SISTEM KONTROL CATU DAYA DARURAT OTOMATIS

SISTEM KONTROL CATU DAYA DARURAT OTOMATIS Oleh: Agus Risdiyanto (*) Intisari SISTEM KONTROL CATU DAYA DARURAT OTOMATIS. Pada umumnya sistem kontrol catu daya dimana peranan manusia masih amat dominan. Misalnya dalam merespon besaran-besaran proses yang diukur oleh sistem kontrol terse but dengan serangkaian langkah berupa pengaturan panel dan saklar-saklar yang relevan telah banyak digeser dan digantikan oleh sistem kontrol otomatis. Sebabnyajelas mengacu pada faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi dan produktivitas industri itu sendiri, misalnya faktor human error dan tingkat keunggulan yang ditawarkan sistem kontrol tersebut. Pada perencanaan dan pembuatan unit kontrol catu daya ini menggunakan sistem pengontrolan dengan menggunakan PLC (Programable Logic Controller). PLC merupakan sistem yang dapat memanipulasi, mengeksekusi, dan atau memonitor keadaan proses pada laju yang amat cepat, dengan dasar data yang bisa diprogram dalam sistem berbasis mikroprosesor integral. Dengan sistem kontrol ini dapat dicapai keamanan dan kehandalan sistem catu daya darurat, dimana kerugian konsumen akibat hilangnya energi listrik atau pemadaman bergilir dapat diminimalisir. Kala Kunci : efisiensi, memanipulasi, mengeksekusi, memonitor, mikroprosesor Abstrack AUTOMATIC EMERGENCY POWER SUPPLY CONTROL SYSTEM An automatic emergency power supply control system has been made to replace the human role which is still dominant in responding parameters process measured by systematic stages of controlling relevant switches and panels. This process refers to factors influencing the efficiency and industry productivity, such as: human error and quality level which can be done by this control system. The construction of this power supply control system used PLC (Programmable Logic Controller), a system which is able to operate manipulate, execute, and monitor at an highl speed process, based on programmable data under an integrated microprocessor based system. This control system can be operated in a high accuration level in controlling an automatic emergency power supply, which can reduce consumers loss due to electric loss or a temporary disconnection. Key Words : Efficiency, manipulate, execute, monitor, microprocessor.

PENDAHULUAN Masalah gangguan energi listrik , dan adanya pemadaman listrik bergilir akhir-akhir ini menjadi fenomena yang mengkhawatirkan di Indonesia. Dampak ini sangat mengganggu kegiatan aktivitas masyarakat, mengingat listrik merupakan sumber energi yang sudah menjadi kebutuhan mutlak bagi masyarakat, misalnya digunakan untuk pendingin, TV, radio, AC, kompor listrik, lampu penerangan, alat -alat kantor seperti komputer, faximile, alatalat kedokteran dan mesin-mesin di industril".

Tidak sedikit konsumen yang mengalami kerugian besar karena kegiatan mereka terhenti total akibat pemadaman. Untuk itu diperlukan sistem catu daya darurat yang baik untuk mengatasinya. Pada pembuatan kontrol catu daya darurat ini menggunakan sistem pengontrolan dengan menggunakan PLC (Programable Logic Control). Untuk itu segala permasalahan yang ada perlu suatu alat yang kompak dan fleksibel, sehingga dapat dibawa dan diprogram pengaturannya. Dengan menggunakan PLC

tersebut akan lebih mudah dalam pengoperasiannya, yaitu dengan memrogramnya melalui sebuah Personal Computer (PC). PERANCANGAN SISTEM Dalam sistem catu daya darurat otomatis ini dibagi dalam beberapa unit sistem diantaranya adalah seperti pada Gambar I berikut:

*) Kandidat Peneliti Pertama, Puslit Telimek - LIPI,

28

BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 20/2006

Sensor DayaPLN

Catu DayaDC

+

I

Power Supply

I

"

KONTROL CATU DAYA MENGGUNAKAN PLC SIMATIC STEP7

~

t

~ 1

Suplai DayaPLN

Start/Stop GENSET

11

I

Sensor Kondisi GENSET

UNIT TRAN SFER

~

i

--

I

-- - ---

BEBAN

I

I

Sensor Dava

1

- --

I

t

GENS

Gambar 1. Diagram Blok Sistem Catu Daya Pada Gambar 1 dapat kita lihat bahwa sistem memiliki pengaturan yang sangat komplek. PLC sebagai komponen pengendali menerima masukan berupa parameter-parameter yang ada pada suplai daya utama (PLN) maupun darurat (Genset) dan menghasilkan keluaran sinyal-sinyal listrik untuk mengendalikan Unit Transfer. Karakter proses yang dikendalikan oleh PLC sendiri merupakan proses yang sifatnya bertahap, yakni proses itu berjalan urut untuk mencapai kondisi akhir yang diharapkan. Dengan kata lain proses itu terdiri beberapa subproses, dimana subproses tertentu akan berjalan sesudah subproses sebelumnya terjadi.

daya normal (PLN) dengan operasi gerbang logika I/O. Sistem pengawatan rangkaian input dapat dilihat pada Gambar 2. Berikut ini adalah pengamatan sinyal input berdasarkan beberapa variabel-variabel yang akan dikontrol seperti pada Tabel 1 berikut: TbllV a e

macam yang terdapat pada PLC dan 2 rating yaitu 4 A dan 6 A. Rangkaian output ini kemudian dihubungkan dengan unit catu daya untuk menggerakkan kontaktor unit transfer, menghidupkan genset, menyalakan alarm dan lampu indikator.

anaiabel e InlPU t Sinval Input

No

Kontak NC NO NC NO .......NC NO NC NO NO Ne

Keterangan

Rangkaian Input

10

Alamat 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.4 10.3 10.5 10.6 10.7

Rangkaian input berfungsi untuk menerima sinyal dari unit pengindera periferal, dan memberikan pengaturan sinyal, terminasi, isolasi, maupun indikator keadaan sinyal masukan ke dalam modul input'", Rangkaian input ini berisikan parameter-parameter catu daya darurat (genset) maupun catu

11

Il.O - 11.5

NC

Sensor

12 13

11.6 11.7

NC NO

Push button switch Reley (K2)

1 2 3 4 5 6

7 8 9

BERITA TEKNOLOGI

Komponen Push button Switch Push button switch Push button switch Selector switch Selector switch Selector switch Selector switch Relay (Kt) Push button switch Push button switch

Reset Start Sistem Stop Sistem Start Kontrol Manual Ston Kontrol Manual Start Kontrol Otomatis Stop Kontrol Otomatis Catu Daya Normal Start Genset Manual Ston Failure Tegangan, Frekwensi dan LevelBBM Ston Genset Manual Genset Runninz

Rangkaian Output Rangkaian output unit kontrol merupakan kondisi on/off yang mengaktifkan saklar dengan kemampuan kontaknya ada 3

Sistem pengawatan rangkaian output tersebut dapat dilihat pada Gambar3.

BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 20/2006

29

Reset

M~~~~Eft

'i-

~ ~

-

10.0 10. 10.2 ~ 10.3 10.4 I! ! 10.5 10.6 10.7 11.0 !'"' 11.1 ! 11.2 !- 11.3 11.4 Start Manual' e-11.5 -.J ! 11.6 Stop Manual ':: T'"' 11.7 j. 12.0 12.1 • 12.2 • 12.3 Cadangan • 12.4 • 12.5 • 12.6 • 12.7

Start __

..

r '_

Stop'i-Manual'i-Otomati \,;;.,

I

PLN

I

I

-

Kl ~

'lttl

I

GENSET

..,{.

.~

K2tp ...~

~

-+

S E !-

N

r

--

S 0 !-

"'.

I

-R

j

!

!-

-

+

Catu Daya DC

-

I

'-

Gambar 2. Rangkaian Input Sistem Catu Daya Darurat

-'-'-'00.0-..r-----. 00.1 .-r---, ,

,

00.2e-t---, 00.3.-r--+++--+-----------. 00.4.-r--. 00.5 e-+-+H-+--' 00.6 e+--++++----------+~__r_-___. 00.7· ! 01.0 e+-+HI+--------,

Beban

g~:~:e+-+r++----:==~~~==========~: .,..-----++--+--.

01.3 01.4 e+---I+I+-----01.5 e+---I+I+-----01.6 e+---I+I+-----, 01.7 e+, ---1+1+------

_._._.-

- - - -, - ---

-

T

__

BBM<3U

I

f>

1 I 1 1

PL

1 I

-~

- ---I

f<

1

Genset

1 1 1 1

- - --,

1 - - __ I

Kontrol Mar(uaJ Kontrol

- - --, Normal Darurat

1

- ---I

1 1 1 1

- - - - i

i 1 1 1

Failur -

- ---,

1 1 1 1

Powe

--t'

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

-~

Gambar 3. Rangkaian Output Sistem Catu Daya Darurat Otomatis

30


Berikut ini adalah pengamatan sinyal output berdasarkan beberapa variabel-variabel output yang terdapat pada rangkaian diatas dapat dilihat pada Tabel 2 berikut: Tbl2V a e No 1 2 3 4 5 6

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

secara spesifik jenis-jenis dan merk PLC, dan pada pembuatan sistem kontrol ini digunakan PLC jenis SIEMENS yang memakai software STEP7-MicroIWIN3i4l• Ada beberapa macam cara dalam

iabel ana e Output Alamat QO.O 00.1 00.2 QO.3 QO.4 QO.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Q1.6 Q1.7

Sinval Output Kontak Komponen NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO

Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Kontaktor (K3) Kontaktor (K4) Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Lampu Indikator Relay (K5) Relay (K6)

Pemrograman PLC Suatu program software digunakan PLC untuk mengetahui segala instruksi-instruksi yang harus dilakukan dalam sebuah proses pengendalian. Dalam pemrograman PLC kita harus mengetahui terlebih dahulu

Keterangan Power Kontrol Manual Kontrol Otomatis Genset Running Failure Catu Daya Normal Catu Daya Darurat Beban (Load) Tegangan > 230 volt Tezanaan < 210 volt Frekuensi > 60 Hz Frekuensi < 50 Hz Temneratur > 90°C Level BBM < 5 Lt Starting Genset Stoping Genset

pemrograman sebuah PLC antara lain dengan Ladder Logic Diagram, Statement Lists, atau Function Block Diagrams. Dari beberapa cara pemrograman tersebut, diagram ladder adalah bahasa pemrograman yang paling sering digunakan oleh programmer PLC. Karena diagram ini menggunakan ....•...

elemen-elemen yang menyerupai format one line diagram dalam sebuah rangkaian kontrol sehingga mudah dimengerti. Pada Gambar 4 dapat kita lihat sebuah contoh sederhana dari diagram ladder yang menyerupai rangkaian kontrol. Garis vertikal yang paling kiri mengindikasikan sebuah konduktor yang bersumber tegangan atau kawat fasa. Sedangkan garis horisontal adalah merupakan sub-sub konduktor bertegangan yang dihubungkan dengan inputaninputan yang memiliki lambang seperti kontak NO dan NC disertai dengan alamatnya untuk menjalankan outputnya. Alamatalamat inputan terhubung pada tombol-tombol saklar ataupun sensor, sedangkan alamat-alamat outputnya terhubung pada lampu indikator, motor, ataupun bebanbeban yang lain. Selanjutnya setelah program ladder selesai dirancang dalam PC, kemudian program ditransfer dari PC ke PLC (interface) melalui saluran kabel antar muka RS232 setelah sebelumnya dilakukan running untuk mengetahui jika terdapat kesalahan (error) dalam pemrograman. Kemudian program ladder dapat juga kita print out untuk Motor· dokumentasi maupun bahan analisa.

~-----I Photo Sensors

Power Conductor

<,

(

'\

~ 1----;

i

ml

~~

~~ I------i

~~

Ir----- ------Il/l------1( ) --+-.

Contactor

I

I--~

"

~'Q.Lamps

Gambar 4. Contoh Diagram Ladder Rangkaian Kontrol Sederhana

BERITA TEKNOLOGI

(4)


31

Flow Chart Flow chart sangat dibutuhkan sekali dalam pemrograman PLC

mengingat dalam pembuatan diagram ladder selalu mengacu kepada urutan proses dalam flow chart. Disamping itu dengan adanya flow chart kita dapat

Starting G ke-I

Starting G ke-2

mengetahui kesalahan dengan mudah, dan prosedur jalannya proses pun mudah dimengerti. . Hasil rancangan diagram flow chart sistem kontrol catu daya darurat otomatis dapat kita lihat pada Gambar 5 dibawah ini: Starting G ke-3

Memonitor 10 dtk SupJayPLN

Deban Load

Memindahkan Switch ke Posisi Darurat

Waktu Tunda 10 menit

(End)

<:=======================::::::::J)

"--

--J

Gambar 5. Diagram Flow Chart Sistem Catu daya Darurat otomatis

32


PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian Saat Suplay Daya Utama Bilang Pengujian ini dilakukan mengetahui waktu respon unit kontrol saat sup lay daya utama hilang dimana setting waktu unit kontrol adalah 5 detik. Dari hasil pengujian diperoleh data seperti pada Tabel3 berikut :

Ta be 13 P engu ran PENGUJIAN 1 2 3

otomatis.

Ta be I4 Penguuan Startmg Genset Otomatis PENGUJIAN

KONDISI SUPLAI UTAMA Off Off Off Off Off Off

PULSASTART

1 2

3

Saat Sup.1ay Daya Utama Hilans

KONDISI SUPLAI UTAMA Off Off Off

Seperti yang telah dirancang pada alat kontrol, waktu setting untuk kondisi saat suplai daya utama hilang dan selanjutnya memberi waktu tunda ± 5 detik, kemudian barn melakukan starting Genset. Ini disebabkan karena unit kontrol harus benar-benar memonitor suplai tersebut apakah benarbenar hilang atau akan muncul lagi setelah beberapa detik. Hal ini juga mengantisipasi terhadap sinyal-sinyal yang mungkin terjadi dalam waktu yang singkat sehingga tidak akan mempengarnhi unit kontrol. Setting waktu 5 detik ini diambil berdasarkan setting waktu recloser (penutup balik otomatis) yang diatur oleh PLN terhadap jaringan listriknya. .

Pengujian Starting Genset Pengujian starting genset secara otomatis dilakukan untuk mengetahui waktu starting penyalaan genset dan respon kontak relay (K5). Percobaan dilakukan tiap-tiap pulsa starting dimana . ada tiga kali pulsa starting. Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 4 berikut :

SETTING WAKTU 5 detik 5 detik 5 detik

WAKTU RESPON

WAKTU RESPON ..J ..J ..J ..J ..J ..J

KET. starting de1ai starting de1ai starting de1ai

Waktu yang bisa dilakukan batere untuk penyalaan :

oleh

KET.

..J ..J ..J

Kapasitas arus batere

1004H = --

= 0,14

Jam

arus starting 7084 x 3600 = 504 detik

Starting (penyalaan) Genset yang dilakukan adalah 3 detik per pulsa starting. Seperti yang kita ketahui bahwa penyalaan Genset waktunya adalah antara 3 - 5 detik, dan bila mengalami kegagalan hanya dapat dilakukan pengulangan sampai dua kali lagi dengan total waktu starting 9 - 15 detik. Setelah itu Genset akan mengkondisikan tidak dapat distart (failure). Untuk setting waktu kita ambil asumsi terhadap genset dengan kapasitas 200 KVA[2j dengan perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut: - Daya untuk starting adalah 10% -dari daya beban penuh. Karena saat penyalaan dianggap Genset tidak berbeban dan daya yang digunakan hanya untuk menggerakan dirinya sendiri untuk memutar poros. Perhitungannya adalah : Daya starter = 10% x 200 KV A = 20 KVA x cos
SETTING WAKTU 3 detik 5 detik 3 detik 5 detik 3 detik 5 detik

= 17KW = 708 A 24 V

- Kapasitas arus batere yang digunakan adalah 100 AH, berdasarkan data dari unit betere charger.

Jadi dari sini kita ketahui bahwa waktu starting yang dapat dilakukan batere dengan kapasitas 100 AH untuk Genset dengan kapasitas 200 KW adalah 504 detik. Maka kita harus terlebih dahulu mengetahui karakteristik batere. Berikut ini adalah karakteristik batere ditinjau dari variabel tegangan, arus dan waktunya. I (AR)

100

t(dt) V (volt)

24

I(AH) Gambar 6. Karakteristik Batere dengan Variabe1 tegangan, arus dan Waktu.


33

Dari karakteristik diatas bila kita gabungkan maka arus yang dipergunakan akan mempengaruhi tegangan batere itu sendiri, sehingga diusahakan ratingnya masih memenuhi kemampuan untuk starting Genset. Untuk itu waktu setting penyalaan sangat penting untuk diperhatikan sehingga waktu start tersebut tidak melebihi batas atau kurang dari yang telah ditentukan dari spesifikasi Genset.

Pengujian Pemindahan Switch Unit Transfer ke Posisi Darurat Pada pengujian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik kontaktor yang digunakan dan diharapkan tidak mengalami masalah dalam pemindahan unit transfer. Pemindahan unit transfer bekerja setelah tegangan dan frekuensi genset telah benarbenar stabil. Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 5 sebagai berikut:

UNACCEPTABLE· SWITCH TRANSFER

GENERATOR POWER

UJIAN

1 2 3 4

KONDISI SUPLAI UTAMA

Off Off Off Off

GENERATOR POWER

Gambar 7. Sistem memberikan delay 10 detik untuk: menyesuaikan fase tegangan yang aman dalam perpindahan switch transfer. [5]. Kemudian setelah tegangan dan frekuensi keluaran genset telah stabil, kontaktor kondisi darurat bekerja terlebih dahulu dan selanjutnya melakukan interlock terhadap kontaktor kondisi normal. Interlock ini digunakan untuk menghindari paralel tegangan antara jaringan PLN dengan genset.

TEGANGAN & FREKUENSI

WAKTU SWITCH TRANSFER

Stabil

10 detik

Blm Stabil

Stabil Blm Stabil

Pemindahan switch transfer hams memperhatikan keluaran Genset apakah tegangan dan frekuensinya telah memenuhi standar yaitu 220 V dan 50 Hz. Karena Genset tidak bisa langsung dibebani, untuk itu perlu pemanasan terlebih dahulu disamping menstabilkan tegangan dan frekuensinya supaya sinkron dengan tegangan jala-jala. Untuk itu perlu adanya waktu tunda ± 10 transfer detik sebelum unit menyambungkan keluaran Genset ke beban seperti terlihat pada Gambar 7 berikut :

10 detik

-

NORMAL (K3)

DARURAT (K4)

Off Off Off Off

On Off On Off

Pengujian Pemindahan Switch -Unit Transfer kiPosisi Normal Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik kontaktor antara PLN (K3) dengan genset (K4) sehingga kita dapat menentukan setting waktu yang baik. Data pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 6 berikut:

Dari tabel 6. dapat dijelaskan bahwa pada waktu daya utama (PLN) ada kembali, switch unit transfer masih berada di posisi darurat, dalam arti beban masih menggunakan catu daya genset selama 30 detik. Delai waktu ini diberikan untuk mengantisipasi jika suplai daya utama mati kembali.

Pengujian Penghentian Genset Pengujian penghentian (stoping) genset secara otomatis dilakukan untuk mengetahui waktu yang tepat (timing) dalam penghentian genset dan respon kontak relay (K6). Data pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 7. Pada pengujian penghentian genset, seting waktu yang dibuat adalah 10 menit setelah switch unit transfer kembali ke posisi normal. Ini dimaksudkan untuk memberi waktu tunda kepada genset untuk melakukan pendinginan mesinnya setelah dibebani, sekaligus menjaga jika suplai daya utama hilang lagi sehingga

'dh a an SWlitch U m'tT rans fer k e P OSISI "N orma T a be 16 P engunan Pemm PENG UJIAN 1

2 3

34

/

UTILITY POWER

. dah an SWlitc h U mur rans fer ke POSISI T a b e IS P engujian P emm "D arura.t PENG

ACCEPTABLE SWITCH TRANSFER

KONDISI SUPLAI UTAMA On On On

KONDISI GENSET On On On

RESPON UNIT TRANSFER 30 detik 30 detik 30 detik

NORMAL (K3) On On On

DARURAT (K4) Off Off Off


dari waktu tersebut tidak perIu meIakukan penyalaan uIang tetapi hanya tinggaI menunggu waktu berdasarkan setting recloser dari PLN bekerja.

mensupIai sementara bebanbeban yang tidak boleh padam sama sekali.

TabeI 7. Penguiian Penghentian Genset PENGUJIAN STOPPING 1 2 3

KONDISI SUPLAI UTAMA On On On

SETTING WAKTU 10 menit 10 menit 10 menit

Pengujian Keseluruhan Pada tahap pengujian nu dilakukan untuk mengetahui respon sistem kontrol secara keseluruhan apakah sudah terkoordinasi dengan baik. Data pengujiannya dapat dilihat pada Tabel8 sebagai berikut: Ta be 18 P engunan

Kese lruh u

KONDISI GENSET Off Off Off

1. Joseph J. Distefano, Ill, Ph.D., et aI., 1985, Sistem Pengendalian dan Umpan Balik, Jakarta, Erlangga. 2. Daimler-Benz AG, 1985,

Operating Mercedez-Benz

KET.

421-424, StuttgartUntertuerkheim. Hendrata Suhada, 1992, Generating Set Dengan

3.

KESIMPULAN Sistem catu daya ini memiliki waktu toleransi pemadaman 18 detik. Waktu terse but diset dalam sistem untuk memonitor, menginstruksi, mengeksekusi dan menjalankan genset hingga mensuplay beban dengan

Instruction Motor OM

Motor Diesel Untuk Menghasilkan Tenaga Listrik, Jakarta, Dimensi, Vol. 171EM, Hal. 17-30. 4. http://www.siemens.comls7200 5. http://www.GENERAC.COM

an

PENGUJIAN

HASIL YANG DIDAPATKAN

Proses saat suplai utama hilang

5 detik, lalu starting genset

Proses starting genset

3 - 5 detik per pulsa starting

Proses perpindahan switch ke darurat Proses perpindahan switch ke normal Proses pendinginan & stopping genset

10 detik setelah genset running

KET.

30 detik setelah suplai utama ada 10 menit setelah switch ke normal

Dari data-data diatas dapat dijelaskan bahwa ketika terjadi pemadaman listrik dari suplai utama (PLN), sistem membutuhkan waktu sekitar 18 detik untuk mengatur catu daya darurat (genset) mengganti sup lay utama yang hilang untuk melakukan pembebanan. Waktu tersebut dapat dicapai jika dalam melakukan strarting yang pertama genset langsung menyala. Kemudian selama waktu penyalaan genset terse but sistem dapat dikembangkan dengan mengaplikasikan penggunaan UPS sebagai catu daya darurat lain jika diinginkan untuk

BERITA TEKNOLOGI

DAFTAR PUSTAKA

otomatis. Mengingat daIam sistem catu daya seting waktu sangat penting karena mempengaruhi tingkat kerugian konsumen, maka sistem ini dibuat fleksibel sehingga lebih mudah pengaturannya sesuai dengan karakteristik jenis-jenis genset yang digunakan. Meskipun pengaturannya dibuat begitu komplek dan rumit, namun sistem ini masih memiliki respon dan tingkat akurasi yang tinggi.


35

SISTEM KONTROL CATU DAYA DARURAT OTOMATIS

Recommend Documents