Makalah Seminar Kerja Praktek
KONTROL VALVE DENGAN PLC GE-FANUC PADA CIRCULATING WATER SYSTEM UNIT-2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS
BUMI DARAJAT, CHEVRON GEOTHERMAL INDONESIA Yoga Adi Candra[1], Sumardi, ST., MT[2].
1Mahasiswa dan 2Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 7460053, 7460055, Fax. (024) 7460055
ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) adalah pembangkit listrik yang menggunakan panas bumi (geothermal) sebagai energi penggeraknya. Keuntungan PLTP ini antara lain : bersih, dapat beroperasi pada suhu yang lebih rendah daripada PLTN, dan aman, bahkan geothermal adalah yang terbersih dibandingkan dengan nuklir, minyak bumi dan batu bara. Pada PLTP yang digunakan adalah uap panas bumi yang telah dipisahkan dari air, yang berasal langsung dari perut bumi. Karena itu PLTP biasanya dibangun di daerah pegunungan dekat gunung berapi.
Setelah menggerakan turbin, uap akan diembunkan dalam kondensor menjadi air. Circulating water system berfungsi untuk mengembunkan uap panas (steam) menjadi air untuk selanjutnya disuntikan kembali ke bumi hingga menyediakan air pendingin untuk kondensasi uap yang keluar dari turbin. Komponen utama circulating water system meliputi hotwell pump, condenser, dan valve harus dikontrol agar volume air pada condenser tetap terjaga sehingga tidak menggenangi turbin.
Kata kunci : Circulating water system, Hotwell pump, Condenser, Valve
I. PENDAHULAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia dikaruniai sumber panas bumi yang berlimpah karena banyaknya gunung berapi di Indonesia, dari pulau-pulau besar yang ada hanya pulau Kalimantan saja yang tidak mempunyai potensi panas bumi. Keuntungan dari PLTP antara lain : bersih, dapat beroperasi pada suhu yang lebih rendah daripada PLTN, dan aman, bahkan geothermal adalah yang terbersih dibandingkan dengan nuklir, minyak bumi dan batu bara. Meskipun tergolong ramah lingkungan, namun beberapa hal perlu dipertimbangkan apabila
pembangkit listrik tenaga panas bumi ingin dikembangkan sebagai pembangkit dengan skala besar. Beberapa parameter yang harus dipertimbangkan adalah kandungan uap panas dan sifat fisika dari uap panas di dalam reservoir dan penurunan tekanan yang terjadi sebagai akibat digunakannya uap panas di dalam reservoir. Apabila semua aspek tersebut dapat dipenuhi, tidak tertutup kemungkinan bahwa pembangkit ini akan diterima oleh semua pihak. PLTP juga membawa pengaruh yang kurang menguntung-kan pada lingkungan dan harus diminimalisasi, antara lain : polusi
udara, polusi air, polusi suara, dan penurunan permukaan tanah.
Untuk memperoleh energi yang terbarukan, uap panas (steam) keluaran dari turbin harus didinginkan kembali menjadi air dan disuntikan kembali ke dalam bumi. Circulating
water system merupakan proses siklus
pengembunan uap panas menjadi air di kondenser kemudian air dialirkan ke cooling tower untuk proses pendinginan, air yang sudah didinginkan akan disuntikan kembali ke bumi melalui sumur reinjeksi dan sebagian akan digunakan untuk membantu proses pendinginan komponen-komponen circulating
water system.
Dengan latar belakang inilah penulis ingin mengangkat tema tentang kontrol valve pada circulating water system unit-2 dengan PLC GE-Fanuc pada PLTP Darajat, Chevron Geothermal Indonesia.
1.2 Tujuan
1. Mengetahui dan memahami proses lapangan uap panas bumi dan proses pembangkitan listrik (power plant) pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Darajat Chevron Geothermal Indonesia (CGI).
2. Mengetahui sistem otomasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Darajat Chevron Geothermal Indonesia (CGI) khususnya pada proses circulating
water system.
1.3 Batasan Masalah
Adapun ruang lingkup dalam laporan Kerja Praktek ini adalah membahas tentang kontrol valve pada
circulating water system unit-2
Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Darajat Chevron Geothermal Indonesia.
II. DASAR TEORI
2.1 Circulating Water System
Circulating water system terdiri
dari cooling tower, hotwell pump, dan
main condenser. Circulating water
berfungsi menyediakan air pendingin untuk kondensasi uap yang keluar dari turbin, hotwell pump berfungsi memindahkan air panas dari main
condenser ke cooling tower dimana
air tersebut didinginkan melalui kontak langsung dengan udara dan mengalir kembali ke main condenser.
2.2 Butterfly Valve
Katup (valve) merupakan peralatan mekanis yang digunakan untuk mengatur aliran suatu fluida.
Valve mengontrol fluida dengan cara
dengan cara :
1. Menghentikan dan meneruskan laju fluida (0/1)
2. Memvariasikan laju fluida yang mengalir (modulated)
3. Mengontrol arah aliran fluida
Butterfly valve adalah rotary motion valve yang berfungsi untuk
mengatur debit aliran (throttling) ataupun untuk membuka dan menutup aliran fluida (on/off). Pengoperasian mudah dan cepat dari posisi tertutup ke terbuka dan begitu sebaliknya. Katup besar diaktuasi dengan bantuan
handwheels yang dihubungkan dengan stem melalui roda gigi.
Butterfly valves mempunyai
beberapa keuntungan dibandingkan dengan katup tipe gate, globe, plug,
dan ball valve, khususnya untuk aplikasi katup-katup besar seperti: 1. Penghematan ruang dan biaya 2. Biaya pemeliharaan rendah
karena bagian yang bergerak sedikit
3. Tidak ada kantong perangkap cairan
Gambar 1 Butterfly valve
Butterfly valve memiliki karakteristik aliran linear, bukaan valve berbanding lurus dengan flow
rate. Digunakan pada aplikasi dimana pressure drop pada valve cenderung
konstan seperti pada level control dan
flow control loop.
Gambar 2 Kurva karakteristik aliran valve
2.3 Hydraulic Power Unit (HPU)
Hydraulic Power Unit adalah
komponen pendorong utama dari sistem hidrolik. Sebuah sistem hidrolik menggunakan fluida tertutup
untuk mentransfer energi dari satu sumber ke sumber lain, dan kemudian membuat gerakan berputar, gerakan linier, atau gaya. Hydraulic Power
Unit didasarkan pada hukum Pascal
yang menyatakan tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Prinsip ini memungkinkan untuk menghasilkan usaha yang besar yang akan dihasilkan dari usaha yang relatif kecil.
Gaya yang diberikan oleh silinder tergantung pada lubang silinder ukuran dan tekanan pompa. (Tidak ada gaya yang dihasilkan kecuali ada perlawanan terhadap gerakan piston). Rangkaian Hydraulic
Power Unit sederhana terdiri dari motor, reservoir, hydraulic pump,
valve, 3-way directional control valve, dan single acting cylinder.
2.4 Programable Logic
Controller (PLC)
Programmable Logic
Controller (PLC) merupakan suatu
pengontrol berbasis mikroprosesor yang memanfaatkan memory yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi dan untuk mengimplementasikan fungsi-fungsi-fungsi semisal logika, pewaktuan
(timing), pencacahan (counting), dan
aritmatika guna mengontrol mesin-mesin dan proses-proses.
PLC dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sequensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang
pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yang digunakan sudah dimasukkan.
Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan
meng-ON atau meng-OFF kan
output-output. 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak.
Gambar 3 PLC
III. KONTROL VALVE PADA
CIRCULATING WATER
SYSTEM UNIT-2
3.1 Circulating Water System PLTP Darajat Unit-2
Circulating water berfungsi menyediakan air pendingin untuk kondensasi uap yang keluar dari turbin. Terdapat hotwell pump yang berfungsi memindahkan air panas dari kondenser utama ke menara pendingin dimana air tersebut didinginkan melalui kontak langsung dengan udara dan mengalir kembali ke kondenser utama. Dua buah valve pada keluaran pompa hotwell untuk menjaga ketinggian air di kondenser, dua buah valve jalur sirkulasi balik
(recirculation) untuk menjaga aliran
minimum pompa, dan satu buah valve kontrol masukan air ke kondenser untuk mengatur aliran masuk yang secara otomatis menutup jika kedua pompa hotwell trip untuk mencegah banjirnya kondenser mencapai exhaust turbin.
Gambar 4 Darajat Geothermal Power Plant
Unit-2 Circulating Water System
1 buah 84”-50A 2CW-FCV1
Condenser Inlet Flow Control butterfly valve digunakan untuk
mengatur masukan air ke kondenser, yang secara otomatis menutup jika kedua pompa hotwell trip untuk mencegah banjirnya kondenser mencapai exhaust turbin. FCV1
Condenser Inlet Flow Control Valve
tidak menggunakan kontroller PID dalam operasinya. Modulasi valve dilakukan secara manual oleh operator dengan mempertimbangkan level air di kondenser.
2 buah valve jalur sirkulasi balik yang identik 24”-150# 2CW-FCV15A & 2CW-FCV15B vanessa
valves digunakan untuk menjaga
aliran minimum hotwell pump untuk meminimalkan kerusakan pada pompa. Feedback posisi valve
LCV2A & LCV2B digunakan sebagai input bagi FCV15A & FCV15B.
2 buah 60”-75A 2CW-LCV2A & 2CW-LCV2B butterfly valves digunakan untuk menjaga ketinggian
air di kondenser. 2 buah level transmitter dipasang pada kondenser untuk memantau ketinggian kondenser, output dari transmitter tersebut merupakan variabel proses untuk condenser level controller. Selektor akan secara otomatis merata-rata ketinggian dari kedua transmitter tersebut, kecuali jika salah satunya dalam kondisi yang kurang baik (bad
input) sehingga secara otomatis memilih satu diantaranya yang baik.
LCV2A & LCV2B main
condenser level controller
menggunakan kontroller PID dalam operasinya. Gain atau proportional
band dari kontroller memiliki 2 nilai,
P01 di set untuk operasi 1 pompa dan P02 di set untuk operasi 2 pompa. Output dari kontroller dipaksa ke track 0 jika kedua hotwell pump mati.
Gain jika hanya salah satu hotwell pump running adalah 2 sedangkan gain saat kedua hotwell pump running
adalah 1.1. Nilai gain untuk level
control valve saat kedua hotwell pump running sekaligus lebih kecil
daripada hanya 1 hotwell pump yang running.
Hotwell pump berfungsi memindahkan air panas dari kondenser utama ke menara pendingin dimana air tersebut didinginkan melalui kontak langsung dengan udara dan mengalir kembali ke kondenser utama. Hotwell pump dikontrol secara manual oleh operator dari lapangan maupun remote dari HMI DCS. Satu pompa mempunyai kapasitas 50 persen, dengan tipe vertikal dan dua isapan, terhubung dengan motor penggerak 1050 kW.
Hotwell pump dikontrol dari DCS dan dihubungkan dengan tegangan 6,3 kV menggunakan soft starter SMC.
3.2 Hydraulic Power Unit PLTP Darajat Unit-2
Sistem HPU didesain untuk mengoperasikan 2 buah 60”-75A 2CW-LCV2A & 2CW-LCV2B
condenser level controoler valves, 1
buah 84”-50A 2CW-FCV1 condenser
inlet flow control valve, dan 2 buah
24”-150# FCV15A & 2CW-FCV15B recirculation valves.
Tekanan nominal sistem hidrolik untuk beroperasi sekitar 3000 psi dengan menggunakan premium grade
petroleum base hydraulic fluid.
Pompa pada Hydraulic Power Unit akan menggerakan displacement gear
pump pada kisaran 10.2 gpm pada
tekanan 3000 psi.
Pompa dirancang untuk mengoperasikan semua valve pada saat kondisi nominal buka ke tutup atau sebaliknya selama 20 detik. 2 buah akumulator dengan tipe piston 5 gallon dirancang untuk dapat mengoperasikan seluruh valve, 1 buah akumulator tipe piston 10 galon dirancang khusus untuk menutup 84” butterfly valve, dan 1 buah akumulator tipe 10 galon juga dirancang untuk menutup 60” butterfly valve (emergency accumulator).
HPU bekerja memerlukan tegangan 380 volt 50 Hz 3 fasa untuk motor pompa dan tegangan 220 volt 50 Hz 1 fasa untuk kontrol.
Gambar 5 HPU control panel
Vanesa valve 24” (FCV-15A & FCV-15B), butterfly valve 60” (LCV-2A & LCV-2B), dan butterfly valve 84” (FCV-1) seluruhnya dioperasikan membuka dengan mengatur solenoid
4-way directional valve. 2-way valve
energized sekitar 80% dari valve closing travel, membuat valve dapat menutup dengan cepat. Pada kisaran 20% dari keadaan tertutup penuh (full close), 2-way valve akan deenergized dan valve akan mentutup secara perlahan berdasarkan setting dari close flow control. Total waktu valve untuk menutup penuh berkisar selama 20 detik. Persentase posisi menutup sebagaimana kecepatan valve diatur oleh PLC menggunakan analog
position feedback signal yang dapat divariasi melalui logic program di PLC.
Gambar 6 Solenoid valve
Valve dapat dioperasikan melalui push button yang terletak pada HPU electrical panel. Valve akan terus bergerak hingga encapai posisinya atau saat STOP button ditekan.
Valve dimodulasi dengan menggunakan sinyal input 4 – 20 mA di HPU electrical panel. PLC HPU dirancang dengan 4 – 20 mA modul input analog yang akan menerima sinyal perintah dari operator dan sinyal feedback posisi valve. Logic PLC akan membandingkan sinyal set point dan feedback dan menyebabkan
4-way directional valve energized
untuk membuka atau menutup valve. Saat set point sama dengan feedback-nya directional valve deenergized dan
valve akan berhenti pada posisinya
Gambar 7 Blok diagram proses kontrol
valve
3.3 PLC (Programmable Logic Controller) HPU CW Unit-2 PLC yang digunakan adalah seri 9030 manufaktur dari General Electric Fanuc. PLC digunakan untuk mengatur sequence HPU untuk memodulasi valve pada circulating
water system unit-2.
Gambar 8 PLC GE Fanuc 9030
Programmer yang digunakan pada PLC GE Fanuc seri 9030 berbentuk software Logicmaster 90. Untuk menjalankan Logicmaster 90 diperlukan Personal Computer (PC) spesifikasi minimum prosesor Intel 80386 dengan minimum memori 2 Megabytes dan 4 Megabytes free hard
disk space, MS-DOS versi 5.0 (atau lebih tinggi). Berikut tampilan utama software programmer Logicmaster 90 setelah dijalankan:
Gambar 9 Tampilan awal Logicmaster 90
Agar PLC dapat menjalankan sequence dan logic, maka diperlukan ladder logic program. Ladder program ialah bahasa pemrograman yang merepresentasikan logika relay berbasis diagram grafis. Ladder logic yang digunakan misalkan diambil pada FCV1A sebagai berikut :
...
Input always on, enable operasi penjumlahan dan pengurangan untuk satu scan. Nilai dari %AI1(set point FCV15A) dijumlahkan dengan konstanta 400, hasil penjumlahan disimpan pada register %R100. Nilai dari %AI1(set point FCV15A) dikurangkan dengan konstanta 400, hasil pengurangan disimpan pada register %R101.
Input always on, nilai dari %AI6 (posisi FCV15A) dibandingkan dengan isi register dari %R101. Jika isi nilai dari %AI6 kurang dari (less than) isi register %R101, maka akan mengaktifkan internal coil %M100.
Internal coil %M101 energized 1 detik sesaat setelah %M100 aktif.
Internal coil %M102 energized saat salah satu atau seluruhnya dari %M101 NO atau %M102 NO, dan harus %M103 NC, %M105 NC, %M106 NC, dan %M104 NC.
Input always on, nilai dari %AI6 (posisi FCV15A) dibandingkan dengan %AI1 (set point FCV15A). Jika isi nilai dari %AI6 lebih besar dari (greater than) isi %AI1, maka internal coil %M103 aktif.
Internal coil %M514 energized saat %I20 (FCV15A remote) NC, %I18 (FCV15A stop) NC, %M104 NC, %Q66 (SV6, FCV15A) NC, dan %I17 (FCV15A open) NO. %M514 di latch dengan %I17.
Output %Q65 (FCV15A open) energize saat %I20 (FCV15A remote) dan %M102 NO dioperasikan OR dengan %M514 NO, dan %M104 NC, Q66 (FCV15A close) NC.
Internal coil %M104 energize 1 detik sesaat setelah %I37 (FCV15A OLS) NO.
Input always on, nilai dari %AI1 (set point FCV15A) dibandingkan dengan konstanta 5600. Jika nilai dari %AI1 kurang dari (less than) 5600, maka internal coil %M105 aktif.
Input always on, nilai dari %AI6 (posisi FCV15A) dibandingkan dengan konstanta 5600. Jika nilai dari %AI6 kurang dari (less than) 5600, maka %M106 aktif.
Input always on, nilai dari %AI6 (posisi FCV15A) dibandingkan dengan isi register %R100. Jika isi nilai dari %AI6 lebih besar dari (greater than) isi %R100, maka %M107 aktif.
Internal coil %M108 energize 1 detik sesaat setelah %M107 aktif.
Input %M110 NO, nilai dari %AI1 (set point FCV15A) dibandingkan dengan konstanta 6720. Jika nilai dari %AI1 kurang dari atau sama dengan (less than or equal) 6720, maka %M109 aktif.
Internal coil %M110 energize saat :
%M108 NO atau %M110 NO, dan %M0111 NO, atau %M109 NO dan %M102 NC, dan
%M105 NC dan %M106 NC dan %M113 NC
Input always on, nilai dari %AI6 (posisi FCV15A) dibandingkan dengan nilai dari %AI1 (set point FCV15A). Jika nilai dari %AI6 kurang dari (less than) %AI1, maka internal coil %M111 aktif.
Internal coil %M515 energize saat %I20 (FCV15A remote) NC, %I18 (FCV15A stop) NC, %M113 NC, %Q65 (FCV15A open) NC, dan %I19 (FCV15A close) NO, %M515 di latch dengan %I19
Output %Q66 (FCV15A close) energize saat %M110 atau %M109 NO, dan di AND dengan %I20 (FCV15A remote) NO, di OR dengan %M515 NO, dan %M113 NC, dan %Q65 (FCV15A open) NC.
Internal coil %M113 energize 1 detik sesaat setelah %I38 (FCV15A CLS) NO.
Input berupa %Q66 (FCV15A close) NO, nilai dari %AI6 (posisi FCV15A) dibandingkan dengan konstanta 11520. Jika isi nilai dari %AI6 lebih besar dari (greater than) 11520, maka internal coil %M112 aktif.
Output %Q67 (FCV15A emergency) energized saat %M112 NO, yaitu pada saat nilai posisi FCV15A lebih besar dari 11520. ...
IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan
1. Secara garis besar pembangkitan listrik panas bumi terbagi atas 4 sistem umum dari reservoir, pad/wellpad, power plant dan
circulating water / auxiliary circulating water yang terintegrasi.
2. Flow control valve FCV1 dapat
bekerja dengan one pump set point, dan two pump set point.
3. Karakteristik dari recirculation
valve FCV15A & FCV15B
merupakan fungsi linear.
4. LCV2A & LCV2B main
condenser level controller
menggunakan kontroller PID dalam operasinya.
5. Nilai gain untuk level control
valve LCV2A & LCV2B saat
kedua hotwell pump running sekaligus lebih kecil (bernilai 1.1) daripada hanya 1 hotwell pump yang running (bernilai 2).
6. Sistem pengaturan valve dilakukan di dalam DCS atau local, untuk pembukaan valve digunakan aliran fluida (hidrolik) yang di supply dari HPU (Hydraulic Power Unit) yang dikendalikan oleh PLC. 4.2 Saran
Untuk metode pengontrolan
valve pada circulating weter system
alangkah baiknya jika PLC GE Fanuc pada HPU diganti dengan yang baru karena sudah obsolet, jika terjadi kerusakan pada PLC proses maintenance akan susah karena suku cadang sudah tidak diproduksi lagi oleh produsen.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Black & Veatch. “Power Plant Engineering”. New York: Chapman & Hall. 1996.
[2] Chevron. “Circulating Water System Darajat Geothermal Power Plant Unit II”. 2011. [3] Chevron. “Geothermal
Production Engineering Training”. Jakarta. 2011.
[4] Fisher. “Control Valve Handbook”. Singapore: Emerson Process Management. 2005.
[5] GE Fanuc Automation. “Logicmaster 90 Series 90-30/20/Micro Programming Software”. 1994.
[6] GE Fanuc Automation. “Series 90-70 Programmable Controllers Maintenance”. 2000.
[7] GE Fanuc Automation. “Series 90-70 Quick Reference Guide for Maintenance and Troubleshooting”. 1996.
[8] GE Fanuc Automation. “Series 90 PLC SNP Communication”. 1991.
[9] GE Fanuc Automation. “Series 90 PLC SNP Communication Driver”. 1991.
[10] Institut Teknologi Bandung. “Pelatihan Sistem Uap Panasbumi Untuk Steamfield Operator”. Bandung. 2005. [11] Marsudi, Djiteng. “Operasi
Sistem Tenaga Listrik”. Yogyakarta: Graha Ilmu. 2006. [12] Metso. “Flow Control and
Functional Safety School”. 2012. [13] Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. “ Indonesia Darajat Geothermal Power Plant Unit III Turbine & Auxiliary Equipment Control System & Instruments”. Japan. 1997.
[14] Rodney Hunt Company. “Operation & Maintenance Manual”. Massachusetts USA. 1997.
[15] Soedradjat, S., Ir. “Mekanika Fluida dan Hidrolika”. Bandung: Nova. 1983.
[16] Yokogawa Indonesia. “Control-Functional Design Specification Darajat-Unit II DCS Replacement Project”. Jakarta. 2004.
BIODATA PENULIS
Yoga Adi Candra (21060110120042) lahir di Bojonegoro, 20 Juni 1992. Menempuh pendidikan dari SDN Dengok 2, SMPN 1 Padangan, SMA 1 Cepu, dan saat ini tengah melanjutkan studi S1 di Jurusan Teknik Elektro pada bidang konsentrasi Kontrol dan Instrumentasi, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
Semarang, 11 Desember 2013 Mengetahui dan Mengesahkan,
Dosen Pembimbing
Sumardi, ST., MT. NIP. 196811111994121001
