260
RANCANG BANGUN PLC SEBAGAI PEMROSES SINYAL ANALOG
SENSOR LEVEL, TEMPERATUR DAN PUTAR
BERBASIS HMI DAN SCADA
Kendi Moro NS
1, Murie Dwiyaniti
2, Ely Inayati
3,
Iqbal Fadlli Besstian
4dan Reyhan Rahmat Adisaputro
51,2. Staf Pengajar Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta, Jl.Prof.DR.G.A.Siwabessy Kampus Baru Universitas Indonesia Depok,Jawa Barat
3,4,5 Alumni Mahasiswa Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta E-mail: kendi.moro@ elektro.pnj.ac.id
murie.dwiyaniti@elektro.pnj.ac.id
Abstrak
Penggunaan sensor dan PLC dalam otomasi industri sudah merupakan hal yang lazim digunakan. Riset ini merupakan rancang bangun sebuah sistem yang meng-implementasikan bagaimana PLC sebagai pemroses mendapatkan sinyal input analog dari berbagai sensor. Sensor yang penting dalam otomasi industri diantaranya untuk mendeteksi perubahan parameter level, putaran (kecepatan) dan temperatur. Sistem yang dibangun beroperasi dengan baik. Sinyal input dari sensor berhasil di proses dan dimanipulasi oleh PLC ,kemudian diakuisisi oleh HMI dan SCADA. Nilai yang terukur pada plant dan HMI / SCADA relatif sama.
Keywords: PLC,Sensor,HMI,SCADA,Otomasi Industri
1.
Pendahuluan
Otomasi industri (Industrial Automation) sudah
merupakan kebutuhan utama dalam meningkatkan produktifitas industri manufaktur dan jasa. Reliabilitas, availibilitas dan performance otomasi industri dapat
terwujud sebagai integrasi dari pelbagai perangkat (device) mulai dari sensor, aktuator, prosessor dan Human Machine Interface (HMI).
Sensor yang ditempatkan di field device [1] pada
arsitektur otomasi industri berfungsi mendeteksi parameter tertentu. Dan sensor akan mengirim data ke prosesor guna diolah lebih lanjut disesuaikan dengan deskripsi sistem yang dikehendaki. Dalam otomasi industri parameter penting yang ditangkap oleh sensor umumnya terdiri dari perubahan temperature, level, posisi (displacement), aliran (flow), getaran (vibration), dan tekanan (pressure). Lazimnya parameter yang
diamati lebih dominan dalam bentuk sinyal analog dari
pada sinyal digital atau diskrit. Sinyal analog menunjukkan bahwa parameter yang diamati bersifat kontinyu dan nilai besaran parameter (Amplitudo) dapat berubah (fluktuatif) berbasis waktu. Keakuratan dan
kepresisian mutlak harus dimiliki oleh sensor dalam mendeteksi perubahan nilai parameter yang diamati. Karena ini merupakan tahap awal sebelum diproses oleh prosesor dan selanjutnya di akuisisi oleh Human Machine Interface (HMI) dan Supervisory Control And Data Acquisition(SCADA).
Diantara sekian banyak parameter yang terdapat di industri, parameter temperature merupakan parameter penting . Umumnya digunakan dalam industri yang memproses objek dari bahan mentah (raw material)
hingga produk jadi (end product) dimana suhu menjadi
faktor kritis yang menentukan kualitas produk. Misalkan dalam industri minuman dan makanan (food and baverage). Sementara parameter level [8] lazimnya terkait dengan kondisi posisi objek zat cair. Pengamatan
level penting pada berbagai industri seperti proses pengolahan air bersih dan limbah (wasted and water treatment) serta petro kimia. Dimana zat cair tertentu
dapat sebagai bagian dari proses keseluruhan sistem maupun bagian dari komponen produk akhir. Sementara parameter perubahan posisi (displacement) dapat
berbentuk perubahan posisi secara linier atau angular (rotation). Misalkan perubahan rotor motor DC di
industri yang menggunakan motor DC sebagai beban (load) utama.
Perubahan nilai parameter akan di deteksi oleh sensor yang kemudian diproses sedemikian rupa sehingga mampu di konversi menjadi sinyal analog dalam bentuk tegangan (voltage) atau arus (current). Bila dalam
bentuk tegangan, standar yang ditetapkan IEEE dalam kisaran 0 volt sampai +1 volt DC ,atau 0 volt sampai +5 volt DC, atau 0 volt sampai +10 volt DC , atau 1 sampai +5 volt DC , atau +- 5 volt DC atau +- 10 volt DC. Bila dalam bentuk arus dalam kisaran 4 mA hingga 20 mA. Diantara berbagai macam prosesor yang mampu mengolah data yang dikirim oleh sensor terdapat beberapa jenis prosesor. Misalnya prosesor dalam bentuk embedded system [2], PC based control system
atau Programmable Logic Controller (PLC). Diantara
ketiga macam prosesor tersebut, PLC merupakan prosesor dominan yang digunakan industry [3][4][5]. Dari industri yang mengolah Oil and Gas, Minning, Wasted and Water treatment, Food and Baverage,
maupun Transmition and Distribution Electrical Power
hingga Tekstil serta berbagai industri lainnya. Performance PLC dalam dekade terakhir telah berkembang pesat terutama dalam bersinergi dengan sensor.
Kontrol proses sebuah sistem dimulai sejak sensor mendeteksi parameter , kemudian oleh sensor informasi tersebut dikirim ke PLC guna diolah menjadi deskripsi sistem yang dikehendaki. Agar seluruh proses mudah diamati oleh user / operator maka keberadaan Human Machine Interface (HMI) dan Supervisory Control And Data Acquisition(SCADA) menjadi penting [6][7]. HMI
dan SCADA akan menampilkan data, informasi dan pola kecenderungan (trend) yang dihasilkan sebuah
sistem. Seluruh informasi dan data ini menjadi bahan pertimbangan penting operator dalam mensikapi fenomena parameter tertentu. Tentu saja HMI harus bersifat user friendly untuk meminimalkan kesalahan
(error) Baik error yang diakibatkan oleh manusia
(human error) atau sistem (system error). Sehingga
umumnya HMI didesain dengan tampilan Graphical User Interface (GUI) menarik,informatif dan ergonomis
sehingga operator mudah meng-capture berbagai
informasi dan data.
Riset ini merancang bangun sebuah sistem yang menempatkan PLC sebagai prosesor utama dalam mengolah sinyal analog dari beberapa sensor. Sensor-sensor tersebut akan mendeteksi beberapa parameter penting yang lazim terdapat di industri seperti temperature, level dan putar. Seluruh parameter ini akan dikirim ke PLC oleh sensor agar dapat diproses dan dimanipulasi oleh PLC. Sementara HMI dan SCADA berfungsi mengakuisisi dan menampilkan data dari PLC se-informatif dan se-ergonomis mungkin. Komunikasi antar device akan menggunakan beberapa protokol komunikasi seperti serial RS 232, ModBus RS 485 dan Ethernet.
2.
Metode Penelitian
Rancang bangun sistem yang dilakukan menggunakan prosedur sbb :
Mulai >>> Identifikasi Masalah >>> Survey Lapangan & Pengumpulan Data >>> Perancangan Plant >>> Penentuan Spesifikasi Komponen >>> Pembuatan Plant >>> Testing & Comissioning >>> Selesai
3.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 1. Diagram Skematik Keterangan : 1. Motor DC 2. Encoder 3. HMI (Touchscreen) 4. PLC 5. SCADA 6. Sensor Level 7. Temperatur Controller 8. Sensor Temperatur 9. Potensio
Gambar 2. Plant PLC Analog
Gambar 3. Plant Sensor Suhu dan Rotary Encoder
Gambar 4. Modul Latih PLC Analog
Gambar 5. Modul Latih PLC Analog Bagian Dalam
Gambar 6. Hasil Percobaan Level Air
Gambar 7. Hasil Percobaan Level Air pada SCADA
Gambar 8. Hasil Percobaan Rotary Encoder
Gambar 9. Hasil Percobaan Rotary Encoder pada SCADA
Gambar 10. Hasil Percobaan Sensor Suhu
Gambar 11. Hasil Percobaan Sensor Suhu pada SCADA
Tabel 1. Hasil Percobaan Sensor Level Integer di PLC Ketinggian air hasil program plc (cm) Ketinggian air (cm) Volume (lt) 577 5 4.8 3 1574 15 17 9 2025 20 21 12 3003 30 29.5 18
Tabel 2. Hasil Percobaan Encoder
Tabel 3. Hasil Percobaan Sensor Suhu
Tabel 1. menunjukkan hasil pengukuran level air yang diperoleh dari akuarium hampir sebanding dengan data pada tampilan SCADA. Hal ini membuktikan program PLC bekerja baik dan real time.
Tabel 2. nilai kecepatan motor DC yang terukur pada
tachometer sebanding dengan nilai kecepatan motor DC
yang ditampilkan pada SCADA.
Tabel 3. hasil percobaan sensor suhu. Terlihat bahwa nilai suhu yang terdapat pada TK4S sesuai dengan nilai yang ditampilkan pada SCADA.
IV.
Kesimpulan
1. Nilai suhu, level dan kecepatan yang tertera pada HMI dan SCADA hamper sebanding dengan nilai yang tertera pada plant maupun nilai yang dikirim
PLC.
2. Input analog yang dideteksi oleh sensor – sensor telah terkirim dengan baik dan mampu diproses oleh PLC.
3. Perbedaan nilai level air pada monitoring HMI Kecepatan pada Tampilan
SCADA (rpm) Kecepatan Aktual (rpm)
180 187.8 300 305.8 360 403.6 480 524.8 660 661.6 780 793.2 900 941.2 1080 1111 1200 1201 1260 1284 Integer PLC Temperatur di TK4S (˚C ) ˚C ˚F ˚R ˚Kelvin 2941 29.2 29 84 23 302 7058 70.8 70 158 56 343 8080 80.3 80 176 64 353
atau SCADA dengan nilai level air real di tangki
diduga diakibatkan oleh jarak pengiriman input sinyal analog 4 – 20 mA yang relative jauh dan pengaruh medan elektromagnetik dari beban 4. Perbedaan nilai kecepatan motor DC dapat
dimungkinkan oleh tidak maksimalnya pulsa yang dikirim oleh rotary encoder.
5. Nilai suhu pada display SCADA hanya menampilkan data bilangan bulat dengan mengabaikan angka dibelakang koma.
4.
Daftar Acuan
[1] International Frequency Sensor Association (IFSA); May 2012; Modern Sensor, Transducer and Sensor
Network ‘Editorial Review’; Sensor and Transducer Journal vol 140 issue 5.
[2]Dwiyaniti, Murie & Kendi Moro Nitisasmita; 2015;
Prototype Remote Terminal Unit (RTU) berbasis ARM Cortex 32 Bit Pada Sistem SCADA Proses Kontrol Distribusi Air; BPON Dikti 2015 Tahun Pertama.
[3] Wardono, Silo, Danang Wijayanto& Kendi Moro Nitisasmita; 2012;Diktat Kuliah.
[4] Bryan, L.A. & E.A. Bryan; 1997; Programmable Logic Controller : Theori and Implementation; second
edition; Georgia USA.
[5] Dwiyaniti, Murie & Kendi Moro Nitisasmita; 2013;Model Sistem Scada Network Pada Sistem Kontrol Pemanas Air; Penelitian Program Mandiri;
P3M PNJ.
[6] Dwiyaniti, Murie & Kendi Moro Nitisasmita; 2014;
Prototype Sistem Otomasi Berbasis PLC dan SCADA Network Client Server dengan Multi Protokol Komunikasi; Penelitian Unggulan berbasis Prodi PNJ,
2014.
[7] Bhuiya, K., Anish, K., Parekh, D., & Sahiti, K; 2013;Low Cost Wireless Control and Monitoring Using PLC and SCADA;International Journal of Scientific and
Research Publications, Volume 3.
[8] Mahadiyan, Dwi W.H; 2015; Perancangan SCADA pada Mini Plant Proses Pengendalian Level;
IncomTech, Jurnal Telekomunikasi dan Komputer vol. 6, no. 2.
