MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK

(1)

1

MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK

PENGGUNAAN MODUL PAC C UNTUK MENGATUR PUTARAN MOTOR DC PADA ROLLER TABLE ROUGHING MILL - FINISHING MILL

Dinas Perawatan Listrik Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) Pasurono¹, Karnoto²

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, SH Tembalang, Semarang

Abstrak: Pada divisi Hot Strip Mill (HSM), terdapat lima proses penting dalam pembuatan baja lembaran panas yaitu

reheating furnace, sizing press, roughing mill, finishing mill, dan down coiler. Tentu saja selama proses ini berlangsung, peran penting dari roller table sangatlah besar yaitu berfungsi untuk membawa baja panas dari satu stand ke stand yang lain selama proses produksi. Dalam proses transfer bar ini roller table digerakan oleh motor DC dengan ukuran yang berbeda-beda antara satu stand dengan stand yang lain. Laporan Kerja Praktek ini membahas mengenai pengaturan putaran motor DC yang terdapat diantara proses roughing mill sampai finishing mill menggunakan Modul PAC C (Programmable Automation Controller) di Dinas Perawatan Listrik Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) PT. Krakatau Steel Cilegon.

Kata kunci : modul PAC C, roller table, motor DC PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri manufaktur yang menjalankan proses pengecoran baja.

Pada Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) terdiri dari beberapa stand proses, diantaranya adalah stand roughing mill dan finishing mill. Selama proses produksi, peran dari roller table adalah untuk membawa baja panas dari satu stand ke stand yang lain dan untuk menggerakan roller table ini digunakanlah suatu motor dc.

I. TUJUAN

Makalah kerja praktek ini bertujuan untuk mengetahui prinsip pengaturan putaran motor DC menggunakan modul PAC C secara umum pada Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) PT. Krakatau Steel Cilegon.

II. BATASAN MASALAH

Laporan kerja praktek ini membahas tentang penggunaan Modul PAC C untuk pengaturan putaran motor DC khususnya pada roller table antara proses Roughing Mill sampai Finishing Mill di Divisi Hot Strip Mill (HSM) PT. Krakatau Steel Cilegon.

III. DASAR TEORI

Unit Produksi PT. Krakatau Steel

PT. Krakatau Steel, Cilegon sebagai pabrik baja terpadu memiliki unit-unit yang saling mendukung dan terintegrasi, yang kesemua dari proses produksi baja tersebut saling berkaitan dari divisi/pabrik yang satu dengan yang lainnya. Pembagian divisi /pabrik pada PT. Krakatau Steel, meliputi :

1. Pabrik Besi Spons (Direct Reduction Plant / DRP)

2. Pabrik Billet Baja (Billet Steel Plant / BSP) 3. Pabrik Baja Slab (Slab Steel Plant / SSP) 4. Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill /

HSM)

5. Pabrik Baja Batang Kawat ( Wire Rod Mill / WRM )

6. Pabrik Baja Lembaran Dingin (Cold Rolling Mill / CRM)

Alur produksi dari proses produksi baja pada PT. Krakatau Steel dapat dilihat pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 1 Alur produksi baja di PT. Krakatau Steel

Hot Strip Mill (HSM)

Pada Divisi HSM, untuk menghasilkan produk-produknya digunakan bahan baku berupa baja slab dengan ukuran penampang tebal 180-230 mm, lebar 600-2080 mm dan panjang maksimal 12.000 mm. Serta deberat maksimal hingga 30 ton.

Proses utama produksi slab menjadi baja lembaran panas dibagi menjadi 5 tahap, yaitu 1) Tahap Reheating Furnace (pemanasan) 2) Sizing Press

3) Roughing Mill 4) Finishing Mill

¹Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip ²Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip

(2)

2

5) Down Coiler

Motor DC Prinsip Kerja

Pada motor DC terdapat dua elemen utama yaitu rotor (armature/jangkar) dan stator (field/medan). Tegangan DC dialirkan ke kumparan jangkar melalui sikat karbon yang menempel pada komutator. Pada saat tegangan dialirkan ke kumparan medan di stator dengan kutub utara dan selatan buatan (elektromagnet) akan dihasilkan medan magnet statis. Adapun susunan komponen utama motor DC dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini.

Gambar 2 Komponen utama motor DC

Motor DC berputar sebagai akibat adanya gaya Lorentz. Adapun arah gaya didasarkan pada kaidah tangan kanan Lorentz dimana arah gaya dipengaruhi oleh arah medan magnet dan arah arus pergerakan elektron.

Konstruksi

Motor DC terdiri dari beberapa komponen diantaranya Armatur, Stator, Commutator, Brushes, Shaft, Bearing, Fan, End Bracket, dan Frame yang tersusun seperti gambar 4 berikut.

Gambar 3 Konstruksi Motor DC

Kecepatan Putar Motor DC

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan armatur ditunjukkan dalam persamaan berikut: Gaya elektromagnetik : _{E = K} n Torque : T = K Ia Kecepatan : Dimana : E = Gaya elektromagnetik = Flux medan n = Kecepatan (rpm) T = Torque elektromagnetik Ia = Arus armatur K = Konstanta

Operasi 4 Kuadran pada Sistem Drive

Jika tegangan motor diturunkan secara tiba-tiba maka akan timbul torsi negatif yang disebabkan oleh inersia yang terhubung ke beban. Motor bekerja seperti halnya generator yang mengubah energi gerak rotor menjadi energi listrik yang dikembalikan ke drive. Pengereman terjadi pada kuadran II dan IV.

Gambar 4 Operasi 4 kuadran

Pengendali PID

Di dalam suatu sistem kendali dikenal adanya beberapa macam aksi kendali, diantaranya yaitu aksi kendali proporsional, aksi kendali integral dan aksi kendali derivatif. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan tertentu.

Gambar 5 Jenis respon keluaran

Setiap jenis memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, hal ini terlihat pada tabel 1 di bawah ini.

(3)

3

Tabel 1 Respon kendali PID terhadap perubahan

konstanta Closed- Loop Response Rise Time Over Shoot Settling Time SS Error

Kp Decrease Increase Small

change Decrease Ki Decrease Increase Increase Eliminate

Kd Small

change Decrease Decrease

Small change

Parameter-parameter tersebut tidak bersifat independent sehingga pada saat salah satu nilai konstantanya diubah, maka mungkin sistem tidak akan bereaksi seperti yang diinginkan. Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing kendali PID dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi kendali proposional, integral, dan derivatif (kendali PID).

IV. ROLLER TABLE DAN PENGGUNAAN MOTOR

Roller table merupakan kumpulan dari beberapa motor yang disusun secara paralel yang berfungsi untuk proses transfer bar yaitu mengantarkan strip baja dari stand satu ke stand lainnya. Roller table yang berada diantara Roughing Mill sampai Finishing terdiri dari 5 group yang berbeda yang terdiri dari :

a) Group 1 sebanyak 24 buah memiliki tipe : 39 kW, 176 rpm

b) Group 2 sebanyak 15 buah memiliki tipe : 19 kW, 265 rpm

c) Group 3 sebanyak 20 buah memiliki tipe : 12 kW, 265 rpm

d) Group 4 sebanyak 32 buah Memiliki tipe : 8,2 kW, 265 rpm

e) Group 5 sebanyak 32 buah memiliki tipe : 8,2 kW, 265 rpm

V. MODUL PAC C

Modul PAC (Programmable Automation Controller) adalah sebuah modul pengontrol terprogram yang bekerja close loop yang terdiri dari enam buah modul dengan fungsi yang berbeda dan saling berhubungan.

Gambar 6 Modul PAC C

Prinsip Kerja Modul PAC C

Modul ini bekerja close loop yang terdiri dari dua loop yaitu Speed Loop dan Current Loop. Kedua loop ini berfungsi untuk mengontrol putarn motor DC agar sesuai dengan set point atau referensi.

Gambar 7 Diagram blok modul PAC C

Speed Controller menerima masukan speed reference dan menghasilkan current reference sebagai masukan Current Controller. Plant (motor DC) akan berputar sesuai dengan keluaran Current Controller. Apabila terdapat error pada plant (kecepatan tidak sesuai dengan referensi) maka plant akan memberikan umpan balik yang akan diolah oleh transducer sebgai masukan dari Speed Controller sdan Current Controller.

Bagian-Bagian Modul PAC C

Modul PAC C yang digunakan terdiri dari enam buah modul yang masing masing memiliki fungsi yang berbeda-beda. Enam buah modul tersebut diantaranya adalah:

Modul A1 (Power Supply)

Berfungsi sebagai pemberi supply tegangan pada kelima modul lainnya pada Modul PAC C.

Modul A2 (Current Control)

Berfungsi sebagai pengontrol arus untuk torsi motor yang bernilai positif.

Modul A3 (Current Control)

Seperti halnya modul A2, modul ini berungsi sebagai pengontrol arus, namun dengan arah torsi yang berlawanan dengan arah torsi yang dikontrol oleh modul A2.

Modul A4 (Speed Control)

Berfungsi sebagai pengontrol kecepatan motor agar sesuai dengan kecepatan referensi (set point).

Modul A5 (Control Logic)

Berfungsi sebagai pengatur sinyal gate yang digunakan sebagai input thyristor pada rectifier armature. Modul A5 bekerja berdasarkan current control dan speed control yang menghasilkan sudut picu thyristor.

Modul A6 (Proteksi)

Untuk melindungi sistem diperlukan mekanisme proteksi yang berada pada modul A6.

Speed Transdu cer Speed Controle r Current Transdu cer Current Controll er Plant Current Reference Current Loop Speed Loop Current

(4)

4

VI. ARMATURE RECTIFIER

Pada driver ini digunakan penyearah 3 fasa gelombang penuh terkontrol yang menggunakan 12 buah thyristor seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 8 Penyearah 3 fasa gelombang penuh terkontrol

Pada penyearah armature digunakan 2 group thyristor yang bekerja secara bergantian. Group I berfungsi untuk penyearah mode Motoring Bridge dimana motor akan berputar sesuai dengan set point. Sedangkan pada thyristor group II berfungsi sebagai Regen Bridge yaitu fungsi regenerative untuk memutar motor pada arah sebaliknya.

VII. FIELD RECTIFIER

Untuk penyearah medan, digunakan penyearah tak terkontrol menggunakan empat buah dioda sebagai berikut :

i₄ v_L N v₁ v₂ i_S i₁ LOAD i₂ i₃ i_L D₂ D₃ D₁ D₄

Gambar 9 penyearah 1 fasa gelombang penuh tak terkontrol

Pada field rectifier hanya digunakan 1 fasa dari tegangan jala-jala. Hal ini dimaksudkan untuk lebih menghemat penggunaan komponen elektronika rangkaian simoreg. Penyearah ini tak terkontrol, karena pengontrolan dilakukan pada penyearah armature agar respon pengontrolan dapat lebih cepat.

VIII. HASIL SIMULASI

Ramp Fuction

Fungsi ramp dalam modul PAC C dapat diatur Ramp Up dan Ramp Down secara manual dengan memutar resistor variabel. Simulasi perubahan fungsi ramp dapat divariasikan sebagai berikut :

Ramp Up minimum – Ramp Down minimum

Ket. 1 = Nilai aktual sebelum Ramp Up 2 = Nilai aktual setelah Ramp Up 3 = Nilai aktual sebelum Ramp Down 4 = Nilai aktual setelah Ramp Down

Gambar 10 Respon Ramp Up minimum – Ramp Down minimum

Meskipun nilai resistansi Ramp Up dan Ramp Down diminimalkan, namun respon putaran motor tidak tegak lurus seperti terlihat pada gambar di atas. Hal ini karena motor dijaga agar tidak terjadi over current karena perubahan arah putar yang mendadak. Meski demikian, respon arah putar dari clockwise menuju counterclockwise maupun sebaliknya cukup cepat, hal ini karena kecilnya resistansi Ramp Up dan Ramp Down.

Ramp Up minimum – Ramp Down maksimum

Gambar 11 Respon Ramp Up minimum – Ramp Down maksimum

Pada variasi ke dua, resistansi Ramp Down diperbesar hingga mendekati maksimum sehingga respon putaran motor terlihat seperti gambar di atas. Pada saat grafik naik, saat motor berubah arah dari counterclockwise menuju clockwise terjadi sangat cepat (grafik hampir tegak lurus) namun ketika arah putar diubah menjadi counterclockwise kembali, respon menjadi lebih lambat (grafik miring) yang disebabkan karena resistansi Ramp Down yang besar.

0 V -V t 0 V -V t

(5)

5

Ramp Up maksimum – Ramp Down

minimum

Gambar 12 Respon Ramp Up minimum – Ramp Down minimum

Sebaliknya apabila Resistansi Ramp Up diperbesar hingga mendekati maksimum, sedang resistansi Ramp Down diminimalkan maka respon putaran motor akan terlihat seperti Gambar diatas.

Ramp Up maksimum – Ramp Down maksimum

Ket. 1 = Nilai aktual sebelum Ramp Up

2 = Nilai aktual setelah Ramp Up 3 = Nilai aktual sebelum Ramp Down 4 = Nilai aktual setelah Ramp Down

Gambar 13 Respon Ramp Up maksimum – Ramp Down maksimum

Pada variasi ini resistansi Ramp Up dan Ramp Down diperbesar hingga mendekati maksimum, maka respon perubahan arah putar motor dc akan terlihat seperti Gambar diatas. Apabila suatu sistem dibuat seperti respon tersebut, maka setiap kali terjadi perubahan arah putar motor, maka akan berlangsung lambat.

PI Controller

Respon perubahan putaran motor ditentukan pula oleh besarnya konstanta P Controller (Kp) dan besarnya I Controller (Tn). Besarnya Kp dan Tn dapat divariasikan sehingga menghasilkan respon putaran motort DC sebagai berikut :

Kp Minimum – Tn Minimum

Gambar 14 Respon putaran dengan Kp Minimum – Tn Minimum

Dengan meminimalkan nilai konstanta Kp dan Tn maka respon putaran motor akan tampak seperti Gambar diatas. Grafik kecepatan aktual dengan kecepatan referensi memiliki perbedaan dimana pada grafik kecepatan aktual terjadi osilasi akibat nilai Tn yang terlalu rendah. Selain itu grafik kecepatan aktual memiliki respon yang lebih lambat mencapai kecepatan referensi, hal ini disebabkan karena konstanta Kp yang terlalu rendah.

Kondisi seperti ini dapat mengakibatkan kerusakan pada motor DC apabila sering dioperasikan dengan respon seperti gambar di atas. Oleh karena itu untuk memperbaikinya perlu adanya perubahan terhadap besarnya konstanta Kp dan Tn.

Kp Minimum – Tn Maksimum

Gambar 15 Respon putaran dengan Kp Minimum – Tn Maksimum

Dengan meminimalkan nilai konstanta

Kp dan memaksimalkan nilai konstanta Tn

maka respon putaran motor akan tampak

seperti gambar diatas. Grafik kecepatan aktual

dengan kecepatan referensi memiliki perbedaan

dimana pada grafik kecepatan aktual memiliki

respon yang lambat untuk mencapai kecepatan

referensi, hal ini disebabkan karena nilai

konstanta Kp yang kecil, sedangkan osilasi

yang terjadi hanya sedikit karena nilai

konstanta Tn yang besar.

0 V -V t 0 V -V t 0 V -V t 0 V -V t

(6)

6 Kp Maksimum – Tn Minimum

Gambar 16 Respon putaran dengan Kp

Maksimum –

Tn Minimum

Dengan memaksimalkan nilai konstanta Kp dan meminimalkan nilai konstanta Tn maka respon putaran motor akan tampak seperti Gambar diatas. Grafik kecepatan aktual dengan kecepatan referensi memiliki sedikit perbedaan dimana pada grafik kecepatan aktual terjadi osilasi hal ini disebabkan karena nilai konstanta Tn yang kecil, selain itu tampak bahwa grafik kecepatan aktual memiliki respon yang cepat untuk mencapai kecepatan referensi, hal ini disebabkan karena nilai konstanta Kp yang besar.

Kp Maksimum – Tn Maksimum

Gambar 17 Respon putaran dengan Kp Maksimum – Tn Maksimum

Dengan memaksimalkan nilai konstanta Kp dan Tn maka respon putaran motor akan tampak seperti gambar diatas. Selain itu grafik kecepatan aktual memiliki respon yang cepat untuk mencapai kecepatan referensi, hal ini disebabkan karena nilai konstanta Kp yang besar. Grafik kecepatan aktual dengan kecepatan referensi hamper sama, hal ini merupakan hasil paling optimal diantara variasi konstanta yang lain.

Beberapa grafik di atas adalah hasil dari perubahan konstanta Kp dan Tn dimana variasinya didasarkan pada mekanisme trial and error yang didapatkan hasil paling optimal pengaturan konstanta pada Modul PAC seperti gambar 19 di atas.

IX. PENUTUP Kesimpulan

Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa :

1. Roller table merupakan kumpulan beberapa motor yang disusun secara parallel yang berfungsi untuk proses transfer bar yaitu mengantarkan strip baja dari stand satu ke stand lainnya.

2. Pada modul PAC C terdapat 6 buah modul yaitu modul A1 (power supply), modul A2 dan A3 (current control), modul A4 (speed control), modul A5 (logic control), dan modul A6 (proteksi). Modul PAC C ini juga dirangkai dengan rectifier dan kontrol drive berupa simoreg.

3. Optimalnya respon putaran motor DC menggunakan modul PAC C tergantung pada besarnya konstanta Kp dan Tn, serta

besarnya resistansi ramp up dan ramp

downnya.

4.

Untuk merancang suatu kendali PID,

biasanya dipergunakan metode trial &

error

sehingga

perancang

harus

mencoba kombinasi pengatur beserta

konstantanya untuk mendapatkan hasil

terbaik yang paling sederhana.

Saran

Beberapa hal yang dapat diperhatikan diantaranya adalah :

1. Penggunaan motor DC sebaiknya memperhatikan kondisi lingkungan, mengingat bahwa motor DC harus bekerja dalam kondisi yang bersih, untuk menghemat biaya perawatan.

2. Pemahaman tentang mesin-mesin listrik hendaknya diimbangi dengan pemahaman mengenai proses kendali/pengontrolan agar keilmuan dapat berkembang di dunia kuliah maupun perusahaan.

DAFTAR PUSTAKA [1] Frederic Frohr. “Electronic Control

Engineering Made Easy”. Siemens Aktingesellschaft 1985

[2] Theodore Wildi, “Electrical Machenes Drives and Power System”. Prentice Hall. 1989 [3] ___________, “Projection Of A Drive

System”. Siemens

[4] Zuhal. “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”.Jakarta:PT Gramedia.2000 [5] ___________, http://www.krakatausteel.com// 0 V -V t 0 V -V t

(7)

7

BIOGRAFI Pasurono (L2F006069) Dilahirkan di Kebumen,25 Agustus 1988, menempuh pendidikan di SD 1 Pagedangan, SMP 1 Kutowinangun, SMA 1 Kutowinangun, dan saat ini sedang melanjutkan studi S1 di jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang angkatan 2006 dengan konsentrasi Teknik Energi Listrik.

Mengetahui dan Mengesahkan, Pembimbing

Karnoto, ST. MT.

NIP. 196907091997021001 Tanggal : Mei 2010