SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176
SISTEM MONITORING CHILLER MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER DAN PROGRAMMABLE TERMINAL I Wayan Widiana.1, Jakaria.2, Sofyan Sori3 Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka – BATAN, Serpong, 15313
Abstrak SISTEM MONITORING CHIILER .MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER DAN PROGRAMMABLE TERMINAL. Chiller merupakan salah satu komponen penting dalam sistem tata udara dimana proses pendinginan yang menggunakan media air terjadi pada chiller. Pemantauan kondisi chiller menjadi sangat penting karena usia chiller sudah mencapai angka 20 tahun. Beberapa parameter merupakan indikator kinerja chiller seperti suhu air, tekanan discharge, dan tekanan suction. Parameter tersebut harus terpantau setiap saat untuk mengetahui unjuk kerja chiller sehingga dapat diketahui apabila terjadi anomali. Untuk itu maka dibuat sebuah sistem monitoring yang dapat menampilkan besaran parameter-parameter tersebut di ruang kontrol sistem tata udara. Dalam sistem monitoring digunakan Programmable Logic Controller (PLC) dan programmable Terminal (PT) / Touch Screen sebagai basisnya. PLC merupakan komponen pengolah data sedangkan Touch Screen akan menampilkan data yang telah diolah. Hasil yang akan dicapai adalah terciptanya rancangan sistem monitoring chiller yang nantinya berfungsi untuk memantau parameter-parameter chiller yaitu; suhu air masuk (inlet), suhu air keluar (outlet), suhu suction, suhu pin kondenser, tekanan discharge, tekanan suction, dan kelembaban di ruang kontrol, serta parameter lain yang dipandang perlu untuk dilakukan pemantauan. Kata kunci : Chiller, Parameter chiller, Sistem monitoring, PLC dan Touch Screen
Abstract CHILLER MONITORING SYSTEM USING PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER AND PROGRAMMABLE TERMINAL. Chiller is one of important component of the air conditioning system in which the cooling process occurs in the chiller using water media. Chiller condition monitoring becomes very important because the chiller has reached the age of 20 years. Some parameters are the chiller performance indicators such as water temperature, discharge pressure and suction pressure. These parameters must be monitored at all times to know the performance of the chiller, so we can know if the anomaly. For those reasons, created a monitoring system that can display the amount of these parameters in the control room of air conditioning system. The monitoring system used in Programmable Logic Controller (PLC) and Programmable Terminal (PT) as its base. PLC is a data processing components, while the PT will display the data that has been processed. The results will be achieved is the creation of the design chiller monitoring system which will function to monitor the chiller parameters such as; inlet water temperature (inlet), outgoing water temperature (outlet), suction temperature, fin condenser temperature, discharge pressure, suction pressure, and humidity in the control room, as well as other parameters deemed necessary to do the monitoring. Keyword: Chiller, chiller parameters, monitoring system, PLC, and Touch Screen
STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA
253
I Wayan W., dkk
SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 PENDAHULUAN Gedung 11 Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka (PRR) memiliki sistem tata udara dengan tiga komponen utama yaitu; Chiller, sistem AHU, dan sistem Exhaust Fan. Chiller sebagai sistem pendingin terletak di lantai 3 (atap) dimana aksesnya adalah sebuah tangga putar sehingga untuk mencapai lokasi diperlukan waktu sekitar 3 sampai 5 menit. Dengan usia yang relatif tua yaitu 20 tahun, maka sering terjadi anomali pada chiller. Beberapa anomali dapat memberikan risiko seperti apabila tekanan pada discharge melebihi batas maksimal dari standar keamanan yang diperbolehkan yaitu 390 PSIG [1]. Jika sistem pengaman tidak bekerja (berupa cut off) maka hal yang sangat mungkin terjadi adalah ledakan akibat dari tekanan freon yang berlebihan. Untuk meminimalisir risiko-risiko yang terjadi akibat anomali pada chiller maka dilakukan pemantauan rutin terhadap kondisi chiller dengan memantau parameter-parameter chiller seperti; suhu air, tekanan discharge, dan tekanan suction. Monitoring rutin telah dilakukan oleh personel sub bidang pengelolaan sarana dengan terjun langsung ke lokasi dan melihat serta mencatat parameterparameter chiller tersebut. Apabila diketahui terjadi anomali maka akan dilakukan tindakan perbaikan. Kendala yang dihadapi adalah tidak setiap saat personel sub bidang pengelolaan sarana berada dilokasi chiller untuk dapat mengetahui terjadinya anomali. Untuk mengatasi hal tersebut maka dibuat sebuah sistem monitoring yang dapat menampilkan parameter-parameter chiller di ruang kontrol tata udara gedung 11. Sehingga parameter chiller tersebut dapat dipantau setiap saat dari ruang kontrol VAC (Ventilation Air Conditioning). TEORI Chiller Fungsi Chiller dalam sistem tata udara adalah mendinginkan media air, dimana air disinggungkan pada bagian evaporator chiller. Air kemudian dialirkan ke AHU (Air Handling Unit) untuk diambil dinginnya dan dihembuskan ke ruangan. Pada Chiller terdapat beberapa parameter yang menunjukkan unjuk kerjanya, antara lain; suhu air masuk (inlet) ke evaporator dan suhu air keluar (outlet) dari evaporator, tekanan discharge, serta tekanan suction. Dengan pembacaan suhu inlet dan outlet maka dapat ketahui kapasitas atau kemampuan chiller untuk mendinginkan air [1]. Pembacaan tekanan discharge dan tekanan suction untuk mengetahui konsumsi refrigerator pada STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA
254
chiller tersebut dan juga untuk mengetahui apabila terjadi kekurangan atau kelebihan tekanan akibat adanya anomali tertentu. Programmable Logic Controller (PLC) Secara umum PLC berarti suatu alat kontrol yang dapat diprogram. Konsep perancangan PLC adalah untuk keperluan menyelesaikan kebutuhan akan strategi pengendalian sekuensial. Ini sesuai dengan bervariasinya hubungan logika dari proses yang berlangsung dalam suatu siklus operasi. Pada perkembangannya PLC merupakan sistem kontrol yang diimplementasikan dengan konsep kontrol terdistribusi, baik untuk aplikasi industri maupun non-industri. Seperti umumnya sistem kontroler, maka PLC memiliki tiga bagian utama, yaitu; bagian input, bagian prosesor, dan bagian output [2]. Bagian input dapat berupa sensor dan atau tranduser, sedangkan bagian output dapat berupa aktuator. Bagian Prosesor adalah bagian utama yang bertugas melakukan operasi sebenarnya dalam sistem kontrol. Operasi dalam prosesor sangat tergantung pada program yang ditanam di dalam PLC tersebut. Oleh karena itu setiap programmer harus memahami betul syarat sistem kontrol yang diinginkan. Pemrograman di dalam PLC menggunakan Diagram Ladder yang biasanya menterjemahkan flow chart yang dibuat berdasarkan persyaratan sebuah sistem kontrol. Programmable Terminal (PT) PT dapat dioperasikan untuk berbagai macam keperluan kontrol dan monitoring seperti; monitor status jalur produksi pada suatu pabrik, memberikan petunjuk atau arahan bagi para pekerja atau operator terhadap hal-hal yang perlu dilakukan dalam suatu proses produksi, atau dapat digunakan sebagai switch yang memungkinkan pengguna melakukan pengoperasian suatu mesin secara manual atau otomatis [3, 4]. Seperti halnya PLC, pada PT pembuatan program data screen yang akan ditampilkan dilakukan dengan menggunakan komputer yang telah dilengkapi dengan software CX-Designer. Data screen yang telah dibuat kemudian ditransfer ke PT. METODE Perancangan Sistem Monitoring Sistem monitoring chiller dirancang untuk ditampilkan dengan sebuah panel yang dilengkapi sebuah tampilan (display) yang sekaligus dapat dikembangkan sebagai panel kontrol. Tampilan I Wayan W., dkk
SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 direncanakan berupa touch screen yang terdiri dari beberapa halaman sehingga tampilan dapat dikatagorikan atau dikelompokan sesuai jenis dan fungsinya. Pengolahan data menggunakan PLC dengan harapan dapat memenuhi kebutuhan jumlah input/output (I/O) dan dapat melakukan pengolahan data analog. Selain itu untuk pengembangan selanjutnya sistem kontrol VAC (interlock) yang sudah ada dapat digabungkan dengan sistem monitoring chiller dengan menambahkan beberapa modul input digital pada PLC tanpa merubah instalasi yang sudah ada. Gambar 1 adalah blok diagram sistem monitoring chiller
Pemrograman Touch Screen
Melakukan Setting Komunikasi antara PLC dan Touch Screen
Uji fungsi dilakukan untuk memgetahui unjuk kerja sistem monitoring yaitu sinkronisasi antara data masukan, PLC, Touch Screen, dan data keluaran yang ditampilkan. Agar tidak terjadi kesalahan pembacaan, maka perlu diperiksa kembali kesesuaian pemakaian alamat serta kebenaran pemrograman.
Setting komunikasi diperlukan agar semua data dari sensor-sensor yang diolah oleh PLC dapat ditampilkan oleh Touch Screen. Sebelumnya juga dilakukan pengaturan pada komputer agar dapat berkomunikasi dengan PLC maupun Touch Screen. Pengaturan dilakukan untuk pemilihan port yang akan digunakan sebagai jalur komunikasi.
Pemrograman pada Touch Screen adalah membuat program tampilan dimana nilai-nilai yang akan ditampilkan merupakan data-data yang tersimpan dalam memori PLC. Dibutuhkan ketelitian dalam memasukkan alamat dari PLC ke dalam pemrograman ini agar tampilan sesuai dengan sensor yang dibaca oleh PLC. Berbagai bentuk tampilan dapat kita atur dengan fasilitas yang ada dalam software CX- Designer. Uji Fungsi
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perancangan Sistem Monitoring
Pemasangan Sensor-sensor Pemasangan sensor suhu meliputi pemasangan sensor suhu air masuk ke chiller (inlet), sensor suhu air keluar dari chiller (outlet), sensor suhu fin kondenser, sensor suhu suction, sensor tekanan discharge (discharge tranducer), sensor tekanan suction (suction pressure tranducer), dan sensor kelembaban di ruang kontrol VAC.
Hasil perancangan dapat dilihat dalam blok diagram seperti gambar 1. Dengan spesifikasi bahan utama sebagai berikut; PLC OMRON CJ1M-CPU 12, Power Supply Unit CJ1M-PA202, Input anlog Unit CJ1W-AD081, Relay Contact Output Unit, CJ1W-OC211, dan Touch Screen OMRON NS5SQ01-V2
Instalasi Panel Kontrol Instalasi panel kontrol meliputi pemasangan PLC berikut modul kelengkapannya, power supply, MCB, weekly timer, kabel tray, dan Touch Screen yang dipasang pada tutup panel. Semua komponen tersebut kemudian dihubungkan dengan instalasi pengkabelan sesuai dengan logika proses yang sudah dirancang. Pemrograman PLC Pemrograman PLC meliputi proses pembacaan sensor-sensor yang masuk melalui input analog, kemudian diolah, dan disimpan dalam memori PLC. Bentuk pemrograman berupa diagram tangga (ladder diagram) yang mengambarkan logika proses seperti dalam blok diagram perancangan. Gambar 1. Rancangan Sistem Monitoring Chiller
STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA
255
I Wayan W., dkk
SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 Setting Komunikasi antara PLC, Touch Screen, dan Komputer Setting yang diperlukan yaitu setting port pada Touch Screen yaitu; Port A untuk komunikasi dengan PLC dan Port B untuk komunikasi dengan komputer. Kemudian untuk setting port pada PLC digunakan DIP switch karena hanya ada satu port RS-232 pada PLC. Fungsi DIP switch adalah untuk memindahkan fungsi komunikasi antara PLC dengan Touch Screen atau komunikasi antara PLC dengan komputer.
Hasil instalasi panel kontrol dapat dilihat pada gambar 3. Modul PLC terletak pada bagian atas yang terdiri dari Power Supply, CPU, Unit output, dan dua unit input analog. Bagian Touch Screen diletakkan pada tutup panel seperti terlihat pada gambar 6. Pemrograman PLC Hasil pemrograman PLC dapat dilihat pada gambar 4.
Hasil Instalasi sensor-sensor Sensor yang dipasang adalah sensor tekanan discharge, sensor tekanan suction, sensor suhu air masuk ke chiller (inlet), sensor suhu air keluar (outlet), sensor suhu suction, sensor suhu fin kondenser, dan sensor kelembaban.
Gambar 4. Program monitoring pada PLC Pemrograman pada PLC menggunakan perangkat lunak CX-Programmer keluaran OMRON. Data masukan dari sensor disimpan dalam memori PLC kemudian PLC akan melakukan scalling antara data masukan dari sensor dengan data yang akan ditampilkan. Hasilnya disimpan kembali dalam memori PLC dengan alamat yang berbeda. Data hasil scalling tersebut kemudian diambil oleh Touch Screen untuk ditampilkan.
Gambar 2. Instalasi sensor tekanan discharge
Hasil Instalasi Panel Kontrol
Pemrograman Touch Screen Pemrograman pada Touch Screen berfungsi untuk melakukan pembacaan data yang diolah dalam PLC. Pemrograman tersebut menggunakan perangkat lunak CX-Designer yang merupakan keluaran dari OMRON. Gambar 5 merupakan hasil pemrograman pada Touch Screen. Setiap tampilan data dalam touch screen akan mengacu pada alamat tertentu dalam PLC. Kesalahan pengalamatan akan membuat terjadinya kesalahan pada tampilan Touch screen. Gambar 3. Hasil Instalasi Panel Kontrol STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA
256
I Wayan W., dkk
SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176
Gambar 5. Porgram monitoring pada Touch Screen Uji fungsi Kesesuaian data masukan dengan data tampilan terjadi dengan melakukan uji fungsi pada masingmasing program pada PLC dan Touch Screen. Sinkronisasi penggunaan alamat-alamat sangat diperlukan agar tidak terjadi kesalahan dalam pembacaan data. Untuk itu diperlukan ketelitian dalam memasukan alamat-alamat baik pada PLC maupun Touch Screen. Gambar 6 dan gambar 7 merupakan hasil dari kegiatan pembuatan sistem monitoring chiller menggunakan PLC dan PT.
Gambar 7. Panel Kontrol Sistem Monitoring Chiller Berbasis PLC Uji fungsi kesesuaian pembacaan pada Touch Screen untuk sementara dilakukan pada sensor tekanan dan sensor RH. Sensor suhu belum bisa menampilkan data karena memerlukan pengkondisi sinyal. Tabel 1. adalah perbandingan pembacaan tekanan discharge, Tabel 2. adalah perbandingan pembacaan tekanan suction, sedangkan tabel 3. adalah perbandingan pembacaan sensor RH. Terlihat setiap pembacaan pada touch screen selalu menampilkan angka yang berfluktuasi. Hal ini disebabkan karena belum ditemukan setting yang tepat pada program pembacaan data sensor di dalam PLC. Tabel 1. Pembacaan tekanan discharge
Gambar 6. Tampilan Touch Screen pada Sistem Monitoring Chiller
STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA
257
I Wayan W., dkk
SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 Tabel 2. Pemabacaan tekanan suction
3. ANONIM, PLC & HMI Integration Training Manual, Omron-Indonesia, Jakarta, Januari 2005 4. ANONIM, General Selection Guide, OmronIndonesia, Jakarta, November 2004
Tabel 3. Pembacaan RH
KESIMPULAN Sistem Monitoring Chiller telah dibuat. Beberapa parameter seperti tekanan discharge, tekanan suction, dan kelembaban dapat dibaca pada tampilan touch screen. Namun beberapa sensor suhu masih memerlukan penanganan lebih lanjut karena memerlukan unit pengkondisi sinyal. Sistem monitoring tersebut menggunakan PLC OMRON CJ1M-CPU 12 sebagai unit pengolah data dan Touch Screen OMRON NS5-SQ01-V2 sebagai unit penampil data. DAFTAR PUSTAKA 1. ANONIM, Instalation, operation, and maintenance Packaged Liquid Chillers Model YCHA120, York Applied Systems, York 2. ANONIM, OMRON Training Manual, Omron-Indonesia Representative Office, Omron-Indonesia, 1997
STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA
258
I Wayan W., dkk
