Makalah Seminar Kerja Praktek SIMULASI PLC SEDERHANA SEBAGAI RESPRESENTASI KONTROL POMPA HIDROLIK PADA HIGH PRESSURE BYPASS TURBINE SYSTEM Fatimah Avtur Alifia (L2F008036) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail:
[email protected] Abstrak PLC (Programmable Logic Control) merupakan sistem kendali yang banyak digunakan untuk pengendalian pada proses-proses system di industri. Salah satu industri yang menggunakan system kendali PLC adalah PLTU Suralaya unit 5-7, fungsinya adalah untuk mengendalikan pompa hidrolik untuk pergerakan valve pada High Pressure (HP) Bypass Turbine system. Namun sayangnya, PLC jenis Satt Con05 ini tidak dapat diketahui program-program yang telah diimplementasikan ke dalamnya, sehingga tidak diketahui bagaimana PLC tersebut bekerja. Dengan menggunakan program simulasi PLC, salah satunya ZEN OMRON, kita dapat merepresentasikan kerja pompa hidrolik pada system HP Bypass Turbine tersebut. Program simulasi ZEN OMRON untuk simulasi sistem dibuat dengan menggunakan diagram ladder terdiri dari 4 buah input, 6 buah internal relay, dan 2 buah output. Dari hasil simulasi, dapat diketahui bahwa simulasi PLC sederhana tersebut telah dapat merepresentasikan kerja pompa hidrolik pada HP Bypass Turbine System. Kata Kunci : PLC, ZEN OMRON, HP Bypass Turbine System, pompa hidrolik
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem kendali sangat diperlukan dalam dunia industri dan memegang peranan penting untuk pengendalian proses produksi. PT. INDONESIA POWER UBP. SURALAYA merupakan sebuah pembangkit listrik yang memproduksi uap air yang digunakan untuk memutar turbin dan generator sehingga dapat menghasilkan energi listrik dari putaran mekanik turbin yang dihasilkan. Perusahaan tersebut merupakan salah satu industri yang menggunakan sistem kendali otomatis dalam proses produksinya. Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi industri, misalnya pengontrolan tekanan, temperature, level, dan lain sebagainya. HP Bypass Turbine System sebagai “jalan alternatif” jika terjadi masalah pada turbin, sehingga tidak menyebabkan over pressure akibat steam dari boiler yang tidak dapat mengalir melalui main valve. Valve pada HP Bypass Turbine dikontrol secara otomatis melalui sistem DCIS (Distributed Control Integrated System). Sinyal kontrol pembukaan valve dari DCIS diproses pada PCS (Position Control System) untuk mengatur berapa persen pembukaan solenoid valve yang akan digunakan untuk mengatur tekanan hidrolik yang
dibutuhkan oleh HP Bypass Turbin valve agar bergerak terbuka (open). Tekanan minyak hidrolik ini dikendalikan oleh dua pompa hidrolik (pompa A dan pompa B). Kerja pompa hidrolik ini dikontrol dengan menggunakan PLC (Programmble Logic Control). PLC mengendalikan kapan pompa akan aktif dan pompa mana saja yang aktif sesuai tekanan minyak yang dideteksi oleh dua buah pressure switch (high dan low) 1.2
Tujuan Tujuan dari Kerja Praktek ini adalah untuk mengetahui representasi kerja pompa hidrolik pada sistem HP Bypass Turbine dengan menggunakan software simulasi ZEN OMRON. 1.3
Pembatasan Masalah Makalah ini hanya untuk mengetahui representasi kerja pompa hidrolik pada sistem HP Bypass Turbine dengan menggunakan software simulasi ZEN OMRON. 2. 2.1
DASAR TEORI PLTU Secara Umum Pembangkit Listrik Tenaga Uap merupakan suatu sistem pembangkitan tenaga listrik yang memproduksi uap air yang digunakan untuk
memutar turbin generator sehingga dapat dihasilkan energi listrik dari putaran mekanik turbin yang dihasilkan. Pada suatu PLTU, energi kalor dari bahan bakar diubah menjadi energi mekanik melalui sistem pembakaran di boiler untuk mengubah air menjadi uap air yang memiliki temperatur dan tekanan tinggi, sekitar 540°C dan 169 kg/cm2. Uap air bertekanan tinggi tersebut digunakan untuk memutar turbin yang terkopel dengan generator sehingga energi mekanik yang dihasilkan dapat dikonversikan menjadi energi listrik yang kemudian didistribusikan dengan tegangan tinggi 500kV. Sistem pembangkitan listrik PLTU Suralaya secara umum dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2.1 Sistem PLTU Suralaya secara umum
2.2
Turbin dan Pendukungnya Turbin adalah mesin penggerak, dimana energi fluida kerja digunakan langsung untuk memutar roda turbin. Bagian turbin yang berputar dinamakan rotor atau roda turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamakan stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak pada stator dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator). Pengaturan jumlah uap yang masuk ke dalam turbin ini dilakukan oleh control valve yang bekerja secara otomatis. Turbin uap pada PLTU mempunyai tiga tingkatan, yaitu:
Turbin Tekanan Tinggi (High Pressure / HP Turbine) Turbin Tekanan Menengah (Intermediate Pressure / IP Turbine) Turbin Tekanan Rendah (Low Pressure / LP Turbine) Prinsip kerja dari turbin uap adalah sebagai berikut: Uap kering dari secondary superheater, yang mempunyai temperatur dan tekanan yang tinggi, dialirkan ke HP (High Pressure) Turbin. Di dalam turbin ini terdapat sudu-sudu tetap dan sudu-sudu
gerak yang mempunyai bentuk sedemikian rupa sehingga akan mengekspansikan uap. Energi uap yang diterima oleh sudu-sudu turbin digunakan untuk menggerakkan poros turbin. Di sini terjadi perubahan energi, maka temperatur uap akan turun dan perlu diadakan pemanasan ulang di dalam reheater. Dari reheater, uap masuk ke IP Turbin dan akan menggerakkan sudu-sudu IP dan LP (Low Pressure) Turbin, gerakan sudu-sudu ini akan memperkuat gerakan poros turbin. Poros turbin dihubungkan dengan poros generator menggunakan kopling tetap (fixed coupling). Dari generator terjadi perubahan energi, dari energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam pengoperasiannya turbin uap dibantu oleh komponen-komponen sebagai berikut: a. Bearing Bearing digunakan untuk memutar poros turbin. Tujuannya untuk mencegah deflesi (lentingan) dari poros karena pengaruh panas dari uap pada waktu unit beroperasi dan juga karena sudusudu turbin. b. Pipa crossover Pipa crossover berfungsi sebagai penyalur uap dari keluaran turbin tekanan menengah ke turbin tekanan rendah yang dipasang pada casing turbin tersebut. Untuk mencegah gaya dorong akibat pemuaian antara casing dengan pipa crossover, maka pada sambungan pipa diberikan bellows expansi yang lentur. c. Main Stop Valve Main Stop Valve terletak didepan high pressure turbin pada aliran masuk steam utama yaitu antara main heater dan governor valve. Fungsi utama main stop valve adalah untuk menutup dengan cepat aliran steam ke turbin bila dalam keadaan bahaya, seperti kegagalan pada governor valve atau pada saat kehilangan baban. d. Governor valve Governor valve adalah peralatan untuk mengontrol putaran pada high pressure turbin dan membatasi putarannya pada batas tertentu, pada setiap saat terjadi perubahan beban yang menyebabkan perubahan putaran turbin. e. Reheat Stop Valve Reheat Stop Valve terletak didepan intermediate pressure turbin pada aliran masuk steam di antara reheater dan interceptor valve. Fungsi utama Reheat stop valve adalah untuk
menutup dengan cepat aliran steam dari reheater ke intermediate pressure turbin bila dalam keadaan bahaya. f.
g. h. i. j. k. l. m.
Interceptor Valve Interceptor valve adalah peralatan untuk mengontrol putaran pada intermediate pressure turbin dan membatasi putarannya pada batas tertentu, pada setiap saat terjadi perubahan beban yang menyebabkan perubahan putaran turbin. Pengaman putaran lebih Pengaman bantalan axial Pengaman vacuum rendah Solenoid trip Throttle valve Pengaman tekanan minyak High Pressure Bypass Valve HP bypass valve adalah katup yang berfungsi untuk mengalirkan steam dari superheater ketika turbin trip atau belum bekerja. Steam ini langsung dialirkan ke reheater untuk kemudian mengalami pemanasan ulang.
b. Condensate Extraction Pump (CEP) Condensete pump berfungsi untuk memompa air condenser untuk diproses di low pressure heater. c. Circulating Water Pump (CWP) CMP berfungsi untuk memompa air laut masuk ke condenser sebagai air pendingin untuk proses kondensasi. d. Boiler Feed Pump (BFP) BFP berfungsi untuk memompa air dari deaerator menuju ke boiler melalui high pressure heater.
n. Low Pressure Bypass Valve LP bypass valve adalah katup yang berfungsi untuk mengalirkan steam dari reheater ketika turbin trip. Steam ini langsung dialirkan ke condensor. o. High Pressure Spray Valve HP spray valve akan menyemprotkan air pendingin ke steam yang melalui HP bypass untuk menurunkan temperatur steam sebelum masuk ke reheater. Air yang digunakan untuk spray ini berasal dari BFPT p. Low Pressure Spray Valve LP spray valve akan menyemprotkan air pendingin ke steam yang melalui LP bypass untuk menurunkan temperatur steam sebelum masuk ke condenser. Air yang digunakan untuk spray ini berasal dari CEP. Selain komponen pendukung pengoperasian turbin, juga terdapat peralatan bantu turbin, sebagai berikut: a. Condensor Condensor adalah tangki yang berfungsi untuk menampung uap yang telah digunakan low pressure turbine untuk selanjutnya mengalami proses kondensasi.
Gambar 2.2 Turbin dan Komponen-kompnonen Pendukungnya
2.3
Bypass Turbine Valve Bypass valve merupakan salah satu komponen penting yang membantu kerja turbin uap. Katup Bypass berfungsi sebagai “jalur alternatif”. Ketika terjadi masalah pada turbin (turbin trip), boiler tetap dapat memproduksi steam (tetap aktif) tetapi steam yang dihasilkan dari secondary superheater tidak dapat masuk ke HP Turbin untuk memutar sudu-sudunya. Hal ini dikarenakan saat turbin trip, main stop valve pada turbin akan menutup secara otomatis sehingga bila tidak ada saluran buang steam, akan terjadi over pressure di sekitar main valve dan jika dibiarkan akan membahayakan peralatan-peralatan penting dari boiler bahkan dapat menimbulkan ledakan. Pada saat main stop valve tertutup, HP Bypass valve akan aktif. Aliran steam dari secondary superheater akan dikembalikan ke reheater yang sebelumnya dilakukan “spray” untuk mendapatkan temperatur yang sesuai pada masukan reheater. Di reheater, steam dipanaskan kembali untuk selanjutnya dialirkan ke IP Turbin. Namun karena turbin trip,
aliran steam akan dialirkan melalui LP Bypass valve menuju kondensor untuk proses kondensasi. Selain digunakan saat keadaan turbin trip, Bypass Turbine Valve juga digunakan saat proses start-up unit. Untuk memutar turbin, diperlukan kesesuaian temperatur pada bagian-bagian turbin, terutama HP dan IP Turbin, karena jika temperatur tidak sesuai satu sama lain, pemuaian yang terjadi pada bahan metal turbin akan tidak seimbang, sehingga putaran turbin menjadi tidak sinkron. Untuk mendapatkan kesesuaian temperatur yang merata sebelum turbin aktif, sistem bypass diaktifkan terlebih dahulu sehingga terjadi sirkulasi steam dari superheater melalui HP bypass menuju ke reheater yang memanaskan steam kembali lalu dialirkan melalui LP bypass untuk menuju ke kondensor. Proses ini dilakukan hingga temperatur dan tekanan yang dinginkan telah tercapai untuk mengaktifkan turbin.
digunakan untuk mengatur tekanan hidrolik yang dibutuhkan oleh HP Bypass Turbin valve agar bergerak terbuka (open). Tekanan minyak hidrolik ini dikendalikan oleh dua pompa hidrolik (pompa A dan pompa B). Kerja pompa hidrolik ini dikontrol dengan menggunakan PLC (Programmble Logic Control). PLC mengendalikan kapan pompa akan aktif dan pompa mana saja yang aktif sesuai tekanan minyak yang dideteksi oleh dua buah pressure switch (high dan low). Ketika proses start-up dimulai pompa A akan aktif, sedangkan pompa B akan standby. Kedua pompa akan bekerja/aktif secara bergantian setiap 20 jam selama kondisi tekanan normal sebesar 150 kg/cm2. Jika tekanan minyak hidrolik yang dideteksi kurang dari 150 kg/cm2 atau pada tekanan 130 kg/cm2, pressure switch low akan close dan mengakibatkan kedua pompa (pompa A dan pompa B) aktif. Ketika tekanan telah normal sebesar 150 kg/cm2, low pressure switch akan kembali ke kondisi awal (open) sehingga hanya salah satu pompa saja yang aktif sedangkan pompa yang lain dalam kondisi standby. Jika high pressure switch mendeteksi tekanan 180 kg/cm2, kedua pompa akan trip dan non-aktif.
Gambar 2.3 High Pressure Turbin Bypass Valve
Gambar2.5 Pompa Hidrolik HP Bypass System
Gambar 2.4 Low Pressure Turbin Bypass Valve
2.3.1
Pengontrolan HP Bypass Turbine Valve Valve dari HP Bypass Turbin dikontrol secara otomatis melalui sistem DCIS (Distributed Control Integrated System). Sinyal kontrol pembukaan valve dari DCIS diproses pada PCS (Position Control System) untuk mengatur berapa persen pembukaan solenoid valve yang akan
III. SIMULASI PLC SEDERHANA SEBAGAI RESPRESENTASI KONTROL POMPA HIDOLIK PADA HIGH PRESSURE TURBINE BYPASS SYSTEM Pada sistem HP bypass system, pengontrolan minyak hidrolik yang digunakan untuk mengontrol valve HP bypass turbine dilakukan oleh PLC. Di PLTU Suralaya Unit 5-7, untuk pengontrolan tersebut menggunakan PLC jenis Satt Con05 , namun sayangnya PLC ini telah terintegrasi dan terproteksi dari pabrik yang memproduksi, sehingga
tidak dapat diketahui program yang telah diimplementasikan ke dalam memori PLC tersebut atau tidak dapat mengubah program untuk kerja system yang berbeda.
Gambar 3.1 PLC yang Digunakan untuk Pengontrolan Pompa Hidrolik
Oleh karena itu, pada makalah ini akan disampaikan mengenai simulasi PLC sederhana untuk mengetahui kerja pompa yang mengontrol tekanan minyak hidrolik sehingga dapat digunakan untuk membuka / menutup valve HP bypass. Simulasi tersebut menggunakan software simulasi ZEN OMRON dengan mengimplementasikan program dalam diagram Ladder. 3.1 State chart Kerja Pompa Hidrolik HP Bypass System FS
stop
stop
State S3
: kondisi pompa B aktif, sedangkan pompa A standby
State S4 State S5
: kondisi kedua pompa aktif : kondisi kedua pompa trip dan nonaktif
Aksi start
: kondisi sistem unit start
Aksi stop
: kondisi sistem unit stop/ shutdown
PS_1 ON
: kondisi pressure switch low ON, yaitu saat tekanan minyak P=130 kg/ cm2
PS_1 OFF : kondisi kerja pompa normal, yaitu saat tekanan minyak stabil pada tekanan P = 150 kg/ cm2 PS_2 ON
: kondisi pressure switch high ON, yaitu saat tekanan minyak P=180 kg/ cm2
PS_2 OFF : saat tekanan minyak berangsur turun hingga ke titik rendah, sehingga kedua pompa harus aktif untuk menaikkan tekanan. Timer ON : kondisi timer aktif untuk mengontrol kerja pompa A dan pompa B secara bergantian setiap 20 jam pada tekanan normal P = 150 kg/ cm2
S1
PS_2 on
stop
start
PS_1 on
S2 S5
T1 on
S4 T0 on
PS_2 on
PS_1 off
S3 PS_1 on PS_2 off
Gambar 3.2 State chart Kerja Pompa Hidrolik HP Bypass System
Dari gambar state chart di atas, terdapat keterangan gambar sebagai berikut: State S1
: posisi awal sistem, kondisi stop
State S2
: kondisi pompa A aktif, sedangkan pompa B standby
3.2 SIMULASI PLC Pada simulasi ini terdapat 4 buah input, yaitu push button start, push button stop, low pressure switch, dan high pressure switch. Sedangkan outputnya berupa motor, masing-masing untuk menggerakkan pompa hidrolik A dan pompa hidrolik B. Selain itu terdapat kontaktor-kontaktor internal dan timer untuk menentukan waktu pergantian kerja kedua pompa. Dapat ditampilkan pada gambar berikut.
Gambar 3.5 Saat low pressure switch mendeteksi tekanan minyak hidrolik 130kg/cm2
Gambar 3.3 Diagram Ladder Simulasi PLC untuk pengendalian pompa hidrolik pada HP Bypass System
Pada diagram ladder tersebut terdapat: Input: Push button start (normally open) : I0 Push button stop (normally close) : I1 Low Pressure Switch (normally open) : I2 High Pressure Switch (normally close) : I3 Internal: Internal Relay : M0 – M6 Output : Motor pompa A : Q0 Motor pompa B : Q1 Simulasi dapat dijalankan setelah menekan tombol start simulator berikut:
, dan didapatkan hasil sebagai
Gambar 3.4 Saat proses start dijalankan dan tekanan minyak hidrolik normal 150 kg/cm2
Gambar 3.6 Saat high pressure switch mendeteksi tekanan minyak hidrolik 180 kg/cm2
Gambar 3.3 diagram ladder di atas dapat dijelaskan sebagai berikut: Pada anak tangga (1), saat PB_start (I0) ditekan, maka internal relay M0 akan ter-energized. Dan seluruh kontaktor M0 yang berada dibawahnya juga akan berubah kondisi menjadi close. Terdapat kontaktor M0 yang berfungsi sebagai latch / penahan, sehingga meskipun PB_start dilepas, M0 akan tetap ter-energized. Pada anak tangga (4), internal relay M4 akan terenergized karena aliran energi dapat mengalir melalui kontaktor M3 yang terpasang normally close. M4 yang ter-energized akan menyebabkan kontaktor M4 pada anak tangga terakhir akan close kemudian meng-energized output Q1, sehingga Q1 aktif. Juga kontaktor M4 pada anak tangga (3) menjadi close, sehingga mengaktifkan timer on delay T0. Internal relay M3 akan ter-energized setelah waktu setting TON terpenuhi. Sehingga akan menyebabkan kontaktor M3 akan mengaktifkan timer on delay T1 (3), dan memutuskan aliran yang membuat internal relay M4 menjadi tidak ter-energized. Hal ini menyebabkan Q0 menjadi aktif dan Q1 menjadi tidak aktif. Saat low pressure switch ditekan, kontaktor I2 pada anak tangga (2) akan berubah kondisi menjadi close, dan menyebabkan internal relay M1 dan M2 akan ter-energized sehingga akan
mengaktifkan output Q0 dan Q1. Jika I2 sudah tidak mendeteksi, output akan kembali bekerja bergantian. Jika high pressure switch ditekan. Kontaktor I3 pada anak tangga (5) akan berubah kondisi menjadi close, internal relay M5 dan M6 akan ter-energized dan mengubah kondisi kontaktor M5 dan M6 pada anak tangga terakhir menjadi open, sehingga output Q0 dan Q1 menjadi tidak aktif. Jika tekanan semakin turun, I3 berubah ke kondisi awal, dan menyebabkan I2 menjadi close sehingga kedua pompa menjadi aktif untuk kembali menaikkan tekanan minyak hidrolik agar kembali normal. Menurut penjelasan logika ladder di atas, secara sederhana dapat dijelaskan prinsip kerja pompa hidrolik sebagai berikut: Ketika start, salah satu pompa akan aktif. Jika saat sistem bekerja tiba-tiba low pressure switch mendeteksi tekanan sebesar 130 kg/cm2, artinya tekanan minyak hidrolik terlalu rendah sehingga agar tekanan minyak bertambah, kedua pompa harus aktif. Jika tekanan telah kembali normal, pompa juga bekerja secara normal yaitu salah satu pompa aktif dan pompa yang lainnya akan standby. Kedua pompa akan bekerja secara bergantian setiap 20 jam ketika tekanan dari minyak hidrolik tetap normal sebesar 150 kg/cm2. Namun jika high pressure switch mendeteksi tekanan sebesar 180 kg/cm2, artinya tekanan minyak hidrolik terlalu tinggi sehigga untuk mengurangi tekanan minyak hidrolik tersebut, kedua pompa dinon-aktifkan. Setelah kedua pompa non-aktif, dapat dipastikan bahwa tekanan minyak hidrolik menjadi sangat rendah bahkan hingga titik nol. Hal ini mengakibatkan low pressure switch mendeteksi tekanan rendah sehingga kedua pompa hidrolik menjadi aktif untuk menaikkan tekanan minyak hidrolik agar kembali normal. IV. KESIMPULAN 1. Pemrograman dengan PLC lebih cocok digunakan untuk pengontrolan suatu sistem di industri. 2. Dari hasil simulasi PLC sederhana dengan menggunakan software simulasi ZEN OMRON diketahui telah dapat merepresentasikan kontrol pompa hidrolik pada HP bypass turbine system. 3. Pada pengontrolan pompa hidrolik, saat start-up salah satu pompa aktif terlebih dahulu. Selama kondisi tekanan normal, 150 kg/cm3 , pompa
akan bekerja selama bergantian setiap 20 jam. Jika salah satu pompa aktif bekerja, maka pompa yang lain akan standby, begitu pula sebaliknya. 4. Saat low pressure switch mendeteksi tekanan rendah, 130 kg/cm3, kedua pompa akan aktif bekerja secara bersamaan untuk menaikkan tekanan minyak hidrolik kembali normal. Jika tekanan sudah kembali normal, pompa akan kembali bekerja secara bergantian. 5. Saat high pressure switch mendeteksi tekanan tinggi, 180 kg/cm3, kedua pompa menjadi nonaktif untuk menurunkan tekanan minyak hidrolik kembali normal.
[1]
DAFTAR PUSTAKA Setiawan, Iwan, 2006, Programmable Logic Control (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol, Penerbit ANDI : Yogyakarta
[2]
Babcock and Wilcox. 1996. Design Manual Turbine Bypass System. Suralaya Steam Power Plant Unit 5, 6, & 7
[3]
http://www.suralaya.com BIODATA
Fatimah Avtur Alifia (Alif) – L2F008036, dilahirkan di Semarang, 31 Maret 1990. Telah menempuh jenjang pendidikan dari SDN Sumurboto 01-02, SMP Negeri 2 Semarang, SMA Negeri 3 Semarang, dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol.
Semarang, November 2011 Mengetahui dan Mengesahkan Dosen Pembimbing
Iwan Setiawan NIP. 197309262000121001
