentukan aksi apa yang harus dilakukan pada instrumen keluaran berkaitan dengan status suatu ukuran atau besaran yang diamati. PLC banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi industri, misalnya pada proses pengepakan, penanganan bahan, perakitan, otomatis dan sebagainya. Dengankata lain, hampir semua aplikasi yang memerlukan kontrol listrik atau elektronik membutuhkan PLC. Guna memperjelas contoh penggunaan PLC ini, misalnya diinginkan saat suatu saklar ON, akan digunakan untuk menghidupkan sebuah solenoid selama 5 detik, tidak peduli berapa lama saklar tersebut ON. Kita bisa melakukan hal ini menggunakan pewaktu atau timer. Tetapi bagaimana jika yang dibutuhkan 10 saklar dan 10 solenoid, maka kita akan membu tuhkan 10 pewaktu. Kemudian bagaimana jika kemudian dibutuhkan informasi berapa kali masing-masing saklar dalam kondisi ON, tentu saja akan membutuhkan pencacah eksternal. Demikian seterusnya, makin lama makin kompleks.Dengan demikian, semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting

penggunaan PLC untuk mempermudah proses-proses tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan). 2.5.1

Bahasa Pemrograman PLC

PLC dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sequensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai sudah dimasukkan ke jenis PLC yang digunakan. Berdasarkan Standart Internasional IEC (International Electrical Commision) 61131-3, bahasa pemrograman PLC ada 5 macam. 1. Ladder Diagram Ladder Diagram atau sering disebut juga dengan ladder diagram logic adalah bahasa pemrograman PLC yang menggambarkan program dalam bentuk grafis. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Ladder diagram ini cocok digunakan untuk persoalan-persoalan control diskrit yang kondisi input dan outputnya hanya memiliki dua kondisi yaitu ON dan OFF, seperti pada sistem kontrol konveyor, lift, dan motor-motor industry. Dalam diagram ini terdapat dua buah garis vertikal, yang mana garis vertikal sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positif catu daya, sedangkan garis vertikal sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negative catu daya. Diantara dua garis tersebut dipasang kontak-kontak yang menggambarkan control dan saklar,

sensor dan output. Satu baris dari ladder diagram biasanya disebut dengan istilah satu RUNG. Kontak-kontak yang dimaksud diletakkan di antara kedua garis vertikal. 2. Function Block Diagram (Diagram Blok Fungsional) Diagram Blok Fungsional merupakan suatu bahasa pemrograman PLC yang menggambarkan bentuk aliran daya atau aliran sinyal dalam rung dengan menggunakan blok-blok diagram fungsi logic (gerbang logic). Pemrograman berbasis aliran data secara grafis ini banyak digunakan untuk tujuan kontrol proses yang melibatkan perhitungan-perhitungan kompleks dan akuisisi data analog. Pada dasarnya terdapat 3 macam blok fungsi logic dasar yaitu AND, OR dan NOT (Inverse). Sedangkan fungsi logik lainnya dapat dibangun dengan mengkombinasikan ketiga fungsi logik dasar tersebut. 3. Structuture Text (ST) Structure Text (ST), termasuk high level language seperti If/Then,Do/While,Case,For/Next, dan lain sebagainya. Structure Text umumnya digunakan untuk beberapa prosedur yang kompleks menggunakan bahasa yang baku untuk menyatakan kondisi step yang berbeda. Bahasa yang digunakan sangat mirip dengan bahasa pemrograman pada Pascal. Dalam aplikasinya, model ini cocok digunakan untuk perhitungan-perhitungan matematis yang kompleks, pemrosesan tabel dan data, serta fungsifungsi kontrol yang memerlukan algoritma khusus. Untuk penulisan program PLC dilakukan dengan menggunakan daftar teks atau notasi.

4. Instruction List (IL) / Statement List (SL) Instruction List (IL), low level language yaitu pemograman yang menggunakan statement variabel (huruf) sebagai inputnya dan sangat efektif untuk aplikasi-aplikasi yang kecil dimana terdapat perintah-perintah yang sudah baku seperti LD/STR,NOT, AND, dan sebagainya. Bisa menyajikan banyak input dan output. Intruksi yang dibuat berupa susunan sederhana menuju ke operand yang berupa alamat atau register. 5. Sequential Function Charts (Diagram Fungsi Sekuensial) Sequential Function Charts merupakan Metode grafis untuk pemrograman terstruktur yang banyak melibatkan langkah-langkah rumit, seperti pada bidang robotika, perakitan kendaraan, batch control, dan sebagainya. Bahasa pemrograman ini dibuat dengan sistem chart yang mempresentasikan tiap step ke dalam hubungan-hubungan transisi. Di dalam chart terdapat urutan langkah-langkah, transisi, dan percabangan.

2.6 Pneumatic Sejalan dengan pengenalan terhadap sistem keseluruhan pada pneumatik, secara individu elemen pneumatik pun mengalami perkembangan pesat, misalnya dalam pemilihan bahan/material, manufaktur dan proses disain. Contohnya silinder pneumatik memegang peranan penting sebagai elemen kerja, dimana silinder ini murah harganya, mudah pemasangannya, sederhana dan kuat konstruksinya serta

tersedia dalam berbagai ukuran dan panjang langkah. Penggunaan silinder dan elemen pneumatik yang lain dapat digunakan untuk pengekleman, pengangkat, penepat, pengukur, pencari, pengepak, pengatur gerakan, pengendali, pemutar, dan sebagainya Pada permesinan dapat dipakai sebagai pengoperasian pada mesin bor, mesin milling, mesin bubut, mesin gergaji, mesin pembentuk, dan quality control. Pengembangan produk dalam pneumatik bisa dibagi dalam: aktuator, sensor, prosesor, sistem kontrol dan perlengkapan. 2.6.1 Struktur dan Komponen sistem Pneumatik Gambar 2.4 Di bawah ini diperlihatkan jaringan kontrol untuk sinyal aliran yang dipakai sebagai output ke sistem kerja.

Gambar 2.4 Bagan Jaringan Kontrol untuk Sinyal Aliran

Elemen-elemen tersebut pada penggunaan dalam pneumatik biasanya mempergunakan simbol-simbol yang menunjukkan fungsinya. Simbol-simbol itu bisa dirangkai untuk menghasilkan solusi pada diagram jaringan kerja. Diagram kerja harus digambarkan susunannya seperti struktur di bawah ini. Katup penentu arah dapat mempunyai fungsi sebagai pengontrol sensor, prosesor atau aktuator. Apabila katup penentu arah dipergunakan untuk mengontrol gerakan sebuah silinder maka katup ini berfungsi sebagai pengontrol aktuator. Apabila dipakai mengolah sinyal maka katup ini berfungsi sebagai prosesor. Begitu pula bila dipakai sebagai peraba sebuah gerakan maka berfungsi sebagai sensor, pada gambar 2.5 dibawah ini adalah diagram kerja rangkaian pneumatic

Gambar 2.5 Diagram kerja rangkaian pneumatic

2.6.2. Komponen Pneumatik a) Silinder Aktuator Aktuator adalah bagian terakhir dari output suatu sistem kontrol pneumatik. Output biasanya digunakan untuk mengidentifikasi suatu sistem kontrol ataupun aktuator. Pada pneumatik, jenis jenis aktuator ada bermacam-macam, yaitu diantaranya: 1. Aktuator gerakan linier: - Single acting cylinder (silinder aksi tunggal) - Double acting cylinder (silinder aksi ganda)

(a)

(b)

Gambar 2.6 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk (a) aktuator single acting dan (b) aktuator double acting

2. Aktuator gerakan berputar (rotary): Motor yang digerakkan oleh udara. Motor pneumatik adalah suatu peralatan pneumatik yang menghasilkan gerakan putar yang sudut putarnya tidak terbatas bila terhadap peralatan ini dialiri udara yang dimampatkan. Ada

4 jenis motor pneumatik, yaitu piston motors, sliding vane motors, gear motors, dan turbin. - Aktuator yang berputar/gerakan putar.

Gambar 2.7 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk aktuator gerakan berputar. b) Indikator Indikator optik secara visual bisa mewakili status dari sistim pneumatik dan membantu diagnosa. Beberapa semboyan secara visual: - indikator optik dengan warna tunggal ataupun majemuk - indikator optik dengan pena, untuk display dan sensor sentuh - counter - penunjukkan resistansi - timer

(a)

(b)

Gambar 2.8 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk (a) indicator optic capacitive proximity switch, (b) inductive proximity switch.

Gambar 2.9 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk timer C. Aktuator Pneumatik Udara bertekanan dari kompresor diubah menjadi gerakan lurus oleh silinder pneumatik. Besarnya tenaga yang dapat ditimbulkan tergantung pada besarnya tekanan, luas penampang sillinder, serta gesekan yang timbul antara dinding dalam dengan batang toraknya. Aktuator pneumatik secara garis besar dibagi menjadi 2 yaitu Silinder Single Acting dan Silinder Double Acting. Mesin pemotong jagung muda ini menggunakan silinder double acting dalam pengaplikasiannya. Hal ini dikarenakan silinder double acting memiliki keuntungan yaitu bisa dibebani pada kedua arah gerakan batang pistonnya. Silinder double acting pada pneumatik terdiri dari komponen-komponen seperti di gambar 2.10 berikut :

Gambar 2.10 Double Acting Cylinder Adapun kemampuan Silinder pada saat melakukan penekanan, antara lain : 1. Dorongan Silinder Gaya dorong silinder dapat dihitung dari diameter tabung silinder, diameter piston dan tekanan udara. Berikut adalah rumus untuk menentukan gaya dorong silinder (Esposito, 2003):

Dimana : F = Gaya Dorong Silinder (Kgf) D = Diameter Tabung Silinder (Cm) P = Tekanan Udara (Kgf/Cm2) µ = Koefisien Tekanan Beban Dorong Dimana koefisien tekanan beban berubah tergantung dari diameter silinder, gesekan slaiding packing dan gesekan metal rod. 2. Tarikan Silinder Gaya tarikan silinder bisa diketahui dengan menggunakan persamaan (Esposito, 2003):

Dimana: F = Gaya Tarik Silinder (Kgf) D = Diameter Tabung Silinder (Cm) d = Diameter Piston (Cm) P = Tekanan Udara (Kgf/Cm2) µ = Koefisien Tekanan Beban Tarik

c) Katup 1. Katup pengarah (Directional Control Valve), terdiri dari 2 jenis katup: a. Katup poppet, yang bekerja dengan cara melepas dan menempelkanbola/piringan terhadap dudukannya yang terpasang ‘seal’ yang bersifat elastis namun kuat. Gaya untuk menggerakkan katup poppet relatif besar karena harus melawan gaya pegas pada saat posisi kerja.

b. Katup geser (slide valve), yang bekerja dengan menggeser silinder atau piringan. Ada beberapa jenis dari katup ini, yaitu • 2/2 way valve : mempunyai 2 port pada masing-masing kotak

Gambar 2.11 Komponen dan simbol dari 2/2 way valve • 3/2 way valve : mempunyai 3 port pada masing-masing kotak.

Gambar 2.12 Komponen dan simbol dari 3/2 way valve • 4/2 way valve : mempunyai 4 port di masing-masing kotak.

Gambar 2.13 Komponen dan simbol dari 4/2 way valve

• 5/2 way valve : mempunyai 5 port pada masing-masing kotak.

Gambar 2.14 Komponen dan simbol dari 5/2 way valve 2. Katup searah (Non return valve), yang jenisnya antara lain: a. Check valves: hanya mempunyai 1 inlet dan 1 outlet, dapat menutup aliran pada satu arah aliran. Pada arah lainnya katup ini dengan bebas dapat mengalirkan aliran udara dengan tekanan rendah. b. Two pressure valve: mempunyai 2 inlet dan 1 outlet. Udara mampat mengalir melalui katup ini bila sinyal udara terdapat pada kedua sambungan inlet. (= Logic AND function) c. Shuttle valve: (= Logic OR function) Udara mampat dapat mengalir dari salah satu atau kedua saluran inlet menuju outlet. d. Quick exhaust valve: berfungsi sebagai penambah kecepatan silinder. Dengan ini memungkinkan waktu yang diperlukan untuk langkah kerja silinder terutama untuk single act cylinder lebih singkat lagi.

Gambar 2.15 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk (a) two pressure valve, (b) quick exhaust valve, (c) check valve 3. Katup pengatur aliran (Flow control valve), berfungsi mengatur aliran udara secara volumetrik.

a. Bi-directional flow control valve, mengatur udara ke dua arah. b. One way flow control valve, mengalirkan udara ke satu arah untuk mengatur kecepatan aktuator.

Gambar 2.16 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk flow control valve 4. Katup pengatur tekanan (pressure reducer valve), fungsinya mengatur besarnya tekanan udara yang diperlukan.

Gambar 2.17 Gambar dan simbol pada rangkaian untuk pressure reducer valve

2.7. Dasar Teori Elektro-Pneumatik Elektropneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dimana prinsip kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak) sedangkan media kontrolnya mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan mengaktifkan sakelar, sensor ataupun sakelar pembatas yang berfungsi sebagai penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang

dikirimkan ke kumparan tadi akan menghasilkan medan elektromagnit dan akan mengaktifkan/mengaktuasikan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem. 2.7.1. Komponen Elektro-Pneumatik Bila energi listrik tersedia dan akan dipakai maka perlu diproses dan didistribusikan oleh komponen utama. Untuk mempermudah penunjukkannya maka komponen itu digambarkan dalam bentuk simbol pada diagram rangkaiannya. Berikut ini adalah komponen utama dari elektro-pneumatik:

a) Sinyal Masukan Listrik (Electrical Signal Input) Sinyal listrik pada teknik kontrol elektro-pneumatik diperlukan dan diproses tergantung pada gerakan langkah kerja elemen kerja. Sinyal listrik ini didapatkan bisa dengan cara mengaktifkan sakelar atau bisa juga dengan mengaktikan sensor,misalkan sensor mekanik ataupun elektronik. Sinyal masukan listrik kerjanya tergantung kepada fungsi sinyal itu. Ada yang disebut “Normally open” (NO, pada kondisi tidak aktif sambungan tidak tersambung), “Normally closed” (NC, kondisi tidak aktif sambungan tersambung) dan “Change Over” (tersambung bergantian,kombinasi dari NO dan NC). Bagian-bagian dari komponen sinyal masukan listrik adalah sebagai berikut: 1) Sakelar tekan, dioperasikan manual Elemen sinyal masukan diperlukan untuk memungkinkan sebuah sistem kontrol dinyalakan. Yang paling umum dipakai adalah sakelar tekan (Pushbutton switch). Disebut

sakelar tekan karena untuk mengalirkan sinyal, mengaktuasikannya dengan menekan tombol atau sakelar. Sakelar tekan biasa dapat dilihat di gambar 2.18 dan Simbol yang digunakanya seperti berikut: * Sakelar tekan manual secara umum untuk kontak NO (General Push-button switch, NO) * Sakelar tekan manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NO * Sakelar tekan manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NC

Gambar 2.18 sakelar tekan Sakelar tekan mengunci (Latching Push-button switches) Sakelar ini diaktuasikan/diaktifkan dengan tombol yang mengunci. Adapun menguncinya sakelar ini disebabkan kerja mekanik. Untuk mengembalikan ke posisi semula (posisi tidak aktif) maka sakelar ini harus ditekan lagi. Penunjukkan sistem ini berdasarkan standardisasi Jerman, diatur dengan nomor DIN 43 065. Penunjukkan aktuasi: I tanda mengaktifkan, O tanda untuk mengembalikan ke posisi sebelum bekerja. Posisi penempatan sakelar: • Berjajar ke pinggir: pada posisi ini perlu diperhatikan bahwa tanda untuk mengaktifkan disimpan disebelah kanan. • Berjajar ke bawah: pada posisi ini tanda untuk mengkatifkan berada pada posisi atas.

Contoh sakelar tekan mengunci:

Gambar 2.19 Prinsip kerja sakelar tekan mengunci

Simbol-simbol yang digunakan: * Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NO * Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara ditarik untuk kontak NC * Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara diputar untuk kontak NO

Gambar 2.20 sakelar pengunci manual 2) Sakelar Pembatas (Limit Switches) - Mekanik Tipe Sentuh (Mechanical Limit Switches Contacting Type) Sakelar pembatas ini dipakai sebagai indikasi dalam kontrol otomasi yang menyatakan bahwa posisi ini merupakan posisi akhir baik itu untuk mesin ataupun untuk silinder. Biasanya sistem kontak yang dipakai adalah sistem tersambung bergantian

(Change over). Sakelar pembatas ini akan bekerja bila tuas sakelar tertekan. Contoh konstruksi dan simbol sakelar pembatas mekanik dapat dilihat di gambar 2.21 :

Gambar 2.21 Konstruksi dan simbol sakelar pembatas mekanik Tipe Tidak Sentuh (Non-Contacting Proximity Limit Switch) Sakelar pembatas tipe ini biasanya dipakai bila sakelar pembatas mekanik tidak dapat digunakan. Macam sakelar pembatas tipe ini antara lain: * Sakelar Pembatas (sensor) Buluh Penggunaan sakelar ini biasanya dikarenakan keadaan sekitar yang tidak memungkinkan dipasangnya sakelar mekanik, misalnya karena banyaknya debu, pasir ataupun lembab. Sakelar ini diaktuasikan/diaktifkan dengan magnet yang terpasang pada silinder. Dengan adanya magnet maka buluh kawat akan tersambung atau terputus bila magnet itu mendekati atau menjauhi buluh kawat tersebut. * Sakelar Pembatas Induktif Digunakan bila sakelar pembatas mekanik ataupun buluh tidak dapat digunakan. Biasa dipakai untuk sensor penghitung benda kerja yang terbuat dari logam, pada suatu mesin atau ban berjalan. Sakelar pembatas ini hanya akan beraksi atau terpakai untuk logam. Sakelar pembatas atau sensor ini biasanya terdiri dari oscillator, pemicu tegangan dan penguat. Biasanya ada dua macam, yaitu yang dialiri arus bolak-balik dan arus searah, tapi keduanya mempunyai tegangan operasi antara 10–30 volts. * Sakelar Pembatas Kapasitif Sensor kapasitif ini mempunyai respons terhadap segala material, metal maupun non-metal. Tapi sensor ini terpengaruhi

oleh adanya perubahanperubahan yang diakibatkan keadaan sekelilingnya, misalnya denga debu logam. * Sakelar Pembatas Optik Sensor ini memberi respons pada semua benda kerja. Sinyal masukannya berupa sinar. b) Pengolah Sinyal Listrik 1) Relay Relay adalah komponen untuk penyambung saluran dan pengontrol sinyal, yang kebutuhan energinya relatif kecil. Relay ini biasanya difungsikan dengan elektromagnet yang dihasilkan dari kumparan. Pada awalnya relay ini digunakan pada peralatan telekomunikasi yang berfungsi sebagai penguat sinyal. Tapi sekarang sudah umum didapatkan pada perangkat kontrol, baik pada permesinan ataupun yang lainnya. Cara kerja relay: Apabila pada lilitan dialiri arus listrik maka arus listrik tadi akan mengalir melalui lilitan kawat dan akan timbul medan magnet yang mengakibatkan pelat yang ada di dekat kumparan akan tertarik ataupun terdorong sehingga saluran dapat tersambung ataupun terputus. Hal ini tergantung apakah sambungannya NO atau NC. Bila tidak ada arus listrik maka pelat tadi akan kembali ke posisi semula karena ditarik dengan pegas. Simbol Relay seperti di gambar 2.22 berikut :

Gambar 2.22 Relay Normally Open,Relay Normally Closed,Kombinasi NO & NC Penunjukkan angka pada relay mempunyai arti sebagai berikut: Angka yang pertama menunjukkan contactor yang keberapa sedangkan angka yang kedua selalu bernomor ¾ untuk relay NO dan ½ untuk relay yang NC. 2) Relay Mengunci (Latching relays) Latching relay adalah relay yang dikontrol dengan electromagnetic, dimanamrelay ini akan tetap berada pada posisi setelah diaktifkan walaupun sumber energi sudah diputuskan, seolah- olah terkunci pada posisi akhir. Sistem pengunci biasanya dengan mempergunakan kerja mekanik. Penggunaan relay ini biasanya untuk jaringan listrik di rumah tinggal. 3) Remnant Relay Relay ini disainnya khusus, maksudnya adalah bila relay ini diaktifkan maka akan terjadi elektromagnet. Elektromagnet ini akan tinggal dan tetap ada walaupun sumber energinya telah dihilangkan. Atau dengan kata lain relay ini dikunci pada posisi akhir. Untuk menyalakan relay ini maka arus yang dipakai adalah arus positif, sedangkan untuk mematikannya mempergunakan arus negatif. 4) Relay Tunda Waktu Berfungsi untuk menyambung kontaktor NO atau memutus kontaktor NC, dimana hubungan kontaktor diputuskan ataupun disambungkan tidak langsung seketika pada saat relay diaktifkan, melainkan perlu waktu. Waktu yang diperlukan untuk memutuskan ataupun menyambungkannya bisa diatur. Ada dua jenis relay tunda waktu, yaitu relay tunda waktu hidup (time delay switch on) dan relay tunda waktu mati (time delay switch off) yang bisa dilihat di gambar 2.23 dan 2.24.

• Time Delay Switch On Relay

Gambar 2.23 Simbol dari time delay switch on relay Bila sakelar S diaktifkan maka relay tunda waktu mulai bekerja. Ketika waktu yang ditentukan tercapai maka terminal 18 akan tersambungkan.Sinyal output (keluaran) akan ada selama sinyal input ada. Elemen tunda waktu digambarkan pada kotak yang dibatasi dengan garis strip • Time Delay Switch Off Relay

Gambar 2.24 Simbol dari time delay switch off relay Bila sakelar S diaktifkan maka relay tunda waktu mulai bekerja. Sinyal output akan ada selama sinyal input ada. Tapi bila sinyal input diputus maka sinyal output tidak akan langsung hilang, melainkan tetap ada sampai batas waktu yang telah ditentukan. Elemen tunda waktu digambarkan pada kotak yang dibatasi dengan garis strip.

5) Solenoid Prinsip kerja dari solenoid valve/katup solenoida yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan plunger pada bagian dalamnya ketika plunger berpindah posisi maka pada lubang keluaran dari solenoid valve pneumatic akan keluar udara bertekanan yang berasal dari supply (service unit). Maksudnya double coil valve tersebut mempunyai dua koil untuk menggerakkan plunger yang berfungsi sebagai pemindah jalur. c) Elemen Akhir Apabila suatu kontrol mempergunakan sinyal kontrolnya dengan sinyal listrik dan sinyal kerjanya mempergunakan pneumatik maka harus ada suatu alat yang dapat mengawinkan sinyal kontrol listrik dengan sinyal kerja pneumatik itu. Sistem yang mengawinkan sinyal kontrol dan sinyal kerja ini biasanya terdiri dari katup yang diaktuasikan dengan solenoid. Maksudnya adalah untuk menyalurkan sinyal kerja mempergunakan katup-katup pneumatik, sedangkan yang mengatur membuka atau menutup tersebut adalah arus listrik yang dialirkan ke kumparan kawat/solenoid yang bisa dilihat mekanismenya di gambar 2.25 berikut. 1) Katup 3/2 diaktuasikan dengan sinyal listrik, kembali dengan pegas - Normally Closed 3/2 Katup 3/2 NC bekerja bila arus listrik dialirkan ke solenoid sehingga terbentuk elektromagnet yang mengakibatkan bergesernya armature dan selanjutnya udara dialirkan dari saluran masuk 1(P) ke saluran keluar 2(A). Sedangkan sakuran 3(R) tertutup. Sebaliknya bila arus listrik diputuskan maka elektromagnet yang terbentuk pada solenoid menghilang dan berakibat saluran 1(P) tertutup sedangkan udara yang berada di saluran 2(A) akan dibuang melalui saluran buang 3(R).

Gambar 2.25 Konstruksi dan simbol valve solenoid 3/2 normally closed - Normally Open 3/2 Katup ini kebalikan dari katup 3/2 NC. Jadi bila arus listrik tidak ada maka saluran 1(P) mengalirkan udara ke saluran 2(A) dan saluran 3(R0) tertutup. Tapi bila solenoid dialiri arus listrik, saluran 1(P) tertutup dan udara dari 2(A) dialirkan langsung ke 3(R). - Katup 3/2 Diaktuasikan Sinyal Listrik dan Kontrol Pneumatik, Kembali Dengan Pegas Katup ini bila diaktifkan masih mempergunakan sinyal kontrol pneumatik. Sedangkan fungsi kumparan ini hanya untuk mengaktifkan sumbat yang ada pada katup, dengan demikian gaya elektromagnet yang diperlukan untuk mengaktifkan sumbat tidak terlalu besar. Dengan kata lain arus listrik yang diperlukan tidak terlalu besar pula. Prinsip kerja saluran yang terdapat pada katup ini sama dengan prinsip kerja katup 3/2 yang telah dibahas di atas untuk melihat konstruksi valve solenoid pengembali pegas dapat dilihat di gambar 2.26

Gambar 2.26 Konstruksi dan simbol valve solenoid 3/2 pengembali pegas 2) Katup 4/2 diaktuasikan sinyal listrik dan kontrol pneumatik, kembali dengan pegas Katup 4/2 pada prinsipnya terdiri dari 2 buah katup 3/2. Biasanya digunakan untuk mengaktuasikan silinder kerja ganda. Sinyal listrik digunakan seperti pada katup 3/2, berfungsi sebagai pembuka sumbat sedangkan yang mengatur katup piston adalah sinyal kontrol.

Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB III METODOLOGI 3.1.

Diagram Alir Tugas Akhir

MULAI

STUDI LITERATUR

OBSERVASI

PERUMUSAN MASALAH

PERANCANGAN WATER INTAKE

Kalkulasi Ulang Diameter TIDAK

Dimensi Gate Sesuai Rencana?

YA

A

A

PERANCANGAN SISTEM PNEUMATIK

Desain Ulang SISTEM pneumatik Gerak Piston Lancar?

TIDAK

PERANCANGAN LADDER DIAGRAM

Modify

Sistem Error?

YA

TIDAK

PERMODELAN

OUTPUT

SELESAI

Gambar 3.1 Diagram Alir Tugas Akhir

Metode yang digunakan dalam suatu analisa atau studi harus terstruktur dengan baik sehingga dapat dengan mudah menerangkan atau menjelaskan penelitian yang dilakukan. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini digunakan metode permodelan yang dapat diuraikan seperti diagram alir di atas.

Proses dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini melalui beberapa tahap sebagai berikut: 1. Studi literatur Pada studi literatur meliputi mencari dan mempelajari bahan pustaka yang berkaitan dengan segala permasalahan mengenai perencanaan sistem kendali ini yang diperoleh dari berbagai sumber antara lain buku, publikasi-publikasi ilmiah, dan survei mengenai komponen-komponen di pasaran. 2. Observasi Observasi atau studi lapangan ini dilakukan dengan survei langsung. Hal ini dilakukan dalam rangka pencarian data yang nantinya dapat menunjang penyelesaian tugas akhir ini. 3. Perumusan Masalah Pada perumusan masalah meliputi perancangan bagaimana mendesain sistem kendali pada water intake untuk mikrohidro yang lebih praktis dan mudah dikendalikan. 4. Perancangan Water Intake Pada proses ini, dari Studi literatur dan Perumusan masalah ditentukanlah untuk merancang water intake, didalam proses ini juga diharapkan diameter dari water intake memenuhi performa yang didapat dari literatur yaitu Q = 30 m3 /jam, Head = 8 m dan diameter dari intake adalah 50,08 mm 5. Perancangan sistem Pneumatic Pada proses ini, Perancangan cicruit Pneumatic adalah proses perancangan sistem mekanik water intake agar mampu bergerak, dengan fasilitas ini diharapkan mampu menunjang kemampuan mobilitas dari water intake.

6. Perancangan Ladder diagram Pada proses ini, Perancangan Ladder diagram adalah proses perancangan sistem kontrol PLC untuk gerakan dari sistem pneumatik, didalam proses ini diharapkan PLC mampu mengontrol sistem pneumatik tanpa adanya error dalam proses maupun program, dengan fasilitas ini diharapkan lebih mudah dalam menggunakan sistem pneumatik.

7. Permodelan Permodelan ini bertujuan untuk mengaplikasikan model yang telah dirancang secara komputasi untuk diujikan apakah telah berjalan sesuai yang direncanakan. 8. Output Dari hasil simulasi munculah output berupa desain yang valid dan aplikatif yang menjadi hasil atau output dari proses perancangan maupun simulasi 9. Selesai

3.2. Sistim Water Intake Water intake yang akan dibahas merupakan suatu komponen dari sistem mikrohidro, fungsi dari water intake yang akan dibahas ini adalah sebagai flow control valve dari sistim pembangkit daya mikrohidro, yang metodenya berupa buka tutup gate. Water intake yang akan dibahas akan menggunakan sistem pneumatic sebagai penggeraknya, dengan menggunakan cylinder

pneumatic, mikrohidro mampu melakukan throtle untuk mengatur aliran.

In : mm Gambar 3.2 Model Water Intake Gambar 3.2 diatas menggambarkan suato model yang akan menjadi model bagi water intake yang sebenarnya. Yang memberikan informasi bagaimana water intake pada sistem ini bekerja. 3.3. Sistim Penggerak Sistim penggerak dari mikrohidro adalah sistem pneumatic yang terdiri dari rangkaian perangkat penunjang sistem seperti valve dan cylinder. Sistim penggerak mendapat tenaga dari kompresor sehingga mampu menggerakkan sistem, adanya variasi katup maupun pressure dan flow control adalah untuk mengatur kecepatan maupun tekanan yang diberikan oleh tenaga dari kompresor. Sistim penggerak ini adalah salah satu jenis pengembangan yang diberikan pada water intake, tenaga pembuka gate milik water intake biasa menggunakan elemen mesin biasa atau motor listrik sebagai sumber tenaganya, dengan menggunakan sistem

pneumatik diharapkan sistem dapat melayani gate lebih mumpuni dari segi kontrol dan respon karena kecepatan pneumatic yang tinggi.

Gambar 3.3 circuit sistem pneumatic Gambar 3.3 diatas juga bersinggungan dengan kontrol PLC yang dibahas akan dibahas nanti, terdapat beberapa indikator dalam rangkaian sistem, indikator tersebut dapat berupa kode Ouput dari PLC (Q0.0 dan Q0.1) dan kode untuk flow control

valve (F1,F2) lalu terdapat Kode dari pergerakan piston yang melambangkan opening percent atau panjang stroke yang sudah terjadi A1 menjelaskan bahwa fully closed dan A2 fully open.

Bukaan tersebut merupakan bukaan dari gate dengan menggunakaan cylinder. 3.4. Implementasi sistem kontrol Seperti simbol simbol diagram diatas yang mencerminkan PLC, maka implementasi sistem ini akan membahas tuntas mengenai PLC, PLC mengatur variasi katup yang terbuka. Menggunakan PLC cocok karena sifat kontrol dari sistem penggerak yang sederhana, untuk lebih mengetahui bagaimana hubungan kerja antara PLC dan sistem dapat dilihat dari gambar 3.4 sebuah blok diagram berikut.

Power Setting

PLC

Solenoid Valve

Sistim Water Intake

Turbin

Daya

Power Regulator

Gambar 3.4 Blok Diagram Sistem Dari gambar diatas setpoin dari PLC merupakan perintah membuka dan mengalirkan sinyal elektrik pada relay, yang nantinya akan dilanjutkan kepada selenoid valve dan langsung masuk kedalam sistem penggerak, untuk mendesain kontrolnya dapat dilihat dari diagram seperti berikut.

Sistim Water Intake Relay

SELENOID VALVE

PLC SIEMENS S7-1200

Modify Input

PC

Gambar 3.5 Diagram Kerja Dasar Sistim water intake Dari gambar 3.5 diatas dijelaskan bahawa user lewat sebuah PC memberikan input untuk PLC siemens dan diteruskan ke relay, bagaiman hubungan relay dan solenoid valve, diagram wiring nya disampaikan dalam gambar 3.6 seperti diagram berikut.

0

R1

1

S1

R2

S2

Gambar 3.6 Wiring diagram Relay dan Selenoid valve Setelah wiring dapat digambarkan terakhir untuk membahas controler PLC itu sendiri, didalam PLC ada port input dan output, didalam input dan output terdapat actuatornya masing masing

seperti pada kali ini ber input push button dan output relay solenoid valve.

24 VDC

COM

0 1 2 PLC SIEMENS S7-1200

COM

P N

0

1

4 5

AC

Gambar 3.7 Wiring Diagram Unit PLC

3.5. Perfomance Turbin bila mengacu pada makalah““Perencanaan Model Turbin Pelton dengan Kapasitas Q= 30 m3 /hr dan Head Efektif H = 8 m” mempunyai data sebagai berikut. 

Kapasitas (Q)

: 30 m3/hr



Head

:8m



Efisiensi turbin

: 80%

Dari data tersebut dapat diketahui spesifikasi daya dari turbin tersebut.

Untuk menghitung daya air. WHP = ρ.g.Q.H Dimana WHP adalah daya fluida ρ adalah Massa Jenis Air (m3/kg) Q adalah kapasitas (m3/hr) H adalah Head (m)

WHP = 1000 x 9,81 x 0,00833 x 8

kg m 𝑚3 𝑥 𝑠2 𝑥 𝑠 𝑥 𝑚3

WHP = 650 Watt Untuk menghitung daya turbin NT=ηT . WHP Dimana ηT adalah effisiensi Turbin

NT = 80% .649,03 Watt NT = 520 Watt

𝑚

BAB IV PEMBAHASAN Pada bab ini akan membahas tentang perencanaan dan simulasi dari sistem pengembangan water intake dengan PLC, yaitu, desain mekanik yang diinginkan maupun sistem ladder diagram yang sesuai untuk pengembangan sistem, berbekal pada simulasi dan perencanaan dasar maka akan ditentukan sebuah sistem mekanik dan elektronik yang sesuai ini pengembangan sistem. 4.1

Desain Sistem

Untuk memvisualisasikan sebuah sistem yang sempurna membutuhkan sebuah desain komponen yang lengkap dan desain komponen terdiri dari  Desain Gate  Desain Circuit pneumatic  Desain kontrol PLC Ketiga desain tersebut nantinya akan membentuk sebuah Sebuah sistem yang dapat divisualisasikan dengan baik. 4.1.1

Desain Gate dan Desain Pemilihan Cylinder Desain gate dibuat dengan acuan performa dari makalah Tugas Akhir “Perencanaan Model Turbin Pelton dengan Kapasitas Q= 30 m3 /hr dan Head Efektif H = 8 m” dengan diketahui V= 4,1 m/s maka dengan menggunakan persamaan Q=V.A Q

𝑉 = A. Dimana A adalah luas penampang pipa yang dapat dicari dengan persamaan luas penampang silinder

1

𝐴 = 4 𝜋D2 Sehingga diameter dari intak dan pipa dapat diketahui melalui. D2=

D2=

4x0,0083

4Q πV 𝑚3

3,14x4,1 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛

𝑥

𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛 𝑚2

D = 0,0508 m maka dari perhitungan diatas dapat ditentukan bahwa diameter dari intake adalah 0,0508 meter, nilai ini dapat dijadikan parameter desain yang ada di gambar 4.1 berikut.

Gambar 4.1 Intake dari Gate Untuk silinder berdasarkan data dari makalah sebelumnya bahwa diketahui analisis gaya yang bekerja pada sistem seperti berikut.

Untuk mengetahui besar gaya berat pada gate telah dilakukan Penimbangan pada model dengan hasil 0,11332 kg lalu untuk mengetahui gaya beratnya

Fgate = M.g maka 𝑚

Fgate = 0,11332x9,8 𝑘𝑔𝑥 𝑠2 Fgate = 1,106 N Sedangkan untuk mengetahui gaya yang bekerja pada pneumatic cylinder perlu dilakukan analisa gaya seperti berikut gambar 4.2 berikut. Water Intake

Q=30 m3/jam

1,11 Newton

Gambar 4.2 Diagram gaya yang bekerja Untuk mengetahui gaya yang bekerja pada flow maka menggunakan Persamaan ṁ=ρQ dimana ṁ adalah Mass Flow Rate (kg/s) ρ adalah massa Jenis (kg/m3) Q adalah Kapasitas (m3/s)

dengan mass jenis air 1000 kg/m3 maka kg

ṁ = 1000x0,0083 𝑚3 𝑥 ṁ=8,33

𝑚3 𝑠

kg 𝑠

untuk mengetahui gaya yang dikenai oleh flow maka menggunakan fungsi gaya dan kecepatan. Fflow= ṁv Fflow= 8,33x4,1

kg 𝑠

𝑥

m 𝑠

Fflow = 35,69 N Setelah menemukan gaya yang bekerja pada flow maka dapat ditemukan gaya yang bekerja pada seluruh gate. Water Intake

Friction Force (Ff)

Arah lifting gate

Fflow = 35,69 N

Fgate = 1,106 N

Gambar 4.3 Gaya pada Water Intake

Harga dari gaya gesek kinetik dari model gate dapat diketahui dengan persamaan berikut Ff =µk Fflow Dimana Ff Adalah Gaya gesek (N)

µk

Adalah Koefisien Gaya Gesek (0,6 For Steels, Sullivan) Fflow Adalah Gaya dari Flow (N) Ff = 0,6x3,56 Ff = 21,414 N Setelah mengetahui gaya total yang dikenai gate maupun flow, maka dapat dicerminkan gaya yang dikenakan pada cylinder melalui keda cylinder seperti berikut.

Ftot

Ff Fgate Gambar 4.4 Diagram vektor gaya yang bekerja

Ftot = Ff + Fgate Ftot = 21,414 N + 1,106 N Ftot = 25,52 N

Setelah menemukan gaya yang bekerja pada silinder, menggunakan persamaan untuk menentukan diameter silinder yang digunakan untuk kebutuhan sistem.

4𝐹 D2= 𝑃𝜋

Dimana D : diameter dari pneumatic cylinder P : adalah tekanan kerja kompresor (8 bar) F : adalah gaya yang dilayani pneuatic Cylinder (N) D2 =

4𝑥25,52 800.000𝑥3,14

D = 0,006359 m D = 6,35 mm (use 8 mm based on ISO 6432 for pneumatic cylinder) Setelah mendapatkan diameter silinder, dapat menganalisa gaya yang terjadi saat mendorong maupun menarik piston. Saat mengangkat piston Flift = ¼ D2πP Dimana D : diameter cylinder (8 mm) P : tekanan yang bekerja pada sistem ( 8 bar) Flift = ¼ (0,008)2x3,14x800.000 Flift =40,192 N

Flift efektif = Flift - Ftot Flift efektif = 40,192 N - 25,52 N Flift efektif = 14,672 N

Saat mendorong Piston Flift = ¼ (D2-d2)πP Dimana D : diameter cylinder (8 mm) D : diameter Rod (6 mm, iso 6432) P : tekanan yang bekerja pada sistem ( 8 bar) Fpush = ¼ x(0,0082-0,0062)x3,14x800.000 Fpush = 17,58 N Menghitung Terjadinya Torsi di piston rod dengan berat gate 12 cm

A

. Ftot = 25,52 N

Gambar 4.5 Torsi yang Terjadi pada model τ = Ftot r dimana τ Adalah torsi (Nm)

r A dalah Lengan dari gaya (m) Ftot Adalah Gaya Total (N) τ = Ftot r

τ = 25,52x0,12 τ = 3,048 Nm 4.1.2. Desain sistem Circuit Pneumatic Dari perencanaan gerak mekaniknya, sistem pneumatic dari model water intake dapat diwujudkan dengan circuit sebagai berikut.

Gambar 4.6 desain cicuit pneumatic Circuit tersebut telah disesuaikan dengan kebutuhan dari sistem, yang mana hanya menggunakan 2 valve dengan 2

selenoid kontrol, terdapat tag berupa A1, sampai A2 merupakan indikator kenaikan cylinder. A1 0 mm sampai dengan A2 100 mm, dan tag Q0.0 dan Q0.1 merupakan output tag dari PLC dengan perintah untuk Q0.0 adalah I0.0 dan Q0.1 adlah I0.1. 4.1.3. Desain Ladder Diagram PLC Dari Perencanaan circuit pneumatic dibutuhkan Ladder diagram dengan sistem on dan off untuk naik turun cylinder, dengan mengatur relay pada selenoid valve maka didapatkan desain Ladder diagram seperti di gambar 4.6 berikut.

Gambar 4.7 Ladder Diagram Ladder diagram tersebut dapat melayani sistem mekanik dari circuit pneumatic namun program tersebut tidak bisa lagsung dilanjutkan pada selenoid valve, harus melalui relay terlebih dahulu. 4.2. Pemilihan Perangkat Pemilihan perangkat untuk visualisasi disesuaikan dengan kebutuhan dari visualisasi, menggunakan spesifikasi alat yang lebih sederhana agar lebih mudah dalam mewujudkan informasi visualisasi. 4.2.1. Perangkat Pneumatic Pada perangkat pneumatic yang paling utama adalah valve, dalam merancang suatu sistem pneumatic valve adalah yang memegang peranan penting dalam jalanya sistem pneumatic. pada elektro pneumatic yang mendukung sistem kerja water intake dibutuhkan selenoid valve karena untuk menghubungkan perangkat kontrol atau PLC, valve menjadi sebuah aktuator saja,

dan membutuhkan perangkat kontrol penghubung yaitu relay, solenoid valve bisa dilihat di gambar gambar 4.7 berikut.

Gambar 4.8 3/2 way selenoid valve Perangkat sebagai aktuator lain adalah pneumatic cylinder, pneumatic cylinder adalah penggerak utama dari gate water intake, cylinder yang digunakan adalah Festo DSN 25 seperti digambar 4.28 dengan strok 100 mm yang mampu melayani kerja visualisasi dengan baik.

Gambar 4.9 pneumatic Cylinder Perangkat yang lain adalah perangkat kontrol tekanan yaitu pressure reducer valve, yaitu sebuah perangkat yang mengurangi tekanan berlebih dari kompresor, karena memang desain dari visualisasi tidak terlalu membutuhkan tekanan yang terlalu tinggi

dari kompresor yang membuat pentingnya adanya pressure reducer valve yang seperti di gambar 4.10 ini.

Gambar 4.10 Pressure Reducer Valve

Pressure reducer valve berbeda dengan flow control, tapi cukup membantu dalam mengontrol pergerakan cylinder, dan juga pressure reducer juga mempunyai peran balancing dalam sistem agar tak terjadi tekanan masuk yang terlalu tinggi pada tanki reservoir. 4.2.2. Perangkat PLC dan Al at Bantu PLC yang digunakan adalah PLC siemen s7-1200, PLC siemens ini adalah PLC yang compact dan cocok untuk desain visualisasi karena fitur dan kelengkapanya dalam program TIA PORTAL sudah sangat lengkap dan mudah untuk diprogram ulang. PLC juga menjadi pusat dari pengembangan sistem, PLC mempunyai peranan penting sebagai controler untuk mengatur sistem mekanik lkapan gate terbuka maupun menutup, adanya PLC dalam sistem diharapkan memudahkan dan memangkas penggunaan perangkat kontrol dalam satu paket yang lebih

compact dan lebih mudah untuk dimodifikasi seperti di Gambar 4.11

Gambar 4.11 PLC Siemens S7-1200 PLC tidak langsung dihubungkan dengan perangkat pneumatic, diperlukan relay untuk mengatur jalanya perintah dari PLC, relay memegang peranan penting dalam sistem, relay menjadi penghubung dengan selenoid valve, dengan adanya relay kontak antara relay dan valve maka akan terjadi aktuasi oleh valve, relay kontaktor digambarkan di gambar 4.12.

Gambar 4.12 relay kontaktor omron

Komponen inti dari sistem ini adalah dua komponen diatas, menggunakan push button untuk PLC hanyalah untuk aktuasi dari user menuju PLC. 4.3. Hasil Hasil visualisasi ini adalah hasil dari konsep pengembangan dari water intake, dengan menggunakan TIA Portal sebagai desainer program simulasi ini dibuat semendekati mungkin dengan alat di lapangan. 4.3.1 TIA PORTAL TIA Portal adalah perangkat lunak yang berfungsi sebagai developer dari Ladder diagram milik PLC, TIA Portal juga bertugas dalam mengurus komunikasi dari PC kepada PLC, TIA Portal juga membantu dalam menemukan error pada desain kontrol yang dibuat oleh user, untuk menjalankan TIA Portal hanya bisa menggunakan Operation system Windows 7 atau dibawahnya, kompabiliti OS sangat penting dalam mengoprasikan software developer ini.

Gambar 4.13 working TIA Portal

Pada dasarnya TIA Portal tidak hanya bergerak dalam kontrol PLC, TIA sendiri suatu program yang bergerak banyak di bidang otomasi salah satunya PLC. Untuk Memulai Program baru desain PLC, perlu dilakkan langkah seperti berikut.

Gambar 4.14 Display Awal masuk TIA Portal Untuk memulai Program baru untuk PLC langsung saja masuk ke new Project dan menu dari Portal akan langsung disediakan.

Gambar 4.15 start new Project TIA Portal

Setelah menemukan start new maka Portal akan mengarahkan pada pemilihan jenis kontrol yang akan didesain.

Gambar 4.16 Pemilihan Jenis Kontrol Setelah memilih PLC maka akan muncul menu pemilihan CPU yang akan digunakan, untuk case kali ini yang sesuai adalah S7-1200 CPU 1215 DC, 6ES7-1AG40-0XB0.

Gambar 4.17 Pemilihan CPU oleh TIA Portal dalam menu PLC Setelah masuk pada pada jenis CPU maka muncul menu organization Blok (OB) yang mewakili section control atau set ladder pada rangkaian Ladder diagram, tidak adanya menu CPU namun adanya menu tipe PLC bisa jadi TIA Portal milik anda tidak kompatible dengan PLC anda.

Gambar 4.18 Menu Organization Blok Setelah masuk pada organization blok maka menu symantic atau micro win akan muncul, dan dapat dilakukan kerja desain ladder diagram.

Gambar 4.19 Symantic Step7 Dalam TIA Portal untuk Ladder Diagram Untuk mengetahui kelayakan ladder sebelum diinstal kedalam PLC dapat menggunakan menu compile yang ada di main bar dari TIA Portal.

Gambar 4.20 Penyusunan Ladder Diagram yang Telah Selesai dan No Error Lalu setelah compile dan komunikasi, maka Proggram siap di download kepada PLC.

Gambar 4.21 Menu Dowload PLC

4.3.1 Wiring dan Konstruksi Dalam perencanaan visualisasi ini terdapat dua elemen penting yaitu komponen Wiring dan elektronik juga aktuator (mekanik), set up pertama yang harus diperhatikan adalah elektronik dan wiring, yang melputi. a. Komunikasi PLC dengan User b. Wiring aktuator dan PLC.

Relay

SOLENOID VALVE

PLC SIEMENS S7-1200 Ethernet Communication

PC

Gambar 4.22 Diagram Komunikasi Sistim water intake Gambar 4.21 menggambarkan alur komunikasi data Sedangkan di sisi mekanik sendiri yang sangat diperhatikan adalah sistem mekanik gate dan pengaturan tekanan saja ada valve atau kompresore. 

Ethernet Communication PLC dan user User (atau diwakili dengan PC) adalah satu subjek yang mendesain kontrol untuk PLC, hal itu diwujudkan dengan menghubungkan suatu PC (Personal Computer) dengan PLC melalui Ethernet, komunikasi sangat beragam di tiap PLC S71200 dapat menghubungkan melalui kabel internet atau ethernet. Antara lain untuk melalakukan komunikasi seperti berikut.

Gambar 4.23 PLC SIEMENS Dalam Keadaan Hidup Belum Terkoneksi Pastikan PLC dalam kondisi ON dan belum terkoneksi PC dan kabel ethernet menancap.

Gambar 4.24 Koneksi Kabel ethernet PLC dan PC

Gambar 4.25 Koneksi dalam PC Munculnya “unidentified network” dalam keterangan dari windows bukan parameter bisa atau tidaknya perangkat komunikasi terdeteksi, melainkan melalui TIA Portal, untuk melakukan Konfigurasi melalui TIA Portal adalah sebagai berikut.

Gambar 4.26 Cara Device Configuration Komunikasi

Perhatikan menu IP address dari yang dilingkari Merah, IP tersebut adalah IP default dari PLC, disarankan untuk tidak mengganti selama memakai PLC ini. Setelah IP address telah tersetting dengan baik maka lanjut untuk menghidupkan data koneksi antara PLC dengan dengan PC, dengan menggunakan menu “ONLINE”.

Gambar 4.27 Online PLC

Gambar 4.28 PLC Monitoring yang Telah Online



Wiring Instalation Wiring dalam PLC ini meliputi wiring antara PLC dengan aktuator dan relay digambarkan pada gambar 4.29 berikut.

0

R1

1

S1

R2

S2

Gambar 4.29 Wiring diagram Solenoid valve dan Relay Dalam merakit wiring diagram perlu diperhatikan slot slot PLC mana yang digunakan, untuk realisasi penggunaan wiring dan PLC dapat dilihat pada gambar 4.30 berikut.

24 VDC

COM

0 1 2 PLC SIEMENS S7-1200

P N

COM

0

AC

Gambar 4.30 Slot I/O PLC

1

4 5

8 7

1

6 5

3

4

2

9

Gambar 4.31 Instalasi PLC dan wiring Keterangan 1. Indikator Power 2. Input Power Supply 3. Terminal Power Positif

4. 5. 6. 7. 8. 9.

Terminal Power Negatif Output Port PLC Relay Input Relay Output Input Port PLC Output Terminal (Solenoid dan Push Button)



Instalasi Circuit Pneumatic Untuk melakukan instalasi circuit pneumatic, perlu diperhatikan kondisi alat elektrik seperti valve solenoidanya, karena bagian terpenting dari instalasi pneumatic adalah variable katup, pada gambar 4.32 adalah perencanaan dari instalasi.

Gambar 4.32 Circuit Pneumatic

Setelah itu cek sambungan dan pengaturan tekanan pada pressure valve. 

Aktuator Aktuator dari visualisasi ini adalah pneumatic cylinder digambarkan di gambar 4.33 , yang dipasang pada bentuk gate agar menyampaikan informasi yang tepat, untuk fungsi aktuator adalah untuk menginformasikan kontrol yang sudah didesain, apakah sudah berjalan dengan benar.

2 4

3

1

Gambar 4.33 Aktuator Gate dengan Silinder

Keterangan : 1. 2. 3. 4.

Inlet untuk mengangkat Piston Cylinder Inlet untuk mendorong Piston Cylinder Inlet water intake Gate water intake

Untuk mengatur pressure dari aktuator dapat melalui pressure valve. Dan bagaimana hubungan gate dan kontrol panel PLC dapat dilihati di gambar 4.34 berikut.

3

2

1

Gambar 4.34 Panel Pengendali PLC dan Gate

Keterangan 1. gate aktuator 2. Push Button Hijau (I0.0 atau menrunkan Gate) 3. Push Button Merah (I0.1 atau menaikkan Gate) 4.3.3 Standart Operation Procedure (SOP) Setelah semua proses instalasi selesai, maka perlu mengoperasikan sistem, pengoprasian sistem dimulai dari pemeriksaan keamanan hingga penggunaan sistem, sebuah SOP diperlukan untuk meminimalisir kegagalan user dalam melaksanakan sistem.

4.3.3.1 Operasi Dalam melakukan pengoprasian per dilakukan langkah langkah sebaga berikut. 1. Periksa sambungan listrik PLC maupun kompresor. 2. Periksa tekanan pada kompresor apakah sudah pada working pressure. 3. Periksa sambungan power dengan PLC dan pastikan indikator lampu PLC berwarna hijau 4. Periksa sambungan push button input PLC dengan relay dan solenoid valve. 5. Periksa sambungan pipa pneumatic dengan kompresor dan valve yang ada. 6. Sistem siap beroperasi, tekan tombol push button dengan pengaturan tekanan yang sudah diset lewat valve.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan

Dari Pembuatan tugas akhir berjudul “Pengembangan Sistem Kontrol Gate pada Flow Control Valve Sistem Pembangkit Daya Mikrohidro Berbasis PLC Siemens S7-1200” Penulis dapat menyimpulkan bahwa untuk mengembangkan dan merancanakan water intake berbasis siemens S7-1200 membutuhkan minimal Input 2 port dan output 2 port untuk PLC. Dan untuk menggerakkan sistem mekaniknya dibutuhkan sistem hidrolik atau pneumatic dengan minimal adanya 3/2 way valve dan 2 flow control valve untuk mengatur tekananya juga silinder yang memenuhi kebutuhan gaya dari flow maupun berat gate dalam simulasi di tugas akhir ini membutuhkan silinder pneumatic bersilinder 25 mm untuk menjalankan sistem buka dan tutup. 5.2

Saran 1. Dengan menambah sensor tekanan maupun sensor flow, tidak menutup kemungkinan sistem ini akan menjadi lebih otomatis. 2. Diharapkan pada tugas akhir selanjutnya dilakukan desain yang lebih maksimal, agar implementasi PLC tidak hanya berada di system analog namun juga otomatis. 3. Diharapkan pada tugas akhir selanjutnya dilakukan desain yang lebih mengarah ke perhitungan daya agar bisa lebih implementatif di lapangan.

Halaman ini sengaja dikosongkan

DAFTAR PUSTAKA

1. Johnson, Curtis D,. 2000, Process Control Instumentation Technology sixth edition : Upper Saddle River, Prentice-Hall 2. Nurhadi, Hendro. 2014, Prinsip Dasar Otomotif Industri : Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. 3. Adhi, www.adhi-ok.com, Mechanical Engineering: Theory Making Crusher Machine, diakses pada tanggal 7 Juni 2016 4. www.smallhydro.com, components of smallhydro system, diakses pada 18 Oktober 2016

LAMPIRAN 1 Komponen Pneumatik Nama 2 Unit 3/2 way Selenoid Valve

Gambar/Diagram

1 Unit Pressure Reducer Valve 2 Unit flow Contol Valve

LAMPIRAN 2 KOMPONEN PLC

Spesifikasi Airtac, 24 VDC, 3 W For pressure 0.15 to 0.8 Mpa Autotech,For pressure 0.005 to 0.85 Mpa For Pressure 0.15 to 0.8 Mpa

LAMPIRAN 3

CYLINDER PNEUMATIC

BIODATA PENULIS Penulis dilahirkan di Kota Surabaya, Pada tanggal 13 Agustus 1995,. Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara, Penulis memulai pendidikan dasarnya di Madrasah Ibtidayah Khoirul Huda sidoarjo pada tahun 2001 hingga 2007, dan melanjutkan pendidikan menengah pertamanya di SMPN 1 Sedati sidoarjo pada tahun 2007 hingga 2010 dan melanjutan hingga sekolah menengah atas di SMAN 20 Surabaya dengan jurusan Ilmu Pengetahuan Alam pada tahun 2010 hingga 2013, pada tahun 2013 penulis melanjutkan studinya di Institut Teknologi Sepuluh Nopember jurusan Teknik Mesin program studi Diploma 3 di bidang Konversi Energi, dan penulis pernah Kerja praktek di PJB UP Paiton pada tahun 2015. Motto hidup, “Sebaik baiknya Manusia adalah Manusia yang Bermanfaat dan yakin usaha sampai”. Selama masa perkuliahan di D3 Teknik Mesin FTI-ITS, penulis aktif di beberapa kegiatan kemahasiswaan maupun kemanusiaan, seperti mengikuti pelatihan – pelatihan baik tingkat jurusan, fakultas maupun institut dan bahkan luar kampus. Selain itu juga menjabat sebagai Dirjen Ruang Publik dan Pelaksana Tugas Mentri di Kementrian SOSMAS BEM ITS tahun 2015 – 2016 dan sebagai Anggota Himpunan Mahasiswa Islam Komisariat Sepuluh Nopember. E-mail : [email protected]