SISTEM KENDALI OXYGEN CUTTING MACHINE

Makalah Seminar Kerja Praktek

SISTEM KENDALI OXYGEN CUTTING MACHINE BERBASIS PLC SIEMENS

SIMATIC 5 - 115

Muhammad Abbie Hamzah[1], Sumardi, ST, MT[2]

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jalan Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, Indonesia

muhammadabbie.hamzah@yahoo.com

Abstrak - Dalam usaha untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi yang tinggi maka perusahaan harus dapat mengefektifkan dan meningkatkan sumber daya yang dimilikinya, serta harus melakukan pengurangan biaya-biaya yang tidak diperlukan. Salah satu cara untuk meningkatkan kualitas dan efektifitas adalah menerapkan sistem otomatisasi dalam tiap proses produksi

Hal ini dapat diterapkan dengan adanya PLC (Programmable Logic Controller) yang dapat memenuhi kebutuhan –kebutuhan diatas, sehingga saat ini PLC merupakan faktor kunci dalam proses efisiensi produksi pada suatu industri yang dapat mengintegrasikan berbagai macam komponen yang berdiri sendiri menjadi suatu sistem kendali terpadu. Untuk mengubah suatu sistem yang menggunakan PLC dapat dilakukan hanya dengan mengubah program yang di load dalam PLC tersebut.

Laporan kerja praktek ini menyajikan Sistem Kendali Oxygen Cutting Machine pada pemotongan billet baja di Pabrik Billet Baja PT. Krakatau Steel Cilegon. Perusahaan ini merupakan suatu industri pembuatan billet baja yang bertaraf internasional. Oxygen Cutting Machine merupakan instrumen yang digunakan untuk memotong baja billet baja agar sesuai dengan ukuran panjang yang diinginkan konsumen. Oxygen Cutting Machine dikendalikan oleh sebuah PLC Siemens Simatic S5-115.

Kata kunci : PLC, Oxygen Cutting Machine, Baja Billet, PT. Krakatau Steel.

I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang

PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri dalam bidang pengecoran. Perusahaan ini sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun baja beton. Seiring dengan berjalannya waktu, PT. KS terus berupaya untuk meningkatkan usahanya supaya dapat memuaskan konsumen, baik dari segi kuantitas, kualitas, harga maupun pengolahan lingkungan yang terencana.

Dalam upaya peningkatan kualitas, kuantitas serta efisiensi, dibutuhkan sistem otomatisasi dalam tiap proses produksinya. Salah satunya adalah

dengan penggunaan PLC

(Programmable Logic Controller) yang

dapat mengintegrasikan berbagai macam komponen yang ada menjadi sistem kendali terpadu dan dapat mudah dilakukan renovasi ketika terjadi kerusakan tanpa mengganti semua komponen yang ada.

Salah satu penggunaan PLC dalam hal ini PLC Siemens Simatic 5-115 yang ada di PT. Krakatau Steel adalah pada sistem kendali oxygen cutting machine, yaitu sebuah instrumen yang digunakan untuk memotong baja billet sesuai panjang yang diinginkan konsumen. 1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dilaksanakannya kerja praktek di PT. Krakatau Steel adalah :

1. Mempelajari proses oxygen

cutting pada pemotongan baja

billet.

2. Mempelajari penerapan sistem kontrol di dunia industri,

khususnya PLC

(Programmable Logic

Controller).

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penyusunan laporan kerja praktek ini, penulis menjelaskan tentang sistem kendali oxygen cutting machine

pada pemotongan baja billet

menggunakan PLC Siemens Simatic 5-115.

II. Dasar Teori

2.1 Sistem Kerja oxygen cutting secara umum

Oxygen Cutting Machine

merupakan mesin yang berfungsi sebagai alat pemotong billet saat operasi

continuous casting. Alat ini merupakan perpaduan antara oksigen (O2) dengan gas alam yang bertekanan kemudian dinyalakan dengan api hingga membentuk burner cutting. Mesin ini menggunakan tuas yang dialiri oksigen dan gas alam sebagai pemotong baja

billet. Ujung dari tuas tadi, yaitu obor

(torch) menyemprotkan burner cutting

untuk pemotongan. Oksigen berfungsi sebagai penjaga api agar tidak padam, sedangkan gas alam sebagai penguat nyala api saat proses pemotongan berlangsung.

Gambar 2.1 Proses oxygen cutting

2.2 Peralatan Pendukung pada Proses Oxygen Cutting

Pada proses pemotongan baja billet menggunakan Oxygen Cutting Machine, terdapat beberapa bagian pendukung yang berperan besar dalam proses tersebut, diantaranya :

1. Terminal box machine

Di dalam Terminal box

machine ini terdapat berbagai

peralatan mekanik, instrument, dan listrik seperti:

a) Proximity switch sensor

Sensor proximity dalam proses oxygen cutting

digunakan dalam pengaturan gerak capsule oxygen cutting.

b) Valve bidireksional

Valve bidireksional

digunakan untuk

mengendalikan

preclamping dan clamping.

c) Motor DC

Motor dc ini berfungsi sebagai clutch (kopling) untuk menggerakan torch

(obor) dan mesin penggerak

oxygen cutting.

2. Measuring plat/roller

Measuring plat merupakan plat

lingkaran berdiameter ±30 cm yang terbuat dari baja dan tersambung dengan encoder

yang digunakan untuk pengukuran panjang baja billet

yang akan dipotong.

3. Terminal box measuring roller

Di dalam terminal box ini terdapat incremental encoder

yang berfungsi sebagai sensor jarak untuk mendeteksi panjang

billet. Agar tidak meleleh maka sensor ini dikopel dengan cakram berbentuk lingkaran yang bersentuhan dengan billet

baja bersuhu 800 0C. Panjang keliling cakram sama dengan satu meter panjang billet.

Gambar 2.2 Measuring Roller

2.2 Tahapan-Tahapan pada Proses Oxygen Cutting

Pada proses pemotongan baja billet

menggunakan Oxygen Cutting Machine, terdapat beberapa tahapan yang berlangsung diantaranya :

a. Measuring

Measuring merupakan proses

pengukuran baja billet

menggunakan measuring roller

encoder. Proses ini dikendalikan secara otomatis dengan menggunakan PLC dan

HMI (Human Machine

Interface) atau OPD (Operation

Panel Desk).

b. Preclamping dan Clamping

Ketika baja billet berjarak 0.5 meter sebelum batas pemotongan akan terjadi proses pendekatan penjepit baja billet

yang biasa disebut preclamping. Jarak antara penjepit dengan baja billet berkisar 2 cm.

Clamping merupakan proses

penjepitan baja billet, yang terjadi ketika baja billet sudah mencapai batas pemotongan yang ditentukan. Clamping juga merupakan proses terbawanya

capsule oxygen cutting oleh

baja billet pada saat proses pemotongan.

c. Heating

Heating merupakan proses

pemanasan pada tuas oxygen

cutting dan sebagai penentu

titik mulai pemotongan baja

billet. Proses heating

berlangsung sekitar 5 detik ketika suhu pada titik mulai pemotongan lebih besar daripada suhu dititik lain pada baja billet tersebut.

d. Cutting

Setelah penentuan titik pemotongan (heating), tahap selanjutnya adalah proses

cutting yang merupakan proses

pemotongan atau tahapan utama dari proses oxygen cutting. Torch akan bergerak memotong arah jalur datang baja billet/secara horizontal. 2.3 Instrumen Pengendali pada

Proses Oxygen Cutting

Pada proses pemotongan baja billet

menggunakan Oxygen Cutting Machine, terdapat beberapa instrument yang digunakan diantaranya :

a. Encoder

Rotary encoder adalah divais

elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi.

Rotary encoder umumnya

menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah.Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary

encoder untuk diteruskan oleh

rangkaian kendali.

b.

ProximitySensor

Proximity sensor adalah sensor untuk mendeteksi ada atau tidaknya suatu obyek. Bila obyek berada didepan sensor dan dapat terjangkau oleh sensor maka output rangkaian sensor akan berlogika “1” atau “high” yang berarti obyek “ada”. Sebaliknya jika obyek berada pada posisi yang tidak terjangkau oleh sensor maka output rangkaian sensor akan bernilai “0” atau “low” yang berarti obyek “tidak ada”.

Gambar 2.3 Proximity Sensor Balluff

c.

Digital-to-Analog Converter

(DAC)

DAC adalah perangkat untuk mengkonversi sinyal masukan dalam bentuk digital menjadi sinyal keluaran dalam bentuk analog (tegangan). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding dengan nilai digital

yang masuk ke dalam DAC. Pada proses oxygen cutting

DAC digunakan untuk mengkonversikan sinyal output yang berasal dari PLC (digital) ke sinyal analog yang digunakan untuk menggerakkan motor DC saat proses oxygen cutting.

d.

PLC Siemens Simatic 5 - 115 PLC Siemens Simatic 5 seri 115 merupakan Programmable

Logic Controller yang

menggunakan SIMATIC dalam pengoperasiannya. SIMATIC sendiri merupakan bahasa program yang digunakan dalam pembuatan program pada PLC. PLC Siemens SIMATIC 5 seri 115 terdiri dari Power Supply,

Intelligence Processor, Central

Processing Unit, System Modul

(Digital Modules dan Analog

Modules), dan Communication

Modul. PLC ini menggunakan

sumber listrik 220 Volt AC.

Gambar 2.4 PLC Siemens Simatic 5-115

e.

Driver Amplifier

Driver amplifier merupakan

perangkat elektronika yang digunakan untuk menguatkan tegangan. Disini tegangan yang dikuatkan adalah tegangan output pada PLC yang sudah dikonversi dari digital menjadi analog, yang kemudian dijadikan tegangan rotor pada motor DC.

Gambar 2.5 Digital-to-Analog Converter

dan Driver Amplifier

f.

Human Machine Interface

(HMI)

Human Machine Interface

(HMI) adalah sistem yang menghubungkan antara manusia dan mesin. HMI dapat berupa pengendali dan visualisasi status, baik dengan manual maupun melalui visualisasi komputer yang bersifat real time.

Pada proses oxygen cutting

HMI lebih bersifat sebagai

Operation Panel Desk saja

dengan tipe PCS900, yang berfungsi sebagai:

a. Mengatur gerak mesin dan

torch yang ada di plant secara

online.

b. Menentukan panjang baja

billet yang akan dipotong. c. Mengatur mode oxygen

cutting machine (manual,

semi-otomatis, otomatis).

Gambar 2.6 Tampilan HMI dengan Sistem PCS 900

IV Analisa dan Pembahasan

4.1 Motor DC sebagai Penggerak Oxygen Cutting Machine

Secara umum objek utama yang dikendalikan pada oxygen cutting

machine adalah motor DC yang

digunakan untuk menggerakkan capsule oxygen cutting dan menggerakkan torch. Beberapa komponen penting dalam pengendalian motor DC :

1. Power Supply

Pada motor DC dalam capsule oxygen cuttng machine/terminal box machine, catu daya berasal dari tegangan output PLC yang udah diubah oleh DAC sebesar 0-10 Volt DC yang dikuatkan oleh driver amplifier menjadi 0-150 Volt DC.

2. Kontroler

Dalam proses oxygen cutting

kontroler yang digunakan sebagai pusat pengendali atau otak adalah PLC Siemens SIMATIC 5 Seri 115.

3. Input Data dan Limit switch

Pada proses oxygen cutting

input data digunakan sebagai

dasar perintah yang akan dijalankan PLC. Limit switch

dalam hal ini sensor-sensor

proximity induktif berfungsi

sebagai penghenti putaran motor DC.

4. Driver Motor DC

Driver motor dc terdiri dari

relay dan transistor, yang

diperlukan dalam pengaturan arah motor (forward dan

reverse).

4.2 Sensor pada Proses Oxygen Cutting

a. Encoder

Encoder merupakan sensor

yang digunakan untuk mengukur panjang baja billet pada proses oxygen cutting. tipe

encoder yang digunakan adalah

tipe HOHNER SER 85.

Encoder akan berputar seiring dengan putaran measuring

roller yang bersentuhan

langsung dengan baja billet.

Setiap satu putaran encoder

menghasilkan 1000 pulsa sedangkan 1 pulsa sama dengan 1 mm panjang baja billet. Pulsa-pulsa tadi akan dibaca oleh IP

(Intelligence Processor) pada

PLC yang akan dikirim dan akan tampak pada HMI atau

Operation Panel Desk. Terlihat dalam spesifikasi di atas bahwa 1 pulsa sama dengan 1 mm, maka jika encoder berputar satu kali panjang baja billet yang terukur adalah 1 mm x 1000 = 1000 mm = 1 m.

4.2 Sensor Pada Capsule Oxygen Cutting

Unit kendali lain yang berperan besar dalam proses oxygen cutting adalah

limit switch, dalam hal ini proximity

sensor, yang digunakan dalam otomatisasi capsule oxygen

cutting/terminal box machine. Berikut

kegunaan sensor proximity pada capsule oxygen cutting :

1. Sensor Torch Forward

Fungsi dari proximity sensor sebagai sensor torch forward

adalah sebagai batasan gerak pada torch saat bergerak memotong baja billet. Saat

torch telah selesai memotong

maka torch akan kembali ke posisi semula. Sensor ini diletakkan antara penjepit

clamping dan torch.

2. Sensor Torch Above Roll

(Cutting Interlock)

Fungsi dari proximity sensor sebagai sensor Torch Above Roll adalah sebagai sensor untuk menutup bidireksional

valve agar torch berhenti

mengeluarkan burner cutting

(api) ketika baja billet

melewatiroll pada rolling

table. Ini dilakukan untuk

mencegah kerusakan pada

rolling table itu sendiri, yang dapat terjadi apabila api torch

mengenai rolling table. Sensor ini diletakkan pada sisi kiri

capsule oxygen

cutting/terminal box machine.

3. Sensor Home Position Machine Forward

Fu Fungsi dari proximity sensor sebagai sensor home position

machine forward adalah

sebagai batasan dari capsule oxygen cutting ketika bergerak maju. Ketika capsule oxygen

cutting melewati batas ini

maka motor yang

menggerakkan capsule oxygen cutting akan berhenti. Sensor ini diletakkan di sisi depan bagian kanan capsule oxygen cutting.

4. Sensor Home Position Machine Backward

Fungsi dari proximity sensor sebagai sensor home position

machine backward adalah

sebagai batasan dari capsule oxygen cutting ketika bergerak mundur. Sensor ini diletakkan pada sisi belakang bagian kanan pada capsule oxygen cutting.

5. Sensor Machine Backward Slow

Fungsi dari proximity sensor sebagai sensor machine

backward slow adalah untuk

memperlambat kecepatan gerak capsule oxygen cutting

yang cepat dan keras ketika bergerak mundur agar tidak membentur mesin lain dibelakangnya. Sensor ini diletakkan berdekatan dengan sensor home position machine backward.

4.3 Pengoperasian HMI atau

Operation Panel Desk

HMI atau Operation Panel Desk

pada proses oxygen cutting digunakan untuk mengendalikan oxygen cutting

machine itu sendiri. Pada Operation

Panel Desk terdapat selector switch

untuk menentukan kecepatan torch

dalam proses pemotongan baja billet, yaitu :

 Switch Torch Forward Fast

 Switch Torch Forward Slow

 Switch Torch Backward Fast

 Switch Torch Backward Slow

Sedangkan selector switch untuk menentukan kecepatan capsule oxygen cutting adalah

 Switch Machine Forward

Fast

 Switch Machine Forward

Slow

 Switch Machine Backward

Fast

 Switch Machine Backward

Slow

Gambar 4.1 Push button machine ON, machine OFF, switch machine backward

dan switch torch backward

4.3 Proses kontrol Oxygen Cutting Machine

Oxygen Cutting Machine

merupakan plant yang dikendalikan oleh PLC. Pusat kendali atau otak dari proses

oxygen cutting adalah PLC Siemens

SIMATIC 5 seri 115, dimana PLC ini mengambil peranan besar dalam penyimpanan dan pengolahan data setiap komponen lainnya. PLC Berfungsi sebagai pengendali plant. Selama prosesnya PLC melakukan operasi membaca data masukan dari perangkat luar via modul input, mengeksekusi program kontrol yang tersimpan di memori PLC dan mengupdate atau memeperbaharui data pada modul input. Proses kontrol dalam proses oxygen cutting bersifat dua arah, dimana setiap komponen dapat mengirim atau menerima data dari komponen lainnya. Program yang digunakan oxygen cutting

machine ini tersimpan dalam EPROM yang berada pada CPU PLC.

Gambar 4.1 Diagram Blok Sistem

Oxygen Cutting BIODATA Muhammad Abbie Hamzah, dilahirkan di Magelang pada 9 Oktober 1992. Jenjang pendidikan ditempuh dari SD Jurang Ombo 5 Magelang, SMP Negeri 2

Magelang, SMA Negeri 3 Magelang, dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol.