Makalah Seminar Kerja Praktek PROSES OTOMATISASI PADA WEIGHT FEEDER SYTEM (WF) DI PT. HOLCIM TBK. M. Antisto Akbar.¹, Budi Setiyono ST, MT.2 Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl.Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Email:
[email protected]
1
2
Abstrak Dalam proses pemngolahan bahan baku semen yang berasal dari Raw Material yang terdiri dari batu kapur (lime stone), tanah liat (clay), pasir besi (iron sand), silca, dan bahan adiktif. Komposisi dari bahan baku tersebut harus sesuai agar mendapatkan hasil produk semen yang baik. Tiap bahan baku memiliki komposisi masing-masing, batu kapur 80%, tanah liat 16%, pasir besi 1%, silica 2%, dan bahan adiktif sebesar 1%. Untuk mendapatkan komposisi yang tepat, maka dibutuhkan suatu alat timbang yang berfungsi untuk menimbang beban yang masuk pada belt konveor agar mendapatkan komposisi yang tepat. Alat tersebut dinamakan weight feeder. Weight feeder berperan sangat penting untuk menjaga kompisisi dari setiap bahan baku sesuai dengan set piont yang diberikan. Tetapi tidak semua bahan baku diberikan weight feeder pada belt konveornya, hanya batu kapur dan tanah liat saja yang memerlukan weight feeder ini. Hal ini disebabkan karena untuk bahan baku yang lain komposisi tidak terlalu besar seperti pasir besi hanya 1% dan silica 2%, sehingga dapat menekan biaya produksi dari suatu pabrik semen tersebut. Pada weight feeder terdapat berbagai sensor yang digunakan agar dapat beroperasi. Diantaranya adalah load cell yang berfungsi sebagai pembaca nilai beban yang masuk pada belt konveor sehingga dapat di pantau oleh CCR berapa ton yang masuk ke belt konveor tiap jamnya. Selain load cell terdapat pula tacho generator yang berfungsi untuk mengetahui kecepatan dari putaran motor konveor pada AF dimana AF merupakan jembatan atau penghubung antara weight feeder dengan silo. Keluaran dari tacho generator dc ini berupa tegangan dc yang akan dikonversikan ke dalam bentuk kecepatan (RPM). Sehingga kedua sensor tersebut saling berkaitan agar mendapatkan set point komposisi yang tepat untuk pengolahan semen selanjutnya. Kata Kunci : Weight Feeder,Load Cell,Tacho Generator yang memiliki komposisi yang besar, dibutuhkan alat penimbang agar dapat mencapai set point atau komposisi yang tepat dalam pembuatan semen. Alat penimbang tersebut biasanya disebut Weight Feeder Weight feeder berbentuk belt conveor tetapi pada bagian bawah belt, terdapat sensor untuk mengukur berat yang disebut load cell. Apabila beban pada weight feeder terlalu berat, maka secara otomatis motor pada AF akan berputar secara pelahan agar tetap menyamakan set point yang diinginkan dari CCR melalui MCC. Dan sebaliknya, apabila beban pada weight feeder ringan atau belum mencapai set point yang diinginkan, maka motor pada AF akan berputar dengan cepat agar material yang berasal dari silo akan jatuh ke weight feeder dan mencapai set piont yang diinginkan.
I. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri, dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin. Dalam industri pembuatan semen, komposisi bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan semen yang berkualitas baik harus tepat. Bahan baku yang digunakan adalah batu kapur (lime stone ), tanah liat (clay), pasir besi (iron sand), silica, dan dicampur dengan bahan adiktif. Komposisi dari setiap material yang digunakan dalam pembuatan semen adalah batu kapur (lime stone) 80%, tanah liat (clay) 16%, pasir besi (iron sand) 1%, silica 3%, bahan adiktif 1%. Agar komposisi dari bahan tersebut tercapai, pada tanah liat dan clay
1
adalah untuk menyamakan tegangan Load Cell dibandingkan dengan batu standar yang dibaca di indikator timbangan. Sebuah Load Cell terdiri dari konduktor, strain gauge, dan wheatstone bridge. Tegangan keluaran dari sensor Load Cell sangat kecil, sehingga untuk mengetahui perubahan tegangan keluaran secara linier dibutuhkan rangkaian penguat instrumen. Dalam hal ini digunakan IC amplifier instrumen yang memang dibuat khusus untuk menguatkan tegangan keluaran yang sangat kecil hungga kurang dari satuan milivolt, salah satunya sensor Load Cell, hingga ukuran tegangan dalam satuan milivolt.
1.2
Maksud dan Tujuan Hal-hal yang menjadi tujuan Kerja Praktek ini adalah: 1. Mengetahui sistem dan lingkungan kerja di PT. Holcim Indonesia Tbk. 2. Mengetahui sensor-sensor yang digunakan pada Weight Feeder System di PT. Holcim Indonesia Tbk. 3. Mengetahui carakerja dan aplikasi proses otomatisasi pada Weight Feeder System (WF). 1.3
Pembatasan Masalah Laporan Kerja Praktek ini difokuskan pada permasalahan cara kerja dan proses otomatisasi yang terdapat pada Weight Feeder System (WF) dengan materi lain yang berkaitan sebagai pelengkap. II.
DASAR TEORI
2.1
Persyaratan Umum Sensor
Konduktor Sebuah konduktor atau kawat memiliki sejumlah resistansi. Tergantung pada diameternya. Semakin besar diameter, makin rendah resistansinya. Jika kita meregangkan kawat, kawat akan berkurang diameter atau luas penampangnya, sehingga akan meningkatkan resistansi. Demikian juga untuk sebaliknya juga sama. Jika kawat kita tekan/kompres, diameternya akan meningkat dan resistansinya menurun. Karena itu diperlukan kekuatan untuk perhitungan regangan atas kawat untuk proses penekanan dan peregangan tersebut, kawat dapat dikonfigurasi untuk mengukur kekuatan konfigurasi kawat ini disebut Strain Gauge.
Dalam memilih peralatan sensor yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan di sensor, berikut ini persyaratan umum sensor: a) Linieritas Ada banyak sensor banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. b) Sensitivitas Sensitivitas menunjukkan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur.
Strain Gauge Strain Gauge terdiri dari kawat panjang yang sangat halus yang ditenun bolak-balik didalam suatu dalam kotak dan diletakkan diatas selembar kertas atau plastik yang disebut basis. Sebuah kawat yang umum digunakan adalah paduan tembaga-nikel, dengan diameter sekitar satu seperseribu inci (001 ”). Kawat dibentuk zig-zag untuk membentuk suatu grid sehingga akan meningkatkan panjang efektif dari kawat yang berada di bawah pengaruh gaya yang diterapkan untuk itu kawat tersebut. Diletakkan diatas dan melekat ke ujung pengukur. Strain gauges dapat dibuat sangat kecil, kadang-kadang lebih kecil dari 1 / 64 ”. Ini adalah sebuah ukuran yang disemen atau dicetak ke benda logam yang kuat, biasanya disebut sebagai beban penerima elemen, untuk membuat sebuah load cell. Alat pengukur dikonfigurasi ke dalam rangkaian yang disebut
c) Tanggapan Waktu Tanggapan waktu pada sensor menunjukkan seberapa cepat tanggapannya terhadap perubahan masukan
2.2
Load Cell
Load Cell adalah komponen utama disistem timbangan, tingkat keakurasian timbangan tergantung dari jenis/tipe/merek Load Cell yang dipakai, sedangkan keakurasian timbangan menentukan efisiensi pada dunia industry. Sensor load cell apabila diberi beban pada inti besi maka nilai resistansi di strain gaugenya akan berubah. Tingkat keakurasian dari Load Cell, harus dilaksanakan kalibrasi menggunakan tes weigh/batu. Kalibrasi tersebut
2
JembatanWheatstone/wheatstone Bridge. Seperti pada gambar diatas, jembatan menjadi tidak seimbang. Sebenarnya ada tiga jalur untuk aliran arus dalam rangkaian ini. Jalur 1 terminal baterai negatif melalui R2 dan R4 kembali keterminal baterai positif Jalur 2 terminal baterai negatif melalui R1 dan R3 kembali keterminal baterai positif. Jalur 3 terminal baterai negatif melalui R2, ampermeter, R3 dan kembali ke positif terminal baterai.
Gambar 1 Strain Gauge
Wheatstone Bridge Perhatikan saat ini terdapat aliran arus melalui amperemeter tersebut. Aliran arus ini adalah hasil dari perbedaan potensial antara poin 1 dan 2. Semakin besar beda potensial, aliran arus semakin besar yang melalui ampermeter tersebut. Dengan teori tentang strain gauge dan teori-teori jembatan Wheatstone, prinsip kerja Load Cell ini terbangun. Seperti berat ditempatkan di atas garis, panjang garis akan menurun. garis ini juga akan menjadi ”besar,” atau menonjol keluar. Dua strain pengukur ditempatkan berlawanan satu sama lain untuk menanggapi secara proporsional terhadap perubahan panjang tersubut. Dua alat pengukur lainnya ditempatkan pada sisi berlawanan dari garis dan merespon perubahan tonjolan garis itu. Sejak sepasang alat ukur regangan dipasang mereka kawat menjadi lebih pendek diameter kawat menjadi lebih besar dan mengurangi resistensi mereka. Yang lainnya sepasang pengukur regangan diposisikan yang akan memperpanjang kabel tersebut, sehingga akan menurunkan diameter dan meningkatkan Resistansi kawat tersebut. Jika menggantungkan berat yang sama dari bagian bawah garis, bukan menekan garis. Alat pengukur garis dan regangan akan bertindak dalam arah yang berlawanan tapi masih dalam peregangan dan penekanan.
Jembatan wheatstone digunakan sebagai pengkondisi sinyal yang di hasilkan oleh sensor load cell. Berikut gambar jembatan wheatstone :
Gambar 2 Jembatan Wheatstone saat setimbang
Bila daya digunakan untuk menjembatani ini, arus yang mengalir dicabang R1/R3 sama dengan arus yang mengalir di R2/R4 cabang. Hal ini benar karena semua resistor adalah sama. Karena tidak ada perbedaan tegangan antara titik 1 dan 2 pada aliran arus melalui ammeter tersebut. Jembatan ini berada dalam kondisi seimbang.
Gambar 3 Jembatan Wheatstone saat tidak setimbang Gambar 4 Prinsip kerja Load Cell
3
Load Cell harus dikalibrasi terlebih dahulu untuk membaca dalam Kilogram bukannya ampere. Load Cell dibuat dalam berbagai bentuk dan konfigurasi. Ukuran alat strain ditempatkan secara strategis untuk kinerja puncak. Setiap Load Cell dilengkapi dengan lembar data atau sertifikat kalibrasi. Lembar ini memberikan data yang relevan. Lembar data disesuaikan dengan Load Cell dengan nomor model, nomor seri dan kapasitasnya. Informasi lainnya yang ditemukan pada lembar data kalibrasi yang khas adalah output dinyatakan dalam mV/V, tegangan eksitasi, non-linieritas, histeresis, Zerro, resistansi input, resistansi output, pengaruh suhu pada kedua output, tahanan isolasi dan panjang kabel. Kode warna kabel juga disertakan pada lembar data kalibrasi.
2.3
Gambar 5 Konstruksi Tacho Generator DC
III. PRINSIP KERJA WEIGHT FEEDER (WF) 3.1
Proses Pengolahan Pada Weight Feeder (WF)
Dalam industri, weight feeder memegang peranan yang penting dalam menentukan kualitas produk yang dihasilkan. Pada prinsipnya weight feeder dapat dianggap sebagai suatu timbangan elektris-mekanis berbentuk conveyor yang secara otomatis menentukan berat material penyusun yang akan diumpankan ke proses selanjutnya.
Tachometer
Tachometer adalah sebuah instrumen atau alat yang mampu untuk mengukur kecepatan putaran. Alat ini biasanya menampilkan revolutions per minute (RPM) pada sebuah pengukur skala analog, namun yang versi tampilan digital juga. Dalam weight feeder, pemasangan tachometer dengan tujuan agar pengamat(ruang kontrol) dapat mengetahui kecepatan dari putaran motor AF agar batu kapur (lime stone) sesuai set point yang diinginkan secara efisien. Hal ini mampu menolong pengamat dalam menyeleksi akselerasi yang pas dan pengaturan rotasi mesin untuk segala macam kondisi. Dalam aplikasinya, tachometer yang digunakan adalah tachometer DC atau tacho generator DC. Dimana keluaran dari tacho generator tersebut adalah tegangan DC. Dari segi eksitasi tacho generator DC dapat dibangkitkan dengan eksitasi dari luar atau imbas elektromagnit dari magnit permanent. Tacho generator DC dapat membangkitkan tegangan DC yang langsung dapat menghasilkan informasi kecepatan, sensitivitas tacho generator DC cukup baik terutama pada daerah kecepatan tinggi. Tacho generator DC yang bermutu tinggi memiliki kutubkutub magnit yang banyak sehingga dapat menghasilkan tegangan DC dengan riak gelombang yang berfrekuensi tinggi sehingga mudah diratakan.
3.2
Prinsip Kerja System (WF)
Weight
Feeder
Gambar 6 Weight Feeder Sistem
Weight Feeder diatur ke dalam operasi set point jarak jauh oleh sinyal digital dari CCR. Selama berlangsung mode ini, kontroller weight feeder akan menggunakan set point remote dari CCR untuk mengontrol kecepatan dan juga jumlah bahan baku yang masuk ke dalam ke dalam proses selanjutnya. Ketika kecepatan dan berat beban telah mencapai set point, maka proses penimbangan berat beban dan kecepatan akan berlangsung.
4
Jika beban batu kapur pada weight feeder berlebih, motor konveor AF akan berjalan lebih pelan agar menyesuaikan pada set point beban yang telah diatur. Dan apabila beban batu kapur pada weight feeder kurang (tidak mencapai set point), maka motor konveor AF akan berputar lebih cepat agar mencapai set point yang diinginkan. Apabila komposisi dari bahan baku semen tidak seimbang, maka tim riset pada bagian produksi dapat mengubah parameter set point yang diinginkan tanpa harus mengubah dari CCR. Saat terjadi masalah pada weight feeder, maka dapat diubah ke dalam bentuk lokal (dapat diatur pada lokasi weight feeder tersebut). Sehingga pada CCR harus dirubah dalam mode lokal agar dapat diperbaiki secara manual gangguan tersebut.
4.3
Tacho Generator DC Untuk mengetahui kecepatan dari sebuah motor konveor diperlukan tacho generator DC, dimana alat ini akan menghasilkan tegangan DC yang akan dikonversikan sesuai dengan datasheet yang berlaku pada alat sehingga keluaran pada tacho generator DC ini merupakan kecepatan motor (RPM).
Gambar 9 Tacho Generator DC
IV.
BAGIAN-BAGIAN PADA WEIGHT FEEDER SYSTEM (WF) 4.1 Motor Konveyor Motor konveor berfungsi untuk mendistribusikan batu kapur yang berasal dari silo batu kapur, agar dapat di proses ke tahap selanjutnya. Kecepatan dari motor konveor ini bergantung pada masukan dari beban yang di timbang oleh load cell. Oleh karena itu kecepatan motor konveor ini dapat berjalan dengan cepat maupun lambat.
4.4
HMI
HMI adalah display yang menampilkan semua proses pengoprasian weight feeder dan menampilkan data. Data tersebut dapat berupa grafik maupun lainnya sesuai dengan kebutuhan. Dari HMI kita dapat mentuning kontroller PID serta dapat memerintahkan tindakan yang akan diambil. Sebagai contoh, apabila terjadi kerusakan, maka petugas dilapangan akan berkomunikasi dengan CCR menggunakan Handy Talky dan melapor adanya kerusakan, sehingga petugas pada CCR akan mengeset status weight feeder dari remot menjadi lokal.
Gambar 7 Motor konveor pada batu kapur
4.2
Load Cell Load cell berfungsi untuk menimbang beban dari masukan silo agar sesuai dengan set point yang diinginkan oleh CCR. Sehingga komposisi dari setiap bahan baku akan seimbang dan menghasilkan kualitas semen yang baik.
Gambar 10 HMI
4.5
Kontroller Pada Weight Feeder
Pada weight feeder kontrolloer yang digunakan adalah PID. Dimana PID tersebut bertujuan mengatur kecepatan dari putaran motor konveor yang digunakan pada weight feeder. Masukan dari sistem ini adalah load cell Gambar 8 Load Cell
5
yang merupakan sensor yang berfungsi untuk menimbang berat beban pada motor konveor. Sehingga motor tersebut harus mencapai set point yang telah ditetapkan pada CCR. Tunning yang dilakukan dapat secara otomatis maupun manual. Pada weight feeder nilai tuning kontrol proposional diberi nilai yang tinggi diantara kontroller lainnya seperti Integrator maupun derivatif. Hal ini bertujuan untuk mempercepat respon transien dari motor agar mencapi set point dengan waktu yang singkat. Setelah menambahkan kontroller proposiona, maka kita dapat melihat pada HMI grafik dari sistem ketika mencapai set point yang diinginkan. Apabila terdapat error stady state maka dapat menambahkan kontroller integrator yang mana kontroller integrator berfungsi untuk menghilangkan error stady state sehingga respon dari sistem akan tetap pada set point, walaupun error tidak dapat dihilangkan 100%. Kontroller derivatif menjadi opsi pilihan apabila sistem tersebut terlalu berosilasi. Dengan adanya kontroller derivatif, maka osilasi yang dihasilkan oleh sistem akan diredam oleh kontroller derivatif tersebut.
Dari blok diagram diatas terlihat, cara kerja sistem weight feeder ini awalnya diberi nilai referensi sebagai inputan sistem, lalu inputan tersebut diterima oleh kontroller PID ynag berfungsi sebagai pengatur dari motor AF yang berada persis dibawah bin dari limestone agar dapat mengalirkan limestone ke weight feeder untuk ditimbangkan. Setelah itu keluaran dari kontroller PID akan menuju ke motor AF yang akan mengirimkan limestone ke weight feeder. Setelah proses pengiriman limestone dari motor AF ke weight feeder, maka berat dari limestone itu akan ditimbang dengan menggunakan sensor load cell. Keluaran dari sensor load cell akan diumpan balikkan lagi lalu di kurangkan dengan nilai referensi yang diberikan, agar mendapatkan nilai error yang dihasilkan oleh sistem weight feeder tersebut. V. 5.1
1.
2.
3.
Gambar 6 Setting Kontroller PID pada HMI
Untuk blok diagram dari sistem weight feeder ini adalah sebagai berikut :
4.
5.2
1. Gambar 7 Blok Diagram Weight Feeder
6
PENUTUP Kesimpulan Dalam pembuatan semen, weight feeder sangat dibutuhkan untuk mengetahaui komposisi campuran antara berbagai bahan baku pembuatan semen sesuai dengan aturan komposisi yang berlaku pada perusahaan sehingga menghasilkan semen yang bermutu baik. Beban yang masuk pada weight feeder harus selalu di pantau agar tidak terjadi kesalahan yang dapat mengahasilkan kecacatan produk semen. PLC yang dipakai merek Allen Bradley,type SLC5/04 yang mempunyai dua bagian yaitu Power Supplay untuk menyuplai tegangan listrik ke CPU, backplan card I/O. Dan CPU untuk kalkulasi,interlok,menyimpan program PLC,dll. HMI adalah display yang menampilkan semua signal PLC dan menampilkan data / signal . Yang bisa melakukan komunikasi dengan PLC yaitu menggunakan 2 kabel data yaitu kabel DH+ dan RS232 dan juga dapat berkomunikasi dengan laptop dengan menggunakan 2 kabel data yaitu kabel LAN dan RS232. Saran Perlunya perawatan serta pengecekan berkala supaya Weight Feeder Sytem ini tetap dalam kondisi optimal sesuai dengan set point yang diinginkan.
2.
Adanya sensor tambahan untuk setiap bahan baku agar dapat menghasilkan komposisi yang lebih baik sesuai dengan set point yang diinginkan.
VI. DAFTAR PUSTAKA [1] Gambar Lokasi PT Holcim Indonesia, http://maps.google.com/maps?hl =en&tab=wl, Desember 2011 [2] Nasuhi, Mohamad. CIL Gas Cooling Tower System (GCT), Replacement PLC & HMI GCT Project Electrical Engineering Support, 2008. [3] Fraden, Jacob. Handbook Of Modern Sensors, :Physics, Designs, And ApplicationsThird Edition, Springer.2003 [4] Morris, S Alan. Measurement and Instrumentation Principles, Butterworth-Heinemann, Oxford.2011 [5] Artono, Raldi Koetoer. Pengukuran Teknikuntuk Mahiswa, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Univ. Indonesia, Jakarta. 2004 BIODATA M. Antisto Akbar, dilahirkan di B. Aceh, 23 Oktober 1991. Menempuh pendidikan di TK FKIP Unsyiah B. Aceh, SD N 61 B. Aceh, SMP N 2 Babalan, SMA N 5 B. Aceh. Dan saat ini masih menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik,Universitas Diponegoro angkatan 2008 mengambil konsentrasi Instrumentasi dan Kontrol.
Semarang,
April 2013
Mengetahui, Dosen Pembimbing
Budi Setiyono, ST., MT. NIP. 197005212000121001
7
