UNIVERSITAS INDONESIA STUDI PERANCANGAN OTOMATISASI KONTROL FREEZE DRYER DI UNIT VAKSIN BCG PT BIOFARMA

UNIVERSITAS INDONESIA

STUDI PERANCANGAN OTOMATISASI KONTROL FREEZE DRYER DI UNIT VAKSIN BCG PT BIOFARMA

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

IWAN SAPARUDIN 0405230264

FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS INDONESIA DESEMBER 2009

Universitas Indonesia

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

Nama NPM Tanda Tangan

: Iwan Saparudin : 0405230264 :

Tanggal

: 15 Desember 2009

Studi perancangan..., Iwan Saparudin, FT UI, 2009




HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh Nama NPM Program Studi Judul Skripsi

: : : : :

Iwan Saparudin 0405230264 Teknik Elektro Studi Perancangan Otomatisasi Kontrol Freeze Dryer Di Unit Vaksin BCG PT BIOFARMA

Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing

:

Ir. I Made Ardita, MT.

(

)

Penguji

:

Ir. Amien Rahardjo, MT.

(

)

Penguji

:

Budi Sudiarto, ST., MT.

(

)

Ditetapkan di : Depok Tanggal

: 29 Desember 2009



HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : NPM : Program Studi : Departemen : Fakultas : Jenis Karya :

Iwan Saparudin 0405230264 Teknik Elektro Teknik Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Nonekslusif (Non-Exclusive Royalti Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

STUDI PERANCANGAN OTOMATISASI KONTROL FREEZE DRYER DI UNIT VAKSIN BCG PT BIOFARMA

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Nonekslusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok Pada tanggal : 5 Januari 2010 Yang Menyatakan

(Iwan Saparudin)



ABSTRAK Nama : Iwan Saparudin Program Studi : Teknik Elektro Judul : Studi Perancangan Otomatisasi Kontrol Freeze Dryer Di Unit Vaksin BCG PT. BIOFARMA

Satu hal yang berkembang pesat dalam aktivitas dunia industri saat ini adalah otomatisasi suatu sistem kendali yang terpadu baik itu pada mesin atau sistem-sistem lain, dimana secara umum terdiri atas bagian pengendali otomatis, aktuator, plant, dan sensor. Tetapi di luar itu masih banyak pula industri yang menggunakan cara konvensional dalam sistemnya. Kelemahannya antara lain tidak efisien dalam waktu, energi, dan terjadinya penyimpangan-penyimpangan proses yang tidak terdeteksi akibat human error, sehingga dapat menyebabkan kegagalan produk. Pada hal ini, yang menjadi sorotan penulis adalah adanya mesin-mesin freeze dryer yang sistem kontrolnya belum terotomatisasi dan freeze dryer yang sistem kontrolnya sudah terotomatisasi di unit vaksin BCG di PT. BIO FARMA. Oleh karena itu dilakukanlah suatu studi perancangan otomatisasi kontrol freeze dryer di unit vaksin BCG ini dan melakukan suatu perbandingan sistem kontrol sebelum otomatisasi dengan sistem kontrol rancangan otomatisasi, sehingga diketahui hal-hal yang telah diperbaharui pada sistem kontrol yang lama berikut kekurangan dan kelebihannya.

Kata kunci – pengendali otomatis, aktuator, plant, sensor, freeze dryer



ABSTRACT

Name Study Program Title

: Iwan Saparudin : Teknik Elektro : Study Design Control Automation Freeze Dryer in Unit Vaccine BCG PT. BIOFARMA

One thing is growing rapidly in the activities of the industrial world today is the automation of an integrated control system either in machinery or other systems, which generally consists of the automatic controllers, actuators, plant, and sensors. But beyond that there are many industries that use the same conventional way in the system. Weaknesses include inefficient in time, energy, and the occurrence of process deviations are not detected due to human error, which can cause product failure. In this case, the authors highlighted the existence of the machines freeze dryer is not automated control system and freeze dryer control system was automated in the BCG vaccine unit at PT. BIO FARMA. Therefore, the study design dilakukanlah a freeze dryer control automation in this BCG vaccine unit and do a comparison before automation control system with control system design automation, so that the known things that have been updated on the old control system of the following shortcomings and strengths.

Keywords – Automatic Controller, actuator, plant, censor, freeze dryer



DAFTAR ISI

Hal. HALAMAN JUDUL ....................................................................................... PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................ LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................ LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ................... ABSTRAK ....................................................................................................... ABSTRACT .................................................................................................... DAFTAR ISI ................................................................................................... DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... DAFTAR TABEL ........................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................... 1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................. 1.2 Tujuan ......................................................................................................... 1.3 Perumusan Masalah .................................................................................... 1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 1.5 Metode Pembahasan .................................................................................. 1.6 Sistematika Pembahasan ...........................................................................

i ii iii iv v vi vii ix x xi 1 1 1 2 2 2 3

BAB 2 FREEZE DRYER UNIT VAKSIN BCG ......................................... 2.1 Umum ........................................................................................................ 2.1.1 Syarat Fase Proses ............................................................................ 2.1.2 P & I Diagram .................................................................................. 2.1.3 Kendala Operasi ............................................................................... 2.2 Algoritma ................................................................................................... 2.3 Sistem Controlling ..................................................................................... 2.3.1 Pengendali Temperatur ..................................................................... 2.3.2 Sensor ............................................................................................... 2.4 Monitoring dan Recording Data ............................................................... 2.4.1 Monitoring Temperatur .................................................................... 2.4.2 Monitoring Vakum dalam Chamber ................................................. 2.4.3 Recording Data .................................................................................

4 4 5 6 8 8 12 14 15 16 16 17 17

BAB 3 RANCANGAN OTOMATISASI ...................................................... 3.1 Rancangan Sistem ..................................................................................... 3.1.1 Deskripsi Sistem .............................................................................. 3.1.2 Control Panel ................................................................................... 3.2 Rancangan Operasi .................................................................................... 3.2.1 Operasi Umum................................................................................ 3.2.2 Sekuens Operasi ............................................................................. 3.2.2.1 Normal ................................................................................... 3.2.2.2 Alarm ..................................................................................... 3.3.3 Timing Chart Output Control ......................................................... 3.3 Rancangan Kontrol ....................................................................................

20 20 21 22 24 25 26 26 29 32 33



3.4 Rancangan Monitoring .............................................................................. 3.4.1 Monitoring Temperatur .................................................................. 3.4.2 Monitoring Vakum ......................................................................... 3.4.3 Recording Data ...............................................................................

44 44 46 46

BAB 4 EVALUASI DAN PEMBAHASAN .................................................. 4.2 Freeze Dryer Sistem Lama ...................................................................... 4.3 Freeze Dryer Rancangan Otomatisasi ....................................................... 4.3 Perbandingan .............................................................................................

51 51 52 53

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 5.2 Saran ..........................................................................................................

56 56 57

DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................

xii



DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Freeze Dryer Virtis .......................................................................

4

Gambar 2.2 (a) Freeze Dryer P & ID 1/2 ........................................................

6

Gambar 2.2 (b) Freeze Dryer P & ID 2/2 ........................................................

7

Gambar 2.3 (a) Flow Chart Operasi Sistem .....................................................

8

Gambar 2.3 (b) Flow Chart Operasi Sistem .....................................................

9

Gambar 2.3 (c) Flow Chart Operasi Sistem .....................................................

10

Gambar 2.3 (d) Flow Chart Operasi Sistem .....................................................

11

Gambar 2.4 Blok Pengontrolan Sistem ............................................................

12

Gambar 2.5 Tampak depan Control Panel Freeze Dryer ................................

14

Gambar 2.6 Terminal measuring input ............................................................

18

Gambar 2.7 Hasil printout recorder pada kertas grafik ..................................

18

Gambar 2.8 Wiring Input Sensor Recorder ......................................................

19

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem....................................................................

20

Gambar 3.2 Control Panel Rancangan Otomatisasi ........................................

22

Gambar 3.3 Flow Chart Operasi Otomatis .......................................................

25

Gambar 3.4 Timing Chart Output Control .......................................................

32

Gambar 3.5 (a) Rangkaian Kontrol ..................................................................

38

Gambar 3.5 (b) Rangkaian Kontrol ..................................................................

39

Gambar 3.5 (c) Rangkaian Kontrol ..................................................................

40

Gambar 3.5 (d) Rangkaian Kontrol ..................................................................

41

Gambar 3.6 (a) Wiring TIC & TerminalRemote Recorder ...............................

42

Gambar 3.6 (b) Wiring Terminal TimerEksternal ............................................

43

Gambar 3.7 (a) Wiring Input Measuring Recorder (otomatis).........................

47

Gambar 3.7 (b) Wiring Input Measuring Recorder (otomatis) ........................

48

Gambar 3.8 Deskripsil printout recorder .........................................................

49



DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Sensor ......................................................................................

15

Tabel 3.1 (a) Input PLC ....................................................................................

34

Tabel 3.1 (b) Input PLC....................................................................................

35

Tabel 3.2 (a) Output .........................................................................................

36

Tabel 3.2 (b) Output PLC .................................................................................

37

Tabel 3.3 Setting Recorder ...............................................................................

45

Tabel 4.1 Perbandingan Sistem Lama & Rancangan Otomatisasi ................... 53-55



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran PLC Ladder Program Lampiran Setting Temperature Controller Lampiran Setting Recorder



BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Mesin freeze dryer Virtis merupakan mesin pemroses dalam salah satu tahapan pembuatan vaksin BCG yang memiliki waktu kerja mesin mencapai kurang lebih 24 jam dalam satu kali proses produksi. Operasi mesin ini lebih banyak mengandalkan bantuan tenaga manusia (operator), di mana operator menghitung waktu melalui stop watch selama proses produksi dan melanjutkan setiap tahap proses secara manual, sehingga peluang terjadinya penyimpangan proses yang berpengaruh pada hasil produk akibat faktor human error sangat mungkin terjadi. Otomatisasi pada sistem kontrol mesin seperti ini sangat diperlukan, karena frekuensi kerja dari mesin freeze dryer yang tinggi dan menuntut hasil produk yang baik. Dengan freeze dryer yang telah terotomatisasi diharapkan kegagalan produk akibat faktor human error dapat diminimalisasi dan kekurangan-kekurangan pada sistem kontrol lama dapat dihilangkan.

1.2 Tujuan Pengerjaan skripsi ini bertujuan : 1.

Melakukan suatu perancangan otomatisasi kontrol pada freeze dryer di unit vaksin BCG PT BIOFARMA.

2.

Membandingkan sistem kontrol sebelum otomatisasi dengan sistem kontrol rancangan otomatisasi, sehingga diketahui hal-hal yang telah diperbaharui pada sistem kontrol yang lama berikut kekurangan dan kelebihannya.



1.3 Perumusan Masalah Setelah melihat latar belakang di atas, perlu dirumuskan beberapa hal agar tujuan pembuatan tugas akhir ini dapat dicapai sesuai dengan yang diharapkan. Perumusan masalah tersebut adalah : 1.

Bagaimana menerjemahkan sistem kontrol secara umum ke dalam suatu rancangan otomatisasi?

2.

Bagaimana menjelaskan PLC sebagai kontrol sekuens, Temperature Controller sebagai kontrol kompleks, dan Recorder sebagai kontrol supervisor pada rancangan otomatisasi?

1.4 Pembatasan Masalah Agar dalam pembahasannya tidak terlalu melebar maka diperlukan adanya pembatasan masalah. Berikut adalah pembatasan tersebut : 1.

Perancangan otomatisasi tidak mengurangi maupun menambah sensorsensor dan aktuator-aktuator yang sudah ada.

2.

Pembahasan dititikberatkan pada kombinasi dari PLC, Temperature Controller, dan Recorder yang menjadi blok pengendali otomatis sistem dimana berperan sebagai kontrol sekuens, kontrol kompleks, dan kontrol supervisor.

1.5 Metode Pembahasan Metode

pembahasan

yang

dirumuskan

untuk

mencapai

tujuan

pembahasan, penulis melakukan beberapa hal, diantaranya: a.

Studi literatur dan pemahaman sistem. Mempelajari literatur yang berkaitan dengan sistem Freeze Dryer, Sistem Kendali Otomatis, dll. Selain itu dipelajari juga pemrograman PLC, Temperature Controller, Recorder dan fungsi komponen-komponen lain.

b. Observasi lapangan Melakukan penelitian langsung di lapangan terhadap objek yang berkaitan dengan masalah yang dibahas, baik secara interview dengan user maupun melihat kerja sistem mesin secara langsung dan cara kerja tiap komponen.



c.

Evaluasi dan pembahasan Pada tahap ini, data-data yang telah dikumpulkan baik secara literatur maupun observasi di lapangan kemudian dipahami, dibandingkan dan dianalisa.

d. Penyusunan buku Pada tahap ini, data-data dan hasil evaluasi dituangkan dalam sebuah buku, sehingga didapat gambaran yang jelas tentang pokok permasalahan yang diteliti.

1.6 Sistematika Pembahasan Dalam menyajikan pembahasan ini, penulis membagi ke dalam lima bab yang merupakan pokok bahasan utama. Masing-masing bab dibagi ke dalam beberapa sub bab yang merupakan pembahasan lanjutan dari pokok bahasan utamanya. Kerangka sistem penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut : BAB 1 PENDAHULUAN; meliputi: Latar Belakang Masalah; Tujuan Pembahasan; Perumusan Masalah; Pembatasan Masalah; dan Sistematika Pembahasan. BAB 2 FREEZE DRYER UNIT VAKSIN BCG; meliputi: Umum; Algoritma; Sistem Controlling; Monitoring dan Recording Data. BAB 3 RANCANGAN OTOMATISASI FREEZE DRYER; meliputi: Rancangan Sistem; Rancangan Operasi; Rancangan Kontrol; Rancangan Monitoring. BAB 4 EVALUASI DAN PEMBAHASAN; meliputi: Freeze Dryer Sistem Lama; FreezeDryer Rancangan Otomatisasi; Perbandingan. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN; meliputi: Kesimpulan dan Saran.



BAB 2 FREEZE DRYER UNIT VAKSIN BCG

2.1

Umum Virtis Sublimator adalah mesin yang dirancang untuk menghilangkan air dan kandungan dari material-material produk di bawah kondisi-kondisi yang terkontrol. Dalam hal ini mesin digunakan dalam salah satu tahapan proses produksi vaksin BCG.

Gambar 2.1 Freeze Dryer Virtis

Secara umum Sublimator (Freeze Dryer) terdiri atas unit-unit berikut: a. Chamber, adalah ruang yang memiliki pintu berstruktur kokoh yaitu tempat dilakukannya proses freeze drying pada produk. b. Shelf, adalah rak-rak di dalam chamber yaitu tempat diletakkannya boxbox produk. Pada Sublimator terdapat 5 shelf dalam sebuah chamber. c. Condencer, merupakan jalur pendingin di dalam chamber. d. Sistem Pendingin, yaitu unit yang bertugas mendinginkan shelf dan condencer di dalam chamber. e. Sistem Pemanas, yaitu unit bertugas memanaskan shelf di dalam chamber. f. Sistem Vacuum, yaitu unit bertugas menghampakan udara di dalam chamber.



g. Vacuum Release, unit mesin bertugas memasukkan udara bersih ke dalam chamber setelah proses freeze drying selesai dilakukan. h. Sistem Defrost, yaitu unit mesin yang bertugas membersihkan condencer dan chamber dari es-es yang menempel setelah produk-produk dikeluarkan dari dalam chamber.

2.1.1

Syarat Fase Proses Operasi mesin Sublimator meliputi beberapa fase yang harus dikerjakan, antara lain: 1. Pre-freezing, adalah proses pendinginan suhu shelf (rak) di dalam chamber hingga mencapai -30° C dan dikontrol pada suhu tersebut. 2. Freezing, adalah proses pembekuan produk sehingga suhunya mencapai -30° C 3. Condencer cooling, adalah proses pendinginan condencer di dalam chamber hingga mencapai suhu -62° C 4. Evacuating, adalah proses penghampaan udara di dalam chamber, sehingga tekanan mendekati 0 millitor. 5. Heating, adalah proses pemanasan sehingga suhu produk mencapai level yang ditetapkan (level 1 = 20° C, level 2 = 30° C, level 3 = 36° C). 6. Sublimation, adalah proses pengontrolan suhu produk agar stabil pada level yang telah ditetapkan (level 1 = 20° C, level 2 = 30° C, level 3 = 36° C), dan dikontrol pada level itu selama waktu yang ditetapkan (level 1 = 4 jam, level 2 = 2 jam, level 3 = 14 jam). 7. Vacuum release, adalah proses memasukkan udara bersih dan kering ke dalam chamber mesin pada saat proses freeze drying sudah selesai, sehingga tercapai keseimbangan tekanan udara di dalam dan luar chamber untuk keperluan membuka pintu chamber. 8. Defrost, adalah proses pencairan es yang menempel pada condenser atau shelf di dalam chamber dengan cara menyemprotkan air panas.



2.1.2

P & I Diagram





2.1.3

Kendala Operasi Ada beberapa hal yang menyebabkan proses freeze drying oleh sublimator menjadi kurang optimal, di antaranya: •

Perpindahan per fase proses masih manual, karena tidak adanya sistem kontrol yang terintegrasi untuk proses secara keseluruhan

•

Kontrol pada set-point temperatur diproses secara manual

•

Tidak adanya indikator fase yang sedang berlangsung

•

Start/stop data recorder dan printout masih manual, dan tidak terdapat tanda pada recorder yang menandakan start/end fase yang telah direkam

•

Tidak terdapat sistem alarm serta Emergency sehingga agak sulit mendeteksi jika terjadi overheat pada produk (suhu produk max = 37˚C)

•

2.2

Penghitungan durasi fase sublimasi masih manual dengan stopwatch

Algoritma Berikut adalah flowchart dari operasi sistem:

Gambar 2.3 (a) Flow Chart Operasi Sistem



A

1. Masukkan box-box produk ke chamber 2. Tempatkan probe sensor pada produk 3. Tutup kembali pintu chamber

TIDAK

Suhu Produk -30˚C? YA Matikan tombol FREEZING Nyalakan tombol Condencer Cooling Set TC Condencer Cooling -62˚C

TIDAK

Suhu Condencer -50˚C? YA 1. Tutup Valve Vaccuum Release 2. Nyalakan tombol VACCUM

TIDAK

Vaccuum Chamber 70 mtorr ? YA 1. Nyalakan tombol SHELF HEATING 2. Ubah Set TC Shelf Menjadi +20˚C

Catat nilai suhu , Produk, dan

Suhu Produk +20˚C?

,

TIDAK

YA B

Gambar 2.3 (b) Flow Chart Operasi Sistem



Gambar 2.3 (c) Flow Chart Operasi Sistem



C

TIDAK

Vaccuum Chamber 2000 mTorr ? YA

1. Buka Pintu Chamber 2. Lepaskan probe sensor pada produk 3. Keluarkan box-box produk dari chamber 4. Tutup kembali pintu chamber

Stop Recording

Buka Drain Valve

1. Matikan Tombol SHELF HEAT 2. Matikan Tombol Condencer Cooling

Perlu DEFROST?

TIDAK

YA Nyalakan Tombol DEFROST

DEFROST Cukup?

TIDAK

YA

D

Matikan Tombol DEFROST

Tutup Drain Valve

Operasi lagi ? YA

TIDAK Matikan Saklar Power Sistem

Selesai

Gambar 2.3 (d) Flow Chart Operasi Sistem



2.3

Sistem Controlling Secara umum, pengontrolan sekuens sistem dilakukan secara manual melalui control buttons pada control panel dengan perantaraan perangkat rangkaian elektronik sebagai pengkondisi aksi pada sebagian aktuator. Diagram berikut menggambarkan skema pengontrolan sistem freeze dryer unit BCG:

Gambar 2.4 Blok Pengontrolan Sistem



Sekuens Pengontrolan freeze dryer yaitu: 1. Ketika button Freezing ON, maka negative control valve, hot gas bypass valve, dan desuperheat ON untuk membuka jalur pendinginan ke chamber. Compressor ON mensirkulasikan pendinginan dari sistem chiller. Shelf valve dibuka dan fluid pump ON sehingga udara dingin dipompa fluid pump masuk ke shelf di dalam chamber. Fase ini dilakukan hingga temperatur produk mencapai -30˚ C. 2. Ketika button Condencer Cooling ON, maka condencer valve dibuka sehingga udara dingin masuk ke jalur condencer di dalam chamber dan suhu condencer akan dikontrol pada suhu yang di-set pada Temperatur Controller Condencer sampai fase vaccuum release selesai (-62˚ C). 3. Ketika button Vaccuum ON, vaccuum valve dibuka dan vaccuum pump ON sehingga udara di dalam chamber divakumkan menuju idealnya 0 miliTorr. 4. Ketika button Shelf Heating ON, maka Heater ON dan fluid pump ON sehingga udara panas dipompa fluid pump masuk ke shelf di dalam chamber. Fase ini dilakukan hingga akhir fase vaccuum release dengan pengontrolan oleh Temperatur Controller Shelf. Fase Heating dilakukan dalam 3 tahap, yaitu level 1 shelf dipanaskan mencapai temperatur 20˚ C, level 2 shelf dipanaskan mencapai temperatur 30˚ C, dan level 3 shelf dipanaskan mencapai temperatur 38˚ C. 5. Ketika button Vaccuum OFF, maka vaccuum valve ditutup, vaccuum pump OFF dan vaccuum break valve dibuka sehingga udara bersih melalui filter dimasukkan ke dalam chamber dan tekanan udara di dalam chamber kembali dinormalkan menuju 2000 miliTorr. Fase ini dinamakan Vaccuum Release. 6. Ketika button Defrost ON, defrost valve dibuka untuk menyemprotkan air panas ke dalam chamber. Sehingga es-es yang terbentuk pada condencer sebagai akibat dari proses freeze drying dicairkan, supaya chamber dapat kembali digunakan.



Gambar 2.5 Tampak depan Control Panel Freeze Dryer

2.3.1

Pengendali Temperatur Pengendalian temperatur baik pada shelf maupun condencer masingmasing dilakukan oleh sebuah Temperature Controller dengan perantaraan sensor-sensor RTD, di mana yang menerima sinyal input temperatur melalui



sensor dan memberikan sinyal output kontrol ON-OFF secara otomatis sesuai dengan set-point temperatur yang ditetapkan.

2.3.2

Sensor Sensor yang digunakan pada sistem merupakan sensor suhu (RTD atau thermocouple) dan sensor vakum (thermocouple vacuum gauge). 1 sensor RTD untuk shelf, 1 sensor RTD untuk condencer, 1 sensor Thermocouple Vacuum Gauge, dan 5 sensor Thermocouple untuk produk di mana 1 sensor mewakili 4 box produk di atas 1 shelf.

Thermocouple probe Sensor type: K Instrument input range code: type K3 Input range: -200˚C – +500˚C Accuracy: ± 0,1 % Output: 4-20 mA, 2-wire (standard) 1-5V Lokasi: -Tiap 1 probe sensor ditempatkan pada 1 box produk untuk shelf produk (Total 5 Thermocouple probe) -Terminal (+) dihubungkan ke (+) channel input sensor di recorder dan dipararel ke selector switch probe. RTD probe Sensor Type: 3-wire PT100 Instrument input range code: type Pt2 Input range: -200˚C – 500˚C Accuracy: ± 0,1 % Lokasi: -1 probe sensor ditempatkan pada shelf dan 1 sensor pada condencer. -Terminal (A) dihubungkan ke (A) input sensor di Temperature contro terminal (B) dihubungkan ke (B) input sensor di Temperature controll dan terminal (b) dihubungkan ke (b) input sensor di Temperature contr Thermocouple Vaccuum Gauge Pressure Output: 4-20 mA, 2-wire (standard) 1-5V Ranges: 0 - 2 bar Accuracy: 0.5% Lokasi: -probe sensor ditempatkan di dalam chamber. -Terminal (+) dihubungkan ke (+) vaccuum gauge, dan terminal (-) dihubungkan ke (-) vaccuum gauge .

Sumber : http://www.omega.com Tabel 2.1 Data Sensor



2.4

Monitoring dan Recording Data

2.4.1

Monitoring Temperatur •

Temperatur Shelf Monitoring temperatur shelf dilakukan setiap waktu secara manual

oleh operator dengan memantau indikator Temperature Controller Shelf (TIC 1) pada control panel. Untuk syarat menuju fase Loading temperatur shelf harus mencapai 30˚ C. Batas atas temperatur shelf selama proses tidak boleh lebih dari 38,5˚ C. Jika temperatur melebihi nilai tersebut, maka TIC 1 akan mengeluarkan sinyal alarm instrument.

•

Temperatur Condencer Monitoring temperatur condencer dilakukan setiap waktu secara

manual oleh operator dengan memantau indikator Temperature Controller Condencer (TIC 2) pada control panel. Untuk syarat menuju fase Evacuation temperatur condencer harus mencapai -50˚ C. Batas bawah temperatur condencer selama proses tidak boleh kurang dari nilai -62,5˚ C.

•

Temperatur Produk Monitoring temperatur produk-produk dilakukan setiap waktu secara

manual oleh operator dengan memantau indikator Product Temperature pada control panel. Untuk syarat menuju fase Condencer Cooling temperatur produk untuk setiap probe harus mencapai -30˚ C. Batas atas temperatur produk selama proses tidak boleh lebih dari nilai 37,5˚ C. Jika temperatur produk melebihi nilai tersebut, maka produk dianggap gagal (temperatur produk ideal hasil freeze drying adalah 36˚).



2.4.2

Monitoring Vakum dalam Chamber Monitoring tekanan udara dari tekanan normal (sekitar 2000 milliTorr) hingga menjadi vaccuum (ideal 0 miliTorr) dilakukan setiap waktu secara manual oleh operator dengan memantau indikator Vaccuum Gauge pada control panel. Untuk syarat menuju proses Heating 1, vaccuum harus mencapai 70 miliTorr. Selama proses dari Heating 1 hingga akhir Sublimation 3 nilai vaccuum tidak boleh lebih besar dari 18 miliTorr.

2.4.3

Recording Data Perekaman data proses dilakukan oleh sebuah recorder secara manual, di mana sinyal masukan langsungnya berupa temperatur atau arus, dan hasil perekaman data akan dituangkan ke dalam tampilan grafik pada kertas khusus dalam berbagai satuan disertai dengan keterangan-keterangan tertentu berdasar setting parameter yang ditentukan. Perekaman hasil pengukuran direkam dengan pena atau memberi titik pada suatu kertas grafik. Sebagai tambahan terhadap perekaman, berbagai jenis informasi dapat dicetak pada kertas grafik seperti angka nilai-nilai terukur. Pada sistem Freeze Dryer ini recorder merekam hingga 5 dari 6 channel masukan dengan suatu kecepatan grafik yang tetap. Terminal measuring input digunakan untuk menghubungkan sensorsensor pengukuran. Recorderdapat digunakan untuk menugaskan tegangan DC 1-5V, thermocouple, RTD (Resistance Thermocouple Detector), dan sinyal kontak atau tegangan ON/OFF ke channel-channel untuk suatu pengukuran.



Gambar 2.6 Terminal measuring input •

Printout mencetak nilai-nilai terukur yang sekarang dari semua channel dengan mengoperasikan tombol-tombol secara manual.

•

Printout tanggal/waktu, nilai yang terukur dan status channel (nomor/tag) untuk masing-masing channel, skala channel, dan kecepatan grafik dicetak.

•

Perekaman mulai mencetak ketika perekaman dimulai, waktunya, dan kecepatan grafik dapat dicetak.

•

Perekaman data pada freeze dryer ini tidak dapat menunjukkan/memberi tanda perpindahan fase-fase dalam proses.

Gambar 2.7 Hasil printout recorder pada kertas grafik





BAB 3 RANCANGAN OTOMATISASI

3.1

Rancangan Sistem

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem



3.1.1

Deskripsi Sistem Dalam sistem ini, operasi setiap unit saling bergantung pada operasi unit-unit

yg lain (sistem berada dalam satu loop kontrol tertutup yang dipengaruhi sensorsensor). Dalam hal ini, unit-unit yang beroperasi (motor-motor, valve, heater) dapat dilihat pada gaphic board di control panel. Adapun spesifikasi dari rancangan sistem yang dibuat adalah sebagai berikut: •

PLC K200S merupakan instrumen pengendali dengan 2 buah slot input (32 pin) dan 2 output (32 pin) menjadi sequence controller utama.

•

Indicator Lamps bisa merupakan lampu-lampu indikator fase, alarm, push button, graphic board.

•

Actuators merupakan unit-unit yang beroperasi yang dikendalikan melalui kontaktor (motor-motor, valve, heater)

•

Temperature Sensors merupakan sensor jenis PT100 yang digunakan untuk melakukan pengukuran data suhu produk, shelf dan condencer.

•

Thermocouple Vaccuum Gauge merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur level tekanan udara di dalam chamber.

•

Vaccuum Gauge merupakan instrumen yang menampilkan nilai vakum dalam chamber yang diukur melalui Thermocouple Vaccuum Gauge

•

Temperature Controller merupakan instrumen sekaligus menampilkan nilai temperatur shelf/ condencer diukur melalui Temperature Sensors

•

Control

Buttons

merupakan

tombol-tombol

pengendali

yang

akan

mengoperasikan unit-unit baik secara manual atau otomatis. •

Recorder merupakan instrumen dengan maksimal 12 channel input pengukuran yang

dapat

merekam

data

pengukuran

(temperatur

dll.)

sekaligus

menampilkannya pada kertas grafik. •

External Timers merupakan instrumen pengukur waktur sublimation.



3.1.2

Control Panel



Di bawah ini akan dijelaskan mengenai komponen-komponen yang terdapat pada control panel berikut fungsinya: •

Graphic Board merupakan lampu-lampu indikator yang menandakan beroperasinya objek-objek terkontrol yang ada ketika sistem dijalankan.

•

Phase Indicators merupakan lampu-lampu indikator yang menandakan fase yang sedang dijalani dalam operasi otomatis.

•

Overheat Product merupakan lampu indikator yang menandakan terjadi alarm panas berlebih (>= 37,5˚ C).

•

Abnormal Vaccuum merupakan lampu indikator yang menandakan terjadi keabnormalan vacuum selama di dalam fase vakum.

•

Overload merupakan lampu indikator yang menandakan terjadi alarm overload pada unit-unit terkontrol (motor-motor, heater).

•

Shelf merupakan lampu indikator yang menandakan terjadi alarm temperatur shelf >= 38,5˚ C.

•

Condencer merupakan lampu indikator yang menandakan terjadi alarm temperatur condencer <= -62,5˚ C.

•

Alarm Reset berfungsi untuk mereset alarm-alarm dan TIC.

•

Buzzer, dalam hal ini akan berbunyi jika: 1. Terjadi Alarm 2. Memasuki awal fase Loading (berbunyi selama 5 detik) 3. Memasuki awal fase Unloading (berbunyi selama 5 detik)

•

Switch Power berfungsi untuk menghidupkan sumber power untuk sistem.

•

Selector Mode berfungsi untuk memilih mode operasi yang diinginkan apakah operasi otomatis atau manual

•

Tombol Cycle Start menjalankan awal proses/ phase di dalam mode operasi Automatic.

•

Tombol Cycle Stop berfungsi menghentikan proses/ phase di dalam mode operasi Automatic dan juga menjalankan phase DEFROST.

•

Tombol Test Lamps berfungsi mememeriksa apakah lampu-lampu menyala dengan baik atau tidak.

•

Tombol Emergency Stop berfungsi untuk menghentikan operasi sistem jika terjadi darurat.



•

Tombol-tombol Manual berfungsi untuk mengoperasikan unit-unit terkontrol secara independen di dalam mode operasi manual.

•

Timer 1 adalah timer eksternal yang berfungsi sebagai pewaktu fase Sublimation 1

•


•


•

TIC 1 (Temperature Controller Shelf) berfungsi sebagai pengontrol nilai temperatur shelf yang diukur melalui Shelf Temperature Sensor.

•

TIC 2 (Temperature Controller Condencer) berfungsi sebagai pengontrol nilai temperatur condencer yang diukur melalui Condencer Temperature Sensor.

•

Vaccuum Gauge berfungsi menampilkan nilai vakum dalam chamber yang diukur melalui Thermocouple Vaccuum Gauge.

•

Recorder berfungsi sebagai pengukur dan perekam data dengan 8 channel input pengukuran terpakai (temperatur shelf, temperatur produk probe 15, temperatur condencer, vaccuum chamber) merekam data pengukuran.

3.2

Rancangan Operasi Sistem yang di dibuat akan memiliki pilihan mode operasi yaitu mode operasi otomatis dan manual. Mode operasi otomatis merupakan mode operasi normal dan mode operasi manual merupakan mode operasi untuk maintenance/ repair dan Test Lamps dimana unit-unit (motor, valve, heater) dapat di\operasikan secara independen.



3.2.1

Operasi Umum

Gambar 3.3 Flow Chart Operasi Otomatis



3.2.2

Sekuens Operasi

3.2.2.1 Normal 1. Posisikan Selector Power pada posisi ON 2. Posisikan Mode Operation pada posisi AUTO, hingga lampu fase PREPARATION menyala. Dalam fase ini operator melakukan berbagai persiapan untuk operasi. 3. Jika semua telah siap, tekan tombol CYCLE START, hingga lampu fase SHELF COOLING menyala dan fase PREPARATION mati. Bersamaan dengan ini, pattern program pada TIC 1 dan TIC 2 diaktifkan. 4. Delay 3 detik kemudian Recorder dan TIC1 (Shelf) Run.

Lalu shelf

didinginkan dan dikontrol oleh TIC1 (shelf). 5. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 1 (“PROCESS START”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 6. Setelah temperatur Shelf mencapai -30˚C TIC1 memberikan sinyal input ke PLC melalui PVE1 TIC 1. Kemudian lampu fase LOADING akan menyala, dan lampu fase SHELF COOLING mati. Bersamaan ini Buzzer akan berbunyi selama 5 detik (mengingatkan operator bahwa pemasukan produk-produk ke dalam chamber harus segera dilakukan). Dalam fase ini operator akan memasukkan produk-produk ke dalam shelf di dalam chamber berikut sensor-sensornya. 7. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 8. Setelah produk-produk dimasukkan semua tutup rapat pintu chamber. Maka fase akan berpindah ke fase FREEZING, lampu fase LOADING mati. Dalam fase ini temperatur produk-produk didinginkan hingga mencapai suhu -30˚C. 9. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 10. Setelah suhu produk-produk mencapai -30˚C (probe 1 Produk = probe 3 = probe 5 < = -30˚ C) relay alarm recorder I01 dan I05 akan memberikan sinyal input ke PLC, fase akan berpindah ke fase CONDENCER



COOLING, lampu fase FREEZING mati. Dalam fase ini TIC2 Run dan temperatur CONDENCER didinginkan menuju suhu -62˚C. 11. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 12. Saat suhu Condencer mencapai -50˚C PVE1 TIC2 akan memberikan sinyal input ke PLC, lalu fase akan berpindah ke fase EVACUATION, lampu fase CONDENCER COOLING mati. Dalam phase ini udara di dalam chamber divakumkan menuju 0 millitor. 13. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 14. Saat vakum chamber mencapai 70 millitor relay alarm recorder I14 akan memberikan sinyal input ke PLC, fase akan berpindah ke fase HEATING1, lampu fase EVACUATION mati. Dalam fase ini suhu shelf mulai dipanaskan menuju 20˚C secara otomatis. Vakum udara di dalam chamber dijaga agar tidak melebihi 18 miliTorr. 15. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 16. Setelah suhu produk-produk mencapai 20˚C (probe 1 Produk = probe 3 = probe 5 < = 20˚ C) relay alarm recorder I01 dan I06 akan memberikan sinyal input ke PLC, fase akan berpindah ke fase SUBLIMATION 1, lampu fase HEATING1 mati. Suhu produk dikontrol pada level 20˚C.Bersamaan

dengan

menyalanya

lampu

fase

ini,

Timer1

(Sublimation1) RUN dengan waktu setting 4 jam. 17. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 18. Saat waktu Timer1 (sublimation 1) mencapai t yang telah di-set pada TM1,

fase

akan

berpindah

ke

fase

HEATING2,

lampu

fase

SUBLIMATION1 mati. Dalam fase ini suhu shelf mulai dipanaskan menuju 30˚C. Vakum udara di dalam chamber dijaga. 19. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik.



20. Setelah suhu produk-produk mencapai 30˚C (probe 1 = probe 3 = probe 5 < = 30˚ C) relay alarm recorder I01 dan I11 akan memberikan sinyal input ke PLC, fase akan berpindah ke fase SUBLIMATION2, lampu fase HEATING2 mati. Suhu produk dikontrol pada level 30˚C.Bersamaan dengan menyalanya lampu fase ini, Timer2 (Sublimation2) RUN dengan waktu setting 2 jam. 21. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 22. Saat waktu Timer2 (sublimation2) mencapai t yang telah di-set pada TM2, fase akan berpindah ke fase HEATING3, lampu fase SUBLIMATION2 mati. Dalam fase ini suhu shelf mulai dipanaskan menuju 38˚C. Vakum udara di dalam chamber dijaga. 23. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 24. Setelah suhu produk-produk mencapai 36˚C (probe 1 = probe 3 = probe 5 < = 36˚ C) relay alarm recorder I01 dan I12 akan memberikan sinyal input ke PLC, fase akan berpindah ke fase SUBLIMATION3, lampu fase HEATING3 mati. Suhu produk dikontrol pada level 36˚C.Bersamaan dengan menyalanya lampu fase ini, Timer3 (Sublimation3) RUN dengan waktu setting 14 jam. 25. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 26. Saat waktu Timer3 (sublimation3) habis mencapai t yang telah di-set pada TM3, fase akan berpindah ke fase VACUUM RELEASE, lampu fase SUBLIMATION3 mati. Dalam fase ini proses pemakuman udara di dalam chamber dihentikan dengan memasukan udara bersih ke dalam chamber secara perlahan. Kevakuman udara di dalam chamber didikembalikan ke kondisi normal pada ± 2000 millitor (normal). 27. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik.



28. Setelah vakum chamber mencapai 2000 millitor (normal) relay alarm recorder I13 akan memberikan sinyal input ke PLC, fase akan berpindah ke fase UNLOADING, lampu fase VACUUM RELEASE mati. Memasuki fase ini Buzzer akan bunyi dengan selama 5 detik (mengisyaratkan bahwa produk-produk harus segera dikeluarkan dari chamber). Dalam fase ini operator akan mengeluarkan produk-produk dari shelf-shelf di dalam chamber berikut sensor-sensornya. Bersamaan dengan menyalanya lampu fase ini, TIC1 dan TIC 2 RESET. 29. Printout data-data terukur dari channel 1-8 dan print Message 3 (“CYCLE END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. 30. Setelah operator mengeluarkan semua produk dari shelf-shelf di dalam chamber berikut sensor-sensornya tekan Push Button CYCLE STOP. Lampu fase UNLOADING mati dan lampu PREPARATION kembali menyala menandakan proses telah berakhir. 31. Printout Message 2 (“PROCESS END”) dilakukan oleh Recorder ke kertas grafik. Setelah printout selesai dilakukan Recorder otomatis OFF. 32. PROSES SELESAI. 33. Proses DEFROST dilakukan jika diperlukan (es-es yang terbentuk pada condencer/ di dalam chamber perlu dibersihkan). Caranya yaitu dengan cara mengubah mode ke posisi manual kemudian menekan tombol tombol Defrost, dan untuk menghentikannya tekan kembali tombol Defrost.

3.2.2.2 ALARM • Overheat Product Jika temperatur produk (probe1 / probe3 / probe5) mencapai level >= 37,5˚ C selama waktu kurang dari 30 detik maka relay alarm recorder I02/ I03/ I04 mengirim sinyal ke PLC, dan akan diaktifkan alarm level 1 dengan membunyikan buzzer selama 5 detik dan lampu Overheat product berkelipkelip. Dengan kata lain alarm masih bersifat dini dan masih dapat dilakukan penanggulangan.



Jika temperatur produk (probe1 / probe3 / probe5) mencapai level >= 37,5˚ C selama waktu 30 detik atau lebih maka relay alarm recorder I02/ I03/ I04 mengirim sinyal ke PLC, dan

akan diaktifkan alarm level 2

dengan membunyikan buzzer terus menerus dan mematikan operasi sistem, lampu overheat product akan menyala. Untuk mematikan buzzer tekan Alarm Reset. • Overheat Shelf Jika temperatur shelf mencapai level

>= 38,5˚ C maka alarm

instrument TIC1 mengirim sinyal ke PLC, dan akan membunyikan buzzer terus menerus dan mematikan operasi sistem, lampu overheat shelf akan menyala. Untuk mematikan buzzer tekan Alarm Reset. • Condencer Jika temperatur condencer mencapai level <= -62,5˚ C maka alarm instrument TIC2 mengirim sinyal ke PLC, dan akan membunyikan buzzer terus menerus dan mematikan operasi sistem, lampu alarm condencer akan menyala. Untuk mematikan buzzer tekan Alarm Reset. • Abnormal Vaccuum Jika vakum chamber mencapai level >= 18 miliTorr selama waktu kurang dari 1,5 menit maka relay alarm recorder I15 mengirim sinyal ke PLC, dan akan diaktifkan alarm level 1 dengan membunyikan buzzer selama 5 detik dan lampu abnormal vaccuum akan berkelip-kelip. Jika vakum chamber mencapai level >= 18 miliTorr selama waktu 1,5 menit atau lebih maka relay alarm recorder I15 mengirim sinyal ke PLC, dan

akan diaktifkan alarm level 2 dengan membunyikan buzzer terus

menerus dan mematikan operasi sistem lampu abnormal vaccuum akan menyala. Untuk mematikan buzzer tekan Alarm Reset.



• Overload Jika terjadi overload pada salah satu dari Compressor/ Heater/ Vaccuum Pump/ Fluid Pump maka TOLR1 (Compressor)/ TOLR2 (Vaccuum Pump)/ TOLR3 (Fluid Pump)/ TOLR 4 (Heater) akan mengeluarkan sinyal ON ke input PLC, lampu overload akan menyala dan akan membunyikan buzzer terus menerus dan mematikan operasi sistem. Untuk mematikan buzzer tekan Alarm Reset. • Emergency Jika terjadi kondisi darurat dapat ditekan tombol emergency, sehingga lampu emergency menyala akan membunyikan buzzer terus menerus dan mematikan operasi sistem.

Untuk mereset, release kembali tombol

emergency.

3.2.3

Timing Chart Output Control Untuk mengetahui unit-unit (motor, valve, heater) mana saja yang beroperasi dalam fase-fase selama proses freeze drying, di bawah berikut akan kita lihat pada diagram timing chart output control:





3.3

Rancangan Kontrol Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa di dalam rancangan ini: •

Proses pengontrolan sekuens utama dilakukan oleh unit PLC dengan 2 buah slot input (32 pin) dan 2 output (32 pin)

•

Proses pengontrolan temperatur shelf dan condencer dilakukan oleh Temperature

Controller

(TIC)

merupakan

instrumen

sekaligus

menampilkan nilai temperatur dengan perantaraan Temperature sensor. •

Tombol-tombol kontrol merupakan tombol-tombol pengendali yang akan memberikan

sinyal-sinyal

ke

PLC

untuk

selanjutnya

dilakukan

pengkondisian sekuens operasi baik secara otomatis maupun manual. •

Pemantauan nilai vakum dilakukan melalui Thermocouple Vaccuum Gauge yang dihubungkan ke sebuah Vaccuum Gauge dan Recorder.

•

Output timer-timer eksternal memberikan sinyal-sinyal kepada PLC sebagai penghitung waktu sublimasi.

•

Perancangan otomatisasi tidak mengurangi ataupun menambah sensorsensor dan unit-unit terkontrol yang ada, kecuali penambahan relay-relay dan solid state relay.

Untuk lebih memperjelas deskripsi-deskripsi sebelumnya, selanjutnya akan ditampilkan tabel input-output PLC beserta rangkaian-rangkaian kontrolnya. Dengan demikian pembahasan akan lebih mendetail.



Tabel 3.1(a) Input PLC



Tabel 3.1(b) Input PLC



Tabel 3.2 (a) Output PLC



Tabel 3.2 (b) Output PLC















3.4

Rancangan Monitoring

3.4.1

Monitoring Temperatur •

Temperatur Shelf Monitoring temperatur shelf dilakukan setiap waktu secara otomatis

oleh Temperature Controller Shelf (TIC 1) pada control panel. Karena sebagai syarat menuju fase Loading adalah temperatur shelf harus mencapai -30˚ C. Maka PVE1 TIC1 harus di-set dengan event value 30˚ C dan level alarm L (Low Limit). Artinya jika suhu shelf yang dikontrol mencapail level <= -30˚ C, maka relay PVE1 (present value event 1) TIC1 akan ON dan memberikan sinyal bagi input PLC untuk diproses di dalam program sekuens. Karena batas atas temperatur shelf selama proses tidak boleh lebih dari 38,5˚ C. Maka instrument alarm TIC1 harus di-set dengan event value 38,5˚ C dan level alarm H (High Limit). Artinya jika suhu shelf yang dikontrol mencapail level >= 38,5˚ C, maka relay Instrument alarm TIC1 akan ON dan memberikan sinyal alarm shelf bagi input PLC untuk diproses di dalam program sekuens. •

Temperatur Condencer Monitoring temperatur condencer dilakukan setiap waktu secara

otomatis oleh Temperature Controller Condencer (TIC 2) pada control panel. Karena sebagai syarat menuju fase Evacuation temperatur condencer harus mencapai -50˚ C. Maka PVE1 TIC2 harus di-set dengan event value 50˚ C dan level alarm L (Low Limit). Artinya jika suhu shelf yang dikontrol mencapail level <= -50˚ C, maka relay PVE1 (present value event 1) TIC2 akan ON dan memberikan sinyal bagi input PLC untuk diproses di dalam program sekuens. Karena batas bawah temperatur condencer selama proses tidak boleh lebih dari -62,5˚ C. Maka instrument alarm TIC2 harus di-set dengan event value -62,5˚ C dan level alarm L (Low Limit). Artinya jika suhu shelf yang dikontrol mencapail level >= 38,5˚ C, maka relay Instrument alarm TIC2



akan ON dan memberikan sinyal alarm condencer bagi input PLC untuk diproses di dalam program sekuens. •

Temperatur Produk Monitoring temperatur produk-produk dilakukan otomatis oleh

recorder pada control panel. Karena sebagai syarat menuju fase Condencer Cooling temperatur produk untuk setiap probe harus mencapai -30˚ C, menuju fase Sublimation1 temperatur produk untuk setiap probe harus mencapai 20˚ C, menuju fase Sublimation2 temperatur produk untuk setiap probe harus mencapai 30˚ C, menuju fase Sublimation3 temperatur produk untuk setiap probe harus mencapai 36˚ C, dan batas atas temperatur produk selama proses tidak boleh lebih dari nilai 37,5˚ C (temperatur produk ideal hasil freeze drying adalah 36˚). Maka pada recorder diatur sebagai berikut: Channel Name Tag

Alarm Value

Type

Relay

1

Shelf

-

-

-

2

Probe 2

1. -30˚ C

Low Limit

I05

2.

20˚ C

High Limit

I06

3.

30˚ C

High Limit

I11

4.

36˚ C

High Limit

I12

1. Δ = 0,1˚ C

delta

I01 AND

2.

High Limit

3

4

5

Probe 1

Probe 3

Probe 5

37,5˚ C

1. Δ = 0,1˚ C

delta

2.

High Limit

37,5˚ C

1. Δ = 0,1˚ C

delta

2.

High Limit

37,5˚ C

* Referensi Delta (Δ)

I01 AND

I01 AND

6

Probe 4

-

-

-

7

Condencer

-

-

-

8

Vaccuum

1. 2000 mT

High Limit

I13

2. 70 mT

Low Limit

I14

3. 18 mT

High Limit

I15

Tabel 3.3 Setting Recorder



3.4.2

Monitoring Vakum Monitoring tekanan udara dari tekanan normal (sekitar 2000 milliTorr) hingga menjadi vaccuum (ideal 0 miliTorr) dilakukan secara otomatis oleh recorder pada control panel. Untuk syarat menuju proses Heating 1, vaccuum harus mencapai 70 miliTorr, dan syarat menuju proses Unloading vaccuum harus mencapai 2000 miliTorr. Selama proses vakum dari Heating 1 hingga akhir Sublimation 3 nilai vaccuum tidak boleh melebihi 18 miliTorr. Setting Vakum pada recorder dapat dilihat pada tabel 3.3 di atas.

3.4.3

Recording Data Perekaman data proses dilakukan oleh sebuah recorder secara otomatis, di mana sinyal masukan langsungnya berupa temperatur atau arus, dan hasil perekaman data akan dituangkan ke dalam tampilan grafik pada kertas khusus dalam berbagai satuan disertai dengan keterangan-keterangan tertentu berdasar setting parameter yang ditentukan. Perekaman hasil pengukuran direkam dengan pena atau memberi titik pada suatu kertas grafik. Sebagai tambahan terhadap perekaman, berbagai jenis informasi dapat dicetak pada kertas grafik seperti angka nilai-nilai terukur. Pada sistem Freeze Dryer ini recorder merekam hingga 5 dari 6 channel masukan dengan suatu kecepatan grafik yang tetap.

Di bawah berikut dapat dilihat wiring terminal input pengukuran recorder pada rancangan otomatisasi ini:







Gambar 3.8 Deskripsi printout recorder

Berikut adalah penjelasan dari printout grafik di gambar rancangan otomatisasi ini, pengaturan recorder sebagai berikut: •

Printout mencetak nilai-nilai terukur yang sekarang dari channel 1-8 secara otomatis.

•

Printout tanggal/waktu, nilai yang terukur dan status channel (nomor/tag) untuk masing-masing channel.

•

Perekaman mulai mencetak ketika perekaman dimulai, waktunya, dan kecepatan grafik dapat dicetak.

•

Alarm Printout, informasi alarm dicetak ketika suatu alarm terjadi atau dimatikan.

•

Δ01H2*10:05, mengindikasikan waktu awal terjadinya alarm (alarm occurs), juga tertera nomor channel dan jenis alarm.



•

∇01H2 * 10 : 09 , mengindikasikan waktu dimatikannya alarm (alarm

release), juga tertera nomor channel dan jenis alarm. •

Message Printout adalah suatu string dari lima string yang ditetapkan di depan dapat dicetak pada kertas grafik. Masing-masing pesan dapat di-set hingga 16 karakter. Jika printout message/pesan dieksekusi selagi pesan lain dicetak, pesan yang paling terbaru untuk sementara disimpan ke buffer memory di dalam suatu printout-kondisi menunggu.

•

Delta Computation (alarm delta), nilainya diperoleh dengan mengurangi nilai yang terukur dari channel lain (disebut channel referensi) dari nilai input channel yang di-set delta computation digunakan sebagai nilai yang terukur pada channel itu. Channel referensi harus ditugaskan pada suatu channel yang nomor channel-nya lebih kecil dari channel yang ditetapkan delta computation. Channel yang di-set delta computation, secara otomatis di-set pada tipe range yang sama seperti channel referensi.



BAB 4 EVALUASI DAN PEMBAHASAN

4.1

Freeze Dryer Sistem Lama PENDINGINAN / PEMANASAN SHELF •

Start/end cycle masih manual.

•

Tidak terdapat sistem alarm untuk shelf overheat.

•

Kontrol pada set-point diproses secara automatis.

PENDINGINAN CONDENCER •


•

Tidak terdapat sistem alarm untuk condencer

•

Kontrol pada set-point diproses secara otomatis.

EVACUATION •


•

Tidak terdapat sistem alarm untuk abnormal vacuum

•

Tidak terdapat proses pengontrolan set-point.

•

Loop pengontrolan tidak terintegrasi diantara unit-unit penunjang (vacuum pump, vacuum chamber valve, vacuum break valve, drain valve).

PERPINDAHAN CYCLE/PHASE •


•

Sistem pengontrol antar unit kontrol per fase tidak terintegrasi.

•

Tidak terdapat sistem kontrol untuk time process (perhitungan lamanya proses dilakukan manual)

SISTEM PENGAMAN / SAFETY •

Tidak terdapat sistem alarm dan emergency



OPERATOR •

Melakukan proses secara manual pada setiap perpindahan fase.

•

Melakukan pemantauan dan pencatatan kondisi proses secara periodik.

PEREKAMAN PROSES •

Masih dilakukan pencatatan secara manual.

•

Start/stop alat perekam data pengukuran (recorder) dilakukan manual.

•

Tidak terdapat tanda pada rekorder, yang menandakan proses start/end cycle pada setiap perpindahan fase pengontrolan.

4.2

Freeze Dryer Rancangan Otomatisasi PENDINGINAN / PEMANASAN SHELF •

Start/end cycle sudah otomatis.

•

Terdapat sistem alarm untuk shelf overheat.

•

Kontrol pada set-point diproses secara automatis.

PENDINGINAN CONDENCER •


•

Terdapat sistem alarm untuk condencer

•

Kontrol pada set-point diproses secara otomatis.

EVACUATION •


•

Terdapat sistem alarm untuk abnormal vacuum

•

Terdapat proses pengontrolan set-point.

•

Loop pengontrolan terintegrasi antara unit-unit penunjang (vacuum pump, vacuum chamber valve, vacuum break valve, drain valve).

PERPINDAHAN CYCLE/PHASE •




•

Sistem pengontrol antar unit kontrol per fase terintegrasi.

•

Terdapat sistem kontrol untuk time process (otomatis dengan timer eksternal)

SISTEM PENGAMAN / SAFETY •

Terdapat sistem alarm dan emergency

OPERATOR •

Tidak melakukan proses perpindahan fase.

•

Melakukan pemantauan dan pencatatan kondisi bila perlu.

PEREKAMAN PROSES •

Dilakukan pencatatan secara otomatis.

•

Start/stop alat perekam data pengukuran (recorder) dilakukan otomatis.

•

Terdapat tanda pada recorder, yang menandakan proses start/end pada setiap perpindahan fase pengontrolan.

4.3 Perbandingan Di bawah berikut adalah tabel perbandingan freeze Dryer sistem lama dan freeze Dryer rancangan otomatisati:

Sistem

Sistem

Freeze Dryer Lama

Rancangan Otomatisasi

•

Tidak ada

Sistem Alarm

Perekaman Data

•

Abnormal Vacuum

•

Product Over 37,5˚C

•

Buzzer & Emergency Stop

•

Shelf Overheat

•

Condencer Below 62,5˚C

•

Start/stopManual

•

Start/stop otomatis

•

1 Recorder 6 input

•

1 Recorder12 input



•

Printout hanya berupa

•

Printout date/ time/

time dan data

indikator phase/ data

pengukuran (Suhu

pengukuran ( Suhu

produk)

Produk, suhu shelf, suhu condencer, vaccuum) pada waktu Process Start/ perpindahan phase/ Process end

•

Pengamanan hanya

•

dari overheat

dilakukan untuk pengaman output unit

• Sistem Safety

Pengaman untuk product

•

Pengaman untuk unit

(motor, heater) dari

output (motor,heater) dari

overload.

overload

Tidak terdapat indikator alarm

•

Terdapat sistem alarm berupa indikator alarm message dan buzzer, sehingga jika terjadi penyimpangan suhu, setting suhu dapat disetting ulang dengan cepat



Pemantauan dan

Sistem

Sistem

Freeze Dryer Lama

Rancangan Otomatisasi

•

Pencatatan Kondisi Proses

Dilakukan terus menerus •

Dapat

oleh operator di depan

operator di ruang general,

mesin

mematau

dilakukan

mesin

oleh

cukup

sekali-kali

Pengoperasian

•

Manual

•

Otomatis

Pengkondisian

•

Sebagian besar manual

•

Terintegrasi oleh PLC.

•

Manual dengan

•

Otomatis dengan timer

Aktuator ValveValve

Penghitung waktu

Stopwatch

eksternal yang dapat di-

proses Sublimasi

START/ STOP

set •

Manual pada setiap

•

phase Proses pergantian

Dilakukan hanya pada awal dan akhir proses

•

Manual

•

Otomatis

•

Manual

•

Otomatis

•

Di atas 30 tahap

•

Di bawah 20 tahap

phase Perubahan set-point Temperatur Shelf/Condencer Tahapan Kerja

Tabel 4.1: Perbandingan Sistem Lama & Rancangan Otomatisasi



BAB 5 KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengamatan dan pembandingan, maka diambil kesimpulan :

Penggunaan unit UP550 yang dikombinasikan dengan PLC dan Recorder pada sistem kontrol freeze drying membuat pemrograman kerja suhu yang praktis dan mudah dimodifikasi sesuai keinginan user (kontrol set-point temperatur otomatis terprogram)

Pada sistem kontrol yang telah diotomatisasi, operasi mesin dapat dilakukan pada dua mode, yaitu mode operasi manual/ Maintenance repair (operasi satu komponen tidak mempengaruhi operasi komponen lain) dan mode operasi otomatis (pengoperasian satu komponen

mempengaruhi operasi

komponen lain).

Dengan adanya sistem alarm pada sistem rancangan otomatisasi penyimpangan kinerja alat dapat diketahui sedini mungkin sehingga proses penanggulangan lebih cepat

Dengan sistem rancangan otomatisasi, tugas operator dapat diperingan dengan menjadi berkurangnya langkah-langakh pengoperasian.

5.2. Saran Pengembangan Adapun hal yang perlu diperhatikan untuk pengembangan dan kesempurnaan alat ini, yaitu : 1. Supaya ditambahkannya seal pada pintu chamber sebagai pengaman bagi operator ketika proses vakum sedang dilakukan. 2. Dipakainya PID Valve untuk pengontrol suhu condencer dan shelf agar output pengontrolan suhu lebih smooth dan baik lagi. 3. Sistem kontrol freeze drying dapat menggunakan sebuah microcontroller sebagai pengganti PLC dan dapat dipantau melalui sebuah perangkat PC melalui interface cards



DAFTAR PUSTAKA

1. Warnock, Ian, Programmable Controllers Operation and Application, Prentice Hall, New York, 1985. 2. Yokogawa, Field Instrument, Yokogawa M&C Corporation, 2000. 3. Yokogawa, Model UP550 Program Controller for Single Loop-Control, Yokogawa M&C Corporation, 2000. 4. Yokogawa, Operation Guide μR20000 Recorder, Yokogawa M&C Corporation, 2006.



LAMPIRAN PLC LADDER PROGRAM



































LAMPIRAN SETTING TEMPERATURE CONTROLER



Pengendali Temperatur Deskripsi Temperature Controller UP-550 adalah alat pengendali temperatur yang dapat diprogram secara praktis, di mana merupakan suatu sistem kendali loop tertutup yang menerima satu sinyal input temperatur melalui sensor dan memberikan sinyal output kontrol secara otomatis sesuai dengan set-point temperatur yang ditetapkan atau pola grafik temperatur yang diprogram. Alat ini merupakan pengendali temperatur bersifat fleksibel berfungsi sebagai alat kontrol cerdas yang dapat dikombinasikan dengan alat pengendali lain, seperti PLC, Microcontroller, dll.

Konfigurasi Terminal UP500-20 Yokogawa Berikut akan ditampilkan mengenai konfigurasi terminal UP500-20 Yokogawa beserta penjelasannya yang ringkas.

Gambar 2.10: Tampak depan UP550 Yokogawa

Gambar 2.11: Posisi terminal tampak belakang UP



Gambar:

Gambar:

Konfigurasi terminal

Konfigurasi terminal

Kontak output UP550

kontak input UP550

Pada kontak-kontak input: DI1 (5161), DI2 (5162), DI3 (5163), DI4 (5164), DI5 (5165), DI6 (5166), DI7 (5167). Rating kontak baik tipe relai maupun transistor adalah 12 VDC 10mA. Pada mode default by factory, kontak-kontak input DI1-DI4 biasa digunakan untuk kombinasi pemilihan program pattern yang akan dijalankan, kontak input DI5 biasanya digunakan untuk start program pattern, kontak input DI6 digunakan untuk stop program pattern, kontak input DI7 digunakan untuk start program pattern. Tetapi setting tersebut bisa diubah untuk fungsi lain menurut kebutuhan user dengan mengubah registrasi no. “I relay”-nya. Pada kontak-kontak input: DO1-tipe relai (5705), DO2-tipe relai (5706), DO3-tipe relai (5889), DO4-tipe transistor (5129), DO5-tipe transistor (5130), DO6-tipe transistor (5131), DO7-tipe transistor (5132). Rating kontak baik tipe relai 240 VAC 1 A dan transistor adalah 30 VDC 1A. Pada mode default by factory, kontak-kontak input DO1-DO2 biasa digunakan untuk output event PV, kontak input DO3 biasanya digunakan untuk output alarm instrumen, kontak input DO4-DO7 digunakan untuk output event Time. Setting pada output kontak eksternal juga bisa diubah menurut kebutuhan user dengan mengubah registrasi no. “I relay”



Nomor Terminal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Nama Terminal

Simbol

NC kontak relay output kontrol NO kontak relay output kontrol Common kontak relay output kontrol Output alarm instrumen Output evet PV2 Output event PV1 Common output kontak relay Phasa catu daya Netral catu daya Grounding catu daya (+) TC, mV/V input; (A) RTD input (-) TC, mV/V input; (b) RTD input (B) RTD input (+) retransmisi output1; (+) power supply 15VDC (-) retransmisi output1; (-) power supply 15VDC (+) ret. output2; (+) curent/voltage control output-Heating (-) ret. output2; (-) curent/voltage control output-Heating Eksternal kontak relay/transistor input 2 Eksternal kontak relay/transistor input1 Common eksternal kontak input (+) auxiliary analog input (-) auxiliary analog input SDB (+) SDA (-) RDB (+) RDA (-) SG Eksternal kontak relay/transistor input 8

Keterangan

NC NO COM D03 D02 D01 COM L N G

Output kontrol tipe relai -Heating

output event tipe kontak relay

catu daya 220 VAC -UP550

input sensor pengukuran

retransmisi output1/power supply internal retransmisi output2/ output kontrol tipe current/voltage-Heating DI2 DI1 COM

pemilih program pattern

digunakan bukan pda single loop control

Komunikasi RS-485

DI8 fungsi pemilih program pattern > 16 pattern

Common eksternal kontak input 8 Output transistor Time Event 4 Output transistor Time Event 3 Output transistor Time Event 2 Output transistor Time Event 1 Common Output transistor Eksternal kontak relay/transistor input 7 Eksternal kontak relay/transistor input 6 Eksternal kontak relay/transistor input 5 Eksternal kontak relay/transistor input 4 Eksternal kontak relay/transistor input 3

(+) current/voltage pulse output (-) current/voltage pulse output NC kontak relay output kontrol NO kontak relay output kontrol Common kontak relay output kontrol

DO7 DO6 DO5 DO4 COM DI7 DI6 DI5 DI4 DI3

output event tipe kontak transistor

fungsi local mode - (default) fungsi stop program pattern - (default) fungsi start program pattern - (default) fungsi pemilih program pattern fungsi pemilih program pattern

output kontrol tipe current/voltage-Cooling NC NO COM

output kontrol tipe relay-Cooling

Tabel: Deskripsi terminal UP55



Pengaturan UP 550 Untuk

mendapatkan

pengoperasian

yang

optimal,

sebelum

mengoperasikan unit temperature controller UP550 Yokogawa, user diharuskan mengikuti prosedur-prosedur yang telah ditentukan seperti terlihat pada flow chart di bawah berikut. Untuk lebih jelasnya mengenai hal ini dapat dilihat pada lampiran UP550 Yokogawa. Nyalakan Power

Set Input PV

Bukan Controller tipe position proportional?

Set OT1 (Control Output)

Ya Inisialisasi Parameter

Set Parameter

Set Parameter Operasi

Buat Program Pattern

Selesai

Gambar 2.14 flow chart prosedur setup UP 550-20

Inisialisasi dan pengaturan parameter dilakukan pada: a. Menu UPMD • UTM/UPM: setting controller mode • IN-PV: seting input PV • OUT VALV: setting output kontrol dan mode Va



b. Menu LOOP1/2 • SP: setting set-point • ALM: setting alarm-alarm • CTL: setting fungsi kontrol c. Menu CMLP • AIN: setting komputasi input analog • RET: setting retransimisi output • TRND: setting kecenderungan deviasi d. Menu CONF • DO: registrasi kontak-kontak output (DO1-DO7) • DI: registrasi kontak-kontak input (DI1-DI7)

Pengaturan parameter operasi dilakukan pada: a. AL: setting alarm Instrumen b. PAR (Loop1): parameter operasi yang berhubungan dengan parameterparameter loop-1 c. PID (Loop1): setting parameter grup PID untuk loop-1 d. USR: setting parameter User

Pemrograman Setting parameter maupun pembuatan program pattern dapat dilakukan pada unit controller-nya secara langsung ataupun melalui software LL100/LL200 Tool Green Series. Langkah-langkah penting yang tidak bisa dilewatkan di dalam membuat sebuah program pattern antara lain: 1. Setting Program Condition • Menentukan PTMD (pattern Mode selection) • Menentukan ZONE (Zone PID selection) • Menentukan SEG.T (Segment Time Setting Method) • Menentukan TMU (Program Time Unit) • Menentukan PRHn (PV range maximum value)



• Menentukan PRLn (PV range minimum value) • Menentukan PDPn (PV decimal point position) 2. Setting Pattern Start • Menentukan SSP1 (starting target setpoint1) • Menentukan STC (start code) • Menentukan RCY (number of repition) • Menentukan RST (repetition-start segment number) • Menentukan REN (repetition-end segment number) 3. Setting Program Pattern • Tentukan jumlah segmen dalam pattern program yang akan dibuat • Tentukan target set point dalam setiap segmen program • Tentukan perubahan suhu dalam segmen tersebut berdasar waktu atau sudut • Tentukan JC (Junction Code) untuk setiap hubungan segmen • Tentukan nomor event, tipe dan nilainya, jika didalam segmen tersebut diinginkan event-event baik berupa waktu (TME) atau PV (PVE).

Gambar: Pembuatan progam pattern TIC 1 dengansoftware LL200 Tool Green Series.



Gambar: Pembuatan progam pattern TIC 1 dengan software LL200 Tool Green Series.



LAMPIRAN SETTING RECORDER















UNIVERSITAS INDONESIA STUDI PERANCANGAN OTOMATISASI KONTROL FREEZE DRYER DI UNIT VAKSIN BCG PT BIOFARMA

Recommend Documents