Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15November2014
ISSN: 1979-911X
MONITORING VIBRASI ROTATING EQUIPMENT DI INDUSTRI DENGAN MENGGUNAKAN WIRELESSHART Nandang Taryana Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, ITENAS Bandung e-mail :
[email protected],
ABSTRACT Vibration is the most important issue in a Rotating Equipment such as pumps. Vibration Monitoring with a pump then, will be identified slightest change of the pump. In addition to conventional monitoring techniques require many operators who also takes a long time, this makes it difficult in terms of predicting failure due to a change in the structure of the tool material. Ideally, all Rotating Equipment to be monitored, but the cost to do so would be prohibitive. Monitoring Techniques for Rotating Equipment such as pumps has increased rapidly in recent years, including the wireless vibration monitoring can help to predict when a failure will occur and maintenance of warning about the health status of equipment. Vibration data is transmitted from the pump, for example through a wireless gateway, This allows us to monitor vibration during operation, and the trend of the data we are able to determine when the pump will fail. Real-time information from the wireless vibration transmitter provides valuable insights which can prevent unplanned shutdowns and increase the scheduling of maintenance and reliability. In this study the authors use a method of monitoring vibration of the pump by using the method of WirelessHART. WirelessHART is a new technology that provides an easy and safe means to access data, without the need for wires and cables. WirelessHART is able to generate monitoring data that describe the performance of a. The results illustrate the monitoring station without any additional due to environmental influences. KeyWords: Pompa, Vibration Monitoring, Wireless Network, WirelessHART PENDAHULUAN Dunia industri sangat menginginkan suatu jenis pompa yang dapat beroperasi maksimal dan tahan dioperasikan dalam jangka waktu yang lama, hal ini tidak terlepas dari jenis pompa, pemasangan dan pengoperasian yang tepat sehingga akan bekerja sesuai dengan peruntukannya. Untuk menentukan suatu peralatan bekerja sesuai dengan kondisi terbaiknya diperlukan indikator, biasanya indikator yang sering digunakan adalah indikator yang dengan cepat mendapatkan hasilnya seperti vibrasi dan temperatur. Kegagalan pada komponen pompa yang sering tidak diperhatikan adalah kerusakan pada impeller dan casing, hal ini terjadi akibat kavitasi. Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembunggelembung uap di dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Pengaruh kavitasi yang terjadi pada pompa l sangatlah merugikan. Dalam hal kavitasi bagian pada pompa yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa, sudu pompa, maupun di saluran pipa. Indikasi kavitasi adalah timbulnya gelembunggelembung uap, suara-suara bising (noise) dan getaran (vibrasi) serta kerusakan pada komponen pompa tatkala gelembung-gelembung fluida tersebut pecah ketika melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya. Pengukuran sinyal vibrasi pompa merupakan salah satu teknik dalam predictive maintenance, yaitu perawatan berbasis kondisi pompa ketika beroperasi dengan diagnosis terhadap kinerja. Sinyal vibrasi dari suatu pompa merupakan salah satu indikator yang akan menunjukkan kondisi mekanis dari suatu pompa, apakah pompa itu beroperasi dalam keadaan baik atau tidak. Semakin kecil nilai suatu vibrasi akan menjadi semakin baiklah peralatan itu, dan sebaliknya apabila suatu peralatan yang beroperasi mempunyai vibrasi yang besar atau tinggi, maka kondisi peralatan tersebut cukup rawan akan kerusakan. Keunggulan penggunaan pengukuran karakteristik getaran sebagai indikator perawatan karena memberikan kemudahan pengujian dan titik pengujian tepat pada gaya penggerak, respon vibrasi memberikan informasi gejala maksimum dan pengujian dilakukan tanpa menyambung dan mengganggu operasi peralatan tersebut. Dengan perkembangan teknologi industri modern, sistem industri skala besar dibangun oleh beberapa mesin dan peralatan yang berorientasi otomasi, efesiensi tinggi, akurasi tinggi dan kinerja serta komplksitas meningkat[1]. Kemudian, hubungan yang sangat dekat antara beberapa mesin dan C-7
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15November2014
ISSN: 1979-911X
peralatan membuat sistem menuntut adanya kehandalan dan sekuritas yang membuat sistem lebih canggih. Dalam upaya untuk memenuhi kebutuhan terhadap safety dan kestabilan operasi peralatan dalam sistem industri skala besar, kondisi peralatan utama serta kondisi bermacam-macam peralatan tambahan dalam sistem perlu untuk dimonitor[2]. Sebagai hasilnya kondisi sistem monitoring menjadi lebih kompleks dalam konstruksinya serta lebih sulit dalam konfigurasinya. Seperti diketahui sistem monitoring vibrasi bisa menjadi lebih kompleks daripada sistem monitoring kondisi yang lainnya. Vibrasi yang merupakan parameter penting dari operasi peralatan mencakup berbagai informasi yang berguna, dan dapat digunakan untuk mendiagnosis kesalahan 3]. Namun sistem monitoring vibrasi tradisional yang dihubungkan oleh banyak kabel sinyal dan mudahnya terjadi pencampuran berbagai sinyal untuk interferensi yang menyebabkan keandalan hasil monitoringnya berkurang. Selain itu, sistem monitoring vibrasi juga terbatas dalam aplikasinya karena sistemnya yang kompleks dalam membangunnya , mahal biayanya, berat instalasi dan commissioningnya, fleksibilitas rendah, dan sulit dalam pemeliharaannya [7-9]. Untuk mengatasi jumlah sistem monitoring vibrasi tradisional yang tersebar secara geografis dari mesin dan peralatan secara on-line, metode penerapan teknologi WirelessHART untuk sistem monitoring vibrasi mesin dan peralatan akan dipresentasikan[6]. Karena penggunaan komunikasi nirkabel, sistem monitoring vibrasi tidak lagi dibatasi oleh kabel, yang secara efektif memecahkan masalah yang sulit sistem kabel di lapangan. Lebih jauh, fleksibilitas dan skalabilitas dari jaringan sensor nirkabel membuat, menambah, menghapus atau mengganti setiap node pengukuran mudah sehingga biaya investasi, kompleksitas, beban kerja instalasi, commisioning, dan pemeliharaan sistem monitoring yang sangat berkurang. Sistem ini sangat cocok untuk monitoring vibrasi secara remote dari struktur yang kompleks dan berskala besar dari peralatan yang didistribusikan secara luas. WirelessHART yang merupakan pengembangan dari protokol komunikasi instrumentasi standar HART7 yang telah dirilis bulan september 2007, menjadi pilihan sebagai untuk keperluan Monitoring Vibrasi pada Rotating Equipment seperti Pompa. WirelessHART adalah protokol dari
jaringan komunikasi “wireless mesh” untuk aplikasi pada process automation. Dimana wirelessHART juga mempunyai kapabilitas Protokol Hart yang menjadi nilai lebih dalam me’maintain’ existing wired device, memberikan perintah kepada device dan menjadi “tools” untuk mendiagnosa instrument device. Wireless Hart network terdiri dari 3 komponen utama : Pertama, wireless field device yang dikonek ke process atau equipment di lapangan, dimana ini bisa terdiri dari native wireless ( device yang murni wirelessHart) ataupun existing wired instrument device yang telah ditambahkan THUM, sehingga dapat mengirimkan data parameter dari device secara “wireless” ke Host dengan melalui Gateway. Kedua, smart Gateway, yang menjadi jembatan komunikasi antara field device dengan Host nya. Ketiga, network Manager yang bertanggung jawab dalam mengkonfigurasi network, managing message routes dan memonitor “kesehatan” dari jaringan. Dimana network manager ini dapat terintegrasi ke dalam Gateway, host application ataupun process automation controller. WirelessHART beroperasi pada 2.4 GHz. Dengan bentuk jaringan “mesh” , maka setiap device dalam jaringan “mesh” dapat berlaku / melayani sebagai router untuk menyampaikan “message” dari device yang lain, hal ini yang menambah luas atau jauh dari jaringan dan menjadi redundant komunikasi routes yang meingkatkan reliability dari jaringan ini menjadi 99.9%. Smart Wireless memiliki 5 (lima) layer security untuk mengamankan jalur komunikasi antar wireless devices. Pertama. Setiap data yang dikirim akan dienkripsi sehingga data yang dikirimkan diacak agar tidak dapat terbaca. Kedua. Setiap wireless device yang akan join ke network harus melalui process autentikasi. hanya device yang meiliki network ID dan join key yang sama dengan gateway yang dapat join ke network. Ketiga. Setiap data yang dikirimkan akan diverifikasi oleh gateway bahwa data itu valid dan complete.Keempat. Frequency yang digunakan oleh WirelessHART adalah 2.4 GHz. Didalam frequency range 2.4GHz terdapat 15 slot/channel yang tersedia. WirelessHART device akan menggunakan salah satu dari 15 channel itu dan akan berpindah-pindah channel tiap kali mengirimkan datanya. Kelima. Key untuk encryption algorithm dapat dirotasi atau diubah setiap periode tertentu untuk advance security. Konsep dari wirelessHART sendiri adalah : Pertama. Memberikan visibility kepada operator, maintenance ataupun management mengenai kondisi yang ada di Plant mereka, ini memberikan data C-8
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15November2014
ISSN: 1979-911X
yang tepat dan akurat dalam setiap pengambilan keputusan, baik dalam hal penentuan Cost budget ataupun dalam aktifitas maintenance terhadap equipment. Kedua. Meningkatkan availability dari device dalam melayani proses produksi. Ketiga. Dengan jaringan “mesh”, wirelessHART memberikan reliability sampai 99.9% akan system ini. Keempat. Memberikan flexibilitas dalam instalasi dan pengoperasian device, dimana hal ini mudah dalam mengaplikasikannya atau memindahkan dari suatu tempat ke tempat lain, atau dari suatu aplikasi ke aplikasi lain. Kelima. Memberikan kemudahan dalam penginstalan device. Keenam. Memberikan akses untuk mengetahui “healthy” dari device tersebut. Ketuju. Memberikan powerful informasi mengenai “kesehatan” dari suatu system, pompa misalnya, dengan menambahkan beberapa device lain, maka akan didapat status “kesehatan” dari pompa tersebut ( terlampir EAM , Essenstial Asset Monitoring-file). WirelessHART ini menjadi “backbone” yang terpisah dari “backbone process control” yang selama ini ada, dimana ‘backbone” wirelessHart ini, menjadi backbone untuk maintenance dalam meningkatkan availability dan reliability equipment mereka, dan memberikan visibility baik team maintenance maupun operator / produksi dalam melihat “plant” mereka, serta memberikan kemudahan kepada Managemet dalam melakukan “Plant modernization” pada system yang selama ini tidak termonitor ataupun masih dalam local monitor yang berdasar periodic time monitor. METODE Dalam penelitian ini peralatan yang digunakan adalah milik PT. Indonesia Power Darajat Garut Jawa Barat yang terletak di ruang kendalinya. Peralatan tersebut terdiri dari software dan hardware yang sudah terintegrasi pada sistem kendali, produk Emerson Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Hardware yang terdiri dari : 1) alat monitoring vibrasi(Vibration Transmitter); 2) perangkat WirelessHART yang sudah terpasang; dan 4) Komputer sistem 2. Software yang digunakan : software bawaannya dari peralatan wirelessHART Emerson. 3. Perancangan Hardware wirelessHART digambarkan sebagai: Adapun tahapan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Persiapan
Perancangan (ekspeimen)
Pengambilan Dan Analisa Data
Kesimpulan
Gambar 1 Alur Tahapan Penelitian
Gambar 2 Transmitter Vibrasi Nirkabel untuk monitoring vibrasi per detik.
Gambar 3 Pemasangan Transmiter monitoring Vibrasi pada badan pompa
PEMBAHASAN C-9
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15November2014
ISSN: 1979-911X
Monitoring Vibrasi dilakukan pada sebuah pompa yang sedang bekerja untuk mengetahui sejauh mana kinerja pompa tersebut. Pengujian sistem ini ditujukan untuk mengetahui sejauh mana kinerja sistem dengan mneggunakan jaringan nirkabel wirelessHART dapat digunakan dengan baik. Dari hasil monitoring vibrasi dari pompa dapat disajikan pada Gambar 4 sebagai berikut
Gambar 4. Hasil monitoring dari Vibrasi Pompa dengan WirelessHART 1
Gambar 5. Hasil monitoring dari Vibrasi Pompa dengan Wireless HART 2 Informasi dari Gambar 4 dan Gambar 5 dapat digunakan sebagai sarana untuk manajemen aset seperti pompa, motor atau peralatan yang lainnya seperti kompresor, valve atau rotating equipment yang lainnya. Sementara pada Gambar 6 memperlihatkan bagaimana sebuah pompa memiliki kinerja ditentukan oleh bentuk gelombang yang ditunjukan, semakin banyak puncak-puncak gelombannya semakin tinggi frekuensi vibrasi pompa tersebut.
Gambar 6 Percepatan gelombang vibrasi dari sebuah pompa C-10
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15November2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 7 Elevasi puncak gelombang vibrasi yang memiliki spektrum resolusi tinggi Pada Gambar 7 dan Gambar 8 ditunjukan bahwa terjadi kehilangan kemampuan mekanik dari pompa, sekaligus menunjukan kinerja dari pompa yang bersangkutan.
Gambar 8 Elevasi puncak gelombang vibrasi yang memiliki spektrum resolusi tinggi Dengan melihat gambar hasil monitoring seperti diperlihatkan pada Gambar 6,7 dan 8 tidak tampak adanya pengaruh gangguan eksternal pada sistem monitoring dengan sistem nirkabel yang menggunakan WirelessHART ini. Meskipun ada tidak mengganggu informasi yang benar tentang kondisi yang sesungguhnya dari pompa yang sedang dimionitor. KESIMPULAN Dari proses perancangan, implementasi dan pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Perancangan sistem monitoring vibrasi pompa dengan sistem nirkabel WirelessHART berjalan dengan baik. 2. Berdasarkan hasil monitoring terlihat bahwa sistem WirelessHART terbukti handal dan aman dari gangguan lingkungan industri 3. Topologi mesh yang terdapat pada jaringan wirelessHART terbukti cocok untuk sistem monitoring vibrasi pada pompa 4. Pengetahuan dari hasil monitoring vibrasi akan menjadi sumber data bagi pelaksanaan manajemen aset dari sebuah equipment sehingga berdampak pada jadwal pengadaan equipment tersebut. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih yang tak terhingga penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah mendukung penelitian ini, diantaranya: 1. Manajemen PT Indonesia Power yang telah meminjamkan fasilitasnya untuk penelitian penulis C-11
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15November2014
ISSN: 1979-911X
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro Itenas Bndung yang telah memberikan dukungan moril dan materil 3. Teman sejawat staf dosen teknik Elektro Itanas Bandung 4. Dan pihak lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. DAFTAR PUSTAKA Anonim, (2010) Hart 7 specification. [Online]. Available: http://www.hartcomm.org/ Anonim, (2010) Isa 100, wireless systems for automation. Available: http:// www.isa. org/isa100 Anonim, (2010) Zigbee alliance. [Online]. Available: http://www.zigbee.org F. Gil-Castineira, F. Gonzalez-Castano, and L. Franck, “Extending vehicular can fieldbuses with delay-tolerant networks,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 55, no. 9, pp. 3307 –3314, Sept. 2008. Greg Welch, Gary Bishop (2006). An Introduction to the Kalman Filter, Technical Report, University of North Carolina at Chapel Hill. G.-P. Liu, Y. Xia, J. Chen, D. Rees, and W. Hu, “Networked predictive control of systems with random network delays in both forward and feedback channels,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 3, pp. 1282 –1297, June 2007. T. Lennvall, S. Svensson, and F. Hekland, “A comparison of wirelesshart and zigbee for industrial applications,” in IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, May 2008, pp. 85–88. T. Li and Y. Fujimoto, “Control system with high-speed and real-time communication links,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 55, no. 4, pp. 1548 –1557, April 2008. V. Gungor and G. Hancke, “Industrial wireless sensor networks: Challenges, design principles, and technical approaches,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 10, pp. 4258 –4265, Oct. 2009.
C-12
