PENGONTROL SEKUENSIAL UNTUK SISTEM 5 POMPA AIR DENGAN MENGGUNAKAN DCS YOKOGAWA CENTUM VP
SKRIPSI
TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK KONTROL
Diajukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik
Muhammad Bukhori Rofiq NIM. 135060301111102
UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK
MALANG
2017
PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI
an saya dan berdasarkan hasil penelusuran berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang diteliti dan diulas di dalam Naskah Skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya.
Tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur jiplakan, saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan perundang- undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).
Malang, 15 September 2017
Mahasiswa,
MUHAMMAD BUKHORI ROFIQ NIM. 135060301111102
Daftar Riwayat Hidup
Data Pribadi
Nama : Muhammad Bukhori Rofiq
Tempat, tanggal lahir : Gresik, 06 April 1995
Agama : Islam
Alamat : Perum GKGA blok CA.02 Kedanyang, Gresik.
Nomor telepon : 082122582885 (mobile phone)
E-mail : [email protected]
Riwayat Pendidikan
Pendidikan formal
1999 sampai dengan 2001 : TK Wijaya, Magetan
2001 sampai dengan 2007 : SD Negeri Kedanyang, Gresik
2007 sampai dengan 2010 : SMP Negeri Kebomas, Gresik
2010 sampai dengan 2013 : SMA Nahdlatul Ulama 1 Gresik
2013 sampai dengan 2017 : Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya
Riwayat organisasi
2010 : Anggota Kewirausahaan dan Keterampilan SMA Nahdlatul Ulama 1 Gresik
2011 : Anggota Kewirausahaan dan Keterampilan SMA Nahdlatul Ulama 1 Gresik
2013 : Anggota Kewirausahaan Himpunan Teknik Elektro Universitas Brawijaya
Pengalaman
Juara II Teater Se-Jawa Timur pada tahun 2011
Juara III Teater Se-Kabupaten Gresik pada tahun 2011
Juara III Teater Se-Kabupaten Gresik pada tahun 2012
Teriring Ucapan Terima Kasih kepada:
Ayahanda dan Ibunda tercinta
RINGKASAN
Muhammad Bukhori Rofiq, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Agustus 2017, Pengontrolan Skuensial Untuk Sistem 5 Pompa Air Menggunakan DCS Yokogawa Centum VP, Dosen Pembimbing Ir. Purwanto, M.T. dan Ir. Dipl.-Ing Moch Rusli.
Pompa air adalah salah satu kebutuhan paling utama di dalam dunia perindustrian, khususnya pada industri pembangkit listrik dan destilasi air sungai. Di dalam dunia industri pompa air tidak sedikit dan memerlukan sistem yang tepat. Agar dapat bekerja dengan baik dan maksimal, pompa harus bekerja dengan kondisi berurutan atau bergantian. Pada skripsi ini pembahasan hanya terfokus pada pengontrolan sekuensial untuk sistem 5 pompa air dengan 2 kondisi yaitu level air, dan waktu pompa bekerja serta bagaimana cara membuat sistem kerja dan mengontrol pompa pada alat pump plant control dengan menggunakan DCS Yokogawa Centum VP.
Proses perancangan sistem kontrol sekuensial pada alat pump plant control pada penelitian ini menggunakan 2 keadaan. Pada proses pengendalian didapat hasil yang sesuai dengan yang diharapkan, Pertama timer yang mengaktifkan pompa selama 30 detik kemudian 30 detik sudah berlalu, maka akan mematikan pompa timer 1 dan mengaktifkan pompa timer 2, sensor level yang akan menyalakan pompa jika level air pada wadah mencapai ketinggian 12 cm, dan 15 cm dengan kecepatan motor pompa yang berbeda.
Kata Kunci : pompa air, kontrol sekuensial, pump plant control, DCS Yokogawa Centum VP.
SUMMARY
Muhammad Bukhori Rofiq, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering Universitas Brawijaya, August 2017, Controlling Skuensial For 5 Water Pump System Using DCS Yokogawa Centum VP, Supervisor Ir. Purwanto, M.T. And Ir. Dipl.-Ing Moch Rusli.
Water pumps are one of the most important needs in the industrial world, especially in power generation and river distillation industries. In the world of water pump industry is not small and requires the right system. In order to work properly and maximally, the pump must work in sequential or alternating conditions. In this paper the discussion focuses only on sequential controlling for a water pump system with 2 conditions that are water level, and pumping time to work and how to create a working system and control the pump on the pump plant control equipment using DCS Yokogawa Centum VP.
The design process of sequential control system in pump plant control tool in this study using 2 circumstances. In the control process the results are obtained as expected, First timer that activates the pump for 30 seconds then 30 seconds has passed, it will turn off the pump timer 1 and activate the pump timer 2, level sensor that will turn on the pump if the water level in the container reaches the height 12 cm, and 15 cm with different pump motor speed.
Keywords: water pump, sequential control, pump plant control, DCS Yokogawa Centum VP.
PENGANTAR
Alhamdulillâh, segala puji hanya bagi Allâh Subhanahu Wa Taála, Rabb alam semesta.
Dialah Allâh, Tuhan Yang Maha Satu, Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Dialah Sebaik baik Penolong dan Sebaik baik Pelindung. Shalawat dan salâm kepada Nabi Muhammad Rasulullâh Shallallâhu Alaihi Wa Salâm, Sang pembawa kabar gembira dan sebaik baik suri tauladan bagi yang mengharap Rahmat dan Hidayah-Nya.
Sungguh hanya melalui Pertolongan dan Perlindungan Allâh SWT semata sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Dengan seizin Allâh SWT, di kesempatan yang baik ini saya ingin menghaturkan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar besarnya atas bantuan sehingga terselesainya skripsi ini kepada:
Keluarga tercinta, Bapak Prayogi Purwosantoso dan Ibu Yuni Suratmi yang selalu memberikan kasih sayang, support dan doa yang tiada akhir. dan seluruh keluarga yang juga memberikan support serta doa. Adikku Novita Nur Hayati dan keluarga yang selalu menghibur dan memberi semangat.
Bapak M. Aziz Muslim, ST., MT., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya.
Bapak Hadi Suyono, ST., MT., Ph.D selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya.
Bapak Ali Mustofa, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah meluangkan waktu dalam memberi bimbingan akademik.
Ibu Dr. Ir. Erni Yudaningtyas, M.T. selaku Kepala Laboratorium Sistem Kontrol yang telah meluangkan banyak waktunya untuk kemajuan laboratorium Sistem Kontrol
Bapak Ir. Purwanto, MT. selaku KKDK Teknik Kontrol, selaku Dosen Pembimbing I atas segala bimbingan, masukan, serta saran yang telah diberikan selama bimbingan.
Bapak Ir. Dil.-eng Moch. Rusli Selaku Dosen Pembimbing II atas segala bimbingan, dan masukan serta saran yang telah diberikan selama bimbingan.
Bapak Ibu Dosen, karyawan, staf recording dan RBTE atas segala bantuan dan kemudahan.
Mbak Eka selaku Laboran Lab. Sistem Kontrol atas bimbingannya saat menggunakan alt Lab. Sistem Kontrol.
Teman – teman Zaini, Rifan, Yudha, Iqbal, Rony, Firman, Faris, Dani, Adit, Boleng, Agung, Firman atas kesesatan yang membuat saya tidak stress dalam menyelesaian skripsi ini.
Tak lupa keluarga besar SPECTRUM 13 yang telah membuat banyak kenangan dan pengalaman.
Sekiranya Allâh SWT mencatat amalan ikhlas kami dan semua pihak yang turut membantu sehingga skripsi ini terselesaikan. Akhirnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna namun semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Aamiin
Malang,15 Oktober 2017
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN... i
PENGANTAR ... ii
RINGKASAN ... iv
SUMMARY ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Manfaat ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Power Supply ... 5
2.2 Sistem Kontrol Otomasi ... 5
2.3 Sistem Kontrol Sekuensial ... 6
2.4 Kontroler ON OFF (Two Position Controller) ... 6
2.5 Sensor Level Switch ... 7
2.6 DCS (Distributed Control System) ... 8
2.6.1 Arsitektur DCS... 9
2.6.2 Prinsip Kerja DCS... 10
2.6.3 Fungsi DCS ... 10
2.6.4 Kelebihan Sistem DCS ... 10
2.6.5 Komponen - Komponen DCS ... 11
2.6.6 Perangkat Keras DCS ... 12
2.6.6.1 Field Control Station (FCS) ... 12
2.6.6.2 Human Interface Station (HIS) ... 13
2.6.6.3 Engineering Work Station ... 13
2.6.6.4 Modul Input Digital ... 13
2.6.6.5 Modul Input Analog ... 14
2.6.6.6 Modul Output Digital ... 14
2.6.6.7 Modul Output Analog ... 14
2.6.7 Pemrograman DCS ... 14
2.6.7.1 Dasar-Dasar Pemrograman ... 15
2.7 Pompa Sentrifugal ... 15
2.8 Relay ... 16
BAB III METODE PENELITIAN ... 23
3.1 Perancangan Perangkat Keras ... 23
3.2 Perangcangan Diagram alir sistem... 25
3.3 Perancangan Kerja ... 26
3.4 Spesifikasi Alat ... 26
3.3.1 Yokogawa DCS Centum VP (Vigilant Plant) ... 26
3.3.2 Rangkaian Modul I/O DCS ... 28
3.3.3 Level switch ... 28
3.3.4 Relay ... 29
3.3.5 Pompa air DC 24 V ... 29
3.3.6 Pump plant control ... 30
3.5 Perancangan Diagram State ... 31
3.6 Pengujian software dan hardware ... 32
3.6.1 Pengujian DCS ... 32
3.6.2 Pengujian Timer ... 33
3.6.3 Pengujian Level Switch ... 34
3.7 Pembuatan Trend ... 36
3.8 Pembuatan Graphic ... 37
3.9 Pengambilan kesimpulan ... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 41
4.1 Pengujian DCS ... 41
4.2 Pengujian timer ... 43
4.3 Pengujian Relay OMRON DBPT (Double Pole Double Throw). ... 45
4.4 Pengujian level switch ... 46
4.5 Pengujian keseluruhan sistem ... 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 49
5.1 KESIMPULAN ... 49
5.2 SARAN ... 49
DAFTAR PUSTAKA ... 51
LAMPIRAN... ... 5.. 3
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
Tabel 3.1 Hasil Pengujian I/O DCS ... 32
Tabel 3.2 Hasil Pengujian Timer ... 33
Tabel 3.3 Hasil Pengujian Level switch…...34
Tabel 3.3 Hasil Pengujian Relay OMRON DBDT ...35
Tabel 4.1 Tabel hasil pengujian DCS ...42
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Timer …...45
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Relay OMRON DBDT ... 45
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Level switch...47
Tabel 4.5 Data pengujian keseluruhan ... 48
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
Gambar 2.1 Power supply 24 v ... 5
Gambar 2.2 Pengisisan air dengan pengontrolan otomasi ... 6
Gambar 2.3 Aksi Kendali ON – OFF ... 7
Gambar 2.4 Limit switch ... 7
Gambar 2.5 Bagian-bagian pada jaringan DCS ... 8
Gambar 2.6 Arsitektur DCS Yokogawa ... 9
Gambar 2.7 Human Interface Station (HIS) ... 10
Gambar 2.8 Pompa Sentrifugal ... 16
Gambar 2.9 Bagian relay elektromagnetik ... 16
Gambar 2.10 Relay normaly close (NC) ... 17
Gambar 2.11 Relay normaly open (NO) ... 18
Gambar 2.12 Single Pole Single Throw (SPST) ... 18
Gambar 2.13 Single Pole Double Pole (SPDT) ... 19
Gambar 2.14 Double Pole Single Throw (DPST) ... 19
Gambar 2.15 Double pole Double Throw (DPDT) ... 20
Gambar 2.16 Quadruple Pole Double Throw (QPDT) ... 20
Gambar 2.17 Timming Relay ... 21
Gambar 2.18 Latching Relay ... 21
Gambar 3.1 Pump Plant Control ... 24
Gambar 3.2 Diagram alir keseluruhan ... 25
Gambar 3.3 Komponen penyusun DCS Centum VP ... 27
Gambar 3.4 Level switch ... 29
Gambar 3.5 Relay omron DBDT ... 29
Gambar 3.6 Pompa Air TIY – 152... 30
Gambar 3.7 Plant system ... 30
Gambar 3.8 Perancangan diagram state ... 31
Gambar 3.9 Diagram Alir Pembuatan Trend ... 36
Gambar 3.10 Flowchart pembuatan Graphic ... 37
Gambar 3.11 Function Blok keseluruhan sistem ... 38
Gambar 3.12 Sequence Tables ... 38
Gambar 4.1 Function Blok sistem ... 42
Gambar 4.2 Sequence tables timer ... 44
Gambar 4.3 Hasil pengujian timer ... 44
Gambar 4.4 Hasil pengujian level switch ... 47
Gambar 4.5 Hasil pengujian keseluruhan sistem ... 48
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan bagi setiap insan di permukaan bumi baik manusia, hewan, maupun tumbuh-tumbuhan. Umumnya manusia mengenal sumber mata air di bumi ini berasal dari 3 sumber, yaitu sumber dari air hujan, air tanah, dan air permukaan. Di bumi air hujan tercipta karena adanya penguapan air di laut, air tanah tercipta karena air permukaan yang meresap ke dalam tanah, sedangkan air permukaan tercipta karena adanya genangnya air hujan yang jatuh ke daratan.
Air tanah dan air permukaan merupakan sumber air alternatif bagi manusia, karena mudah di dapat dan juga sangatlah ekonomis. Air.sungai adalah aliran air yang besar dan memanjang yang mengalir secara.terus menerus dari hulu (sumber) ke hilir (muara). Saat ini air sungai sangatlah berpengaruh terhadap perkembangan teknologi. Pengaruh teknologi yang di maksud adalah pada sistem kerja pompa airnya. Pompa air yang harus selalu bekerja dengan menyesuaikan ketinggian air sungai yang terus berubah – ubah. Ketinggian air yang terus berubah yang mengakibatkan kerusakan pada pompa air. Pengaruh tersebut disebabkan karena penyedotan air yang di lakukan secara besar-besaranmdan terus – menerus yang mengakibatkan pompa air tidak dapat bekerja secara maksimal.
Untuk solusi yang tepat dan dapat diterapkan untuk mengatasi masalah tersebut, adalah dengan melakukan pengontrolan sekuensial pada pompa airnya. Dengan cara mengatur pompa bekerja secara berurutan dan sesuai dengan spesifikasi pompa itu sendiri. Kontrol sekuensial (kontrol berurutan) adalah teknik.pengontrolan yang digunakan untuk mengatur.suatu operasi yang saling terkait, terhubung atauwterencana (terjadwal). Terdapat tiga kategori kontrol sekuensial yaitu sistem melaksanakan urutan berikutnya jika kondisi yang ditentukan sebelumnya terpenuhi.(conditional control), sistem melaksanakan urutan berikutnya jika telah mencapai waktu yang telah ditentukan (time schedule control), dan sistem dimana waktu pelaksanaan atau interval waktu tidak penting, hanya urutan operasi yang telah ditetapkan yang dipentingkan (executive control) (Syaprudin, 2010).
Solusi selanjutnya adalah menggunakan Distributed Control System (DCS) merupakan.perangkat kontrol yang banyak digunakan di industri. Kemudahan pengontrolan berbagai macam plant menjadi daya tarik utama DCS. Selain itu penggunaan DCS juga
dimaksudkan untuk memperbaiki performa produksi sehingga dapat meningkatkan kualitas dan kuantitas produk. Pada DCS dapat dirancang pemrograman melalui function block (CENTUM VP, Engineering Training Manual, 2010). Penggunaan function block mempermudah engineer dalam merancang sistem yang dikendalikan dalam DCS karena banyak fungsi yang dapat digunakan, mulai dari fungsi kalkulasi hingga pengontrolan.
Pada skripsi ini akanvdibuat suatu desain alat pump plant control dengan sistem 5 pompa dan 2 kondisi input. Pump plant control adalah sebuah plant berbentuk alat yang mengontrol pompa dengan kondisi input yang diharapkan, di dalam wadah satu terdapat 2 pompa air akan aktif yang bekerja selama 30 detik secara bergantian. Di wadah kedua terdapat dua sensor level dan jika terkena oleh air dengan.ketinggian 12 cm dan 15 cm yang nantinya akan memberikan sinyal ke plant sistem. Kedua kondisi input inilah yang menjadikan sebuah alat pump plant control, dimana alat ini akan dikontrol dengan pengontrolan sekuensial. Pengontrolan sekuensial digunakan agar dapat menghasilkan output yang diharapkan, yaitu pompa air dapat bekerja secara lebih baik dan maksimal.
1.2 Rumusan Masalah
Mengacu pada permasalahan yang telah diuraikan pada latar belakang, maka rumusan masalah dapat ditekankan pada point berikut:
1. Bagaimana merancang sistem program pengontrol sekuensial DCS pada miniature/prototype pump plant control?
2. Bagaimana pengaplikasian program DCS Centum VP pada miniatur/prototype pump plant control ?
1.3 Batasan Masalah
1. Pump plant control yang digunakan adalah miniatur/prototipe dengan desain sendiri.
2. Kontrol sekuensial lebih ditekankan dalam skripsi.
3. Kerja motor pompa air berkerja konstan.
4. Hanya membahas pengontrolan pada sistem motor pompa air.
5. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi ketinggian level air adalah level switch.
6. Motor pompa air yang digunakan adalah motor pompa air DC 24 V dengan type TIY- 152.
7. Pipa yang di gunakan untuk menyuplai air ke dalam tandon air penyimpanan berupa selang dengan ukuran diameter selang 2 inchi.
8. Pembahasan yang ditekankan pada pengaplikasian DCS Centum VP pada pengendalian motor pompa.
1.4 Tujuan
Mengontrol miniatur/prototype pump plant control dengan menggunakan sistem kontrol sekuensial berbasis DCS Yokogawa Centum VP di Laboratorium Sistem Kontrol Teknik Elektro Universitas Brawijaya.
1.5 Manfaat
Manfaat skripsi ini adalah dapat dipahaminya sistem pengontrolan sekuensial untuk sistem 5 pompa air dengan menggunakan DCS Yokogawa Centum VP dan dapat mengetahui bagaimana merancang sebuah prototype/miniatur pump plant control dengan mudah.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Power Supply
Peralatan - peralatan elektronika tidak akan dapat berfungsi tanpa diberikan masukan berupa tegangan. Dari sekian banyak peralatan elektronika yang telah ada, sebagian besar membutuhkan masukan berupa tegangan searah dalam pengoperasiannya. Tegangan searah ini diperoleh dari suatu alat yang disebut power supply. Prinsip kerja power supply DC adalah tegangan yang diperoleh akan diteruskan ke logika penurun tegangan daya besar, kemudian diturunkan tegangannya menjadi tegangan yang dibutuhkan untuk sistem berikutnya. Setelah diturunkan tegangan akan.masuk ke penyearah yang akan menyearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC (Syaprudin, 2010). Berikut ini adalah gambar power supply 24 v yang dapat dilihat dalam Gambar 2.1.
Gambar 2.1 power supply 24 v (Sumber : Syaprudin, 2010) 2.2 Sistem Kontrol Otomasi
Sistem kontrol otomasi adalah suatu sistem pengontrolan dimana variabel manipulator dan variabel kontrol bekerja dengan sistem yang dilakukan oleh sebuah peralatan pengontrol otomatis, baik dari segi pengamatan input pengolahan data serta menggerakkan peralatan output (Wicaksono, H., 2009). Contoh sistem kontrol otomatis yaitu pada sebuah tangki air,.dimana controller akan otomatis menggerakkan aktuator ketika ketinggian air menyentuh sensor, sehingga keran pengeluaran terbuka. Kejadian ini terus terjadi secara berulang dan kontinu seperti dalam Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Pengisisan air dengan pengontrolan otomasi.
(Sumber : Wicaksono, H., 2009) 2.3 Sistem Kontrol Sekuensial
Kontrol sekuensial (kontrol berurutan) adalah teknik pengontrolan yang digunakan untuk mengatur suatu operasi yang saling terkait, terhubung atau terencana (terjadwal).
Terdapat tiga kategori kontrol sekuensial yaitu sistem melaksanakan urutan berikutnya jika kondisi yang ditentukan sebelumnya terpenuhi (conditional control), sistem melaksanakan urutan berikutnya jika telah mencapai waktu yang telah ditentukan (time schedule control), dan sistem dimana waktu pelaksanaan atau interval waktu tidak penting, hanya urutan operasi yang telah ditetapkan yang dipentingkan (executive control) (Syaprudin, 2010).
Rangkaian kontrol sekuensial dapat dengan mudah dirancang dalam bentuk peralatan yang disebut kontroler sekuensial. Kontroler ini menggunakan komputer khusus yang dirancang untuk kebutuhan kontrol sekuensial dan dapat melaksanakan perintah sekuensial untuk berbagai penggunaan.
2.4 Kontroler ON OFF (Two Position Controller)
Karakteristik.kontroler on – off ini hanya bekerja pada dua posisi, yaitu on dan off. Kerja kontroler on – off banyak digunakan pada aksi.pengontrolan yang sederhana. Karena sistem kerja yang digunakan adalah on – off, maka hasil dari output sistem pengendalian ini akan menyebabakan proses variabel tidak akan pernah konstan. Besar kecilnya fluktuasi variabel
proses ditentukan oleh titik dimana kontroler dalam keadaan on dan off. Pengendalian dengan aksi kontrol ini juga menggunakan feedback. Seperti gambar 2.3.
Gambar 2.3 Aksi Kendali ON – OFF (Sumber :Yusran, A., 2013)
2.5 Sensor Level Switch
Level switch merupakan jenis sakelar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja level switch sama seperti sakelar Push on yaitu hanya akan terhubung pada saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah ditentukan, kemudian akan memutuskan pada saat katupnya tidak ditekan. Level switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor tersebut. Penerapan dari level switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda yang bergerak. Simbol level switch ditunjukan dalam Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Level switch (Sumber :Yusran, A., 2013)
Level switch umumnya digunakan untuk :
1. Memutuskan dan menghubungkan rangkaian menggunakan objek atau benda lain.
2. Menghidupkan daya yang besar dengan sarana yang kecil.
3. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek.
Prinsip kerja level switch.diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada batas yang telah ditentukan sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Level switch memiliki 2 kontak yaitu Normally Open (NO) dan kontak Normally Close (NC) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan.
2.6 DCS (Distributed Control System)
DCS (Distributed Control System) adalah pengembangan sistem kontrol dengan menggunakan computer dan alat elektronik lainnya agar didapat suatu pengontrolan satu atau lebih dari satu loop sistem yang terpadu dan dapat dilakukan oleh semua orang dengan cepat dan mudah. Alat ini digunakan untuk mengontrol proses dalam skala menengah sampai besar.
DCS merupakan suatu.sistem yang digunakan untuk proses kontrol yang berorientasi continous atau batch proses seperti, industri semen, makanan minuman, kimia, pembangkit listrik, obat-obatan, besi-baja, kertas. Bagian-bagian jaringan DCS secara umum ditampilkan dalam Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Bagian-bagian pada jaringan DCS (PT. Yokogawa Indonesia, 2008)
DCS terhubung dengan field instrument dan sensor-sensor mengunakan setpoint pengontrolan. Contoh utama dalam pengontrolan menggunakan setpoint adalah mengatur pressure, flow fluida dengan memakai penggerak control valve. Tiap DCS memakai software pengaturan dengan sistem integrasi antara konfigurator kontroler, HMI dan
konfigurator lain, sehingga meskipun terlihat terpisah-pisah tetapi merupakan satu kesatuan konfigurasi sistem kontrol. Setiap DCS umumnya terdiri dari satu sistem office station yang berdiri sendiri, dan semua fitur dari kontroler dapat diakses semaksimal mungkin.
2.6.1 Arsitektur DCS
Arsitektur DCS dapat dilihat pada Gambar 2.6, secara garis besar terdiri dari tiga bagian utama, yaitu:
Gambar 2.6 Arsitektur DCS Yokogawa (PT. Yokogawa Indonesia, 2008)
HIS (Human Machine Interface)
Unit ini digunakan untuk memonitor dan mengoperasikan suatu proses termasuk menampilkan proses variable, parameter kontrol dan alarm yang diperlukan oleh pengguna untuk mengetahui kondisi operasi serta status dalam plant.
Process Connection Devices
Process Connection Devices atau disebut juga FCS (Field Control Station) yang berfungsi sebagai peralatan controller (control station & monitoring station) terdiri dari modul-modul CPU (Processor), I/O Module, communication module dan Power Supply Module, dll.
Data Communication Facilities
Data Communication Facilities berfungsi sebagai media komunikasi data secara real time anatar station-station yang terhubung pada communication-bus (data highway), terutama antara control station, monitoring station dengan operator station.
2.6.2 Prinsip Kerja DCS
Secara garis besar operasi pengendalian proses menggunakan DCS adalah variabel – variabel proses di lapangan yang diukur secara analog dan dikirim ke suatu stasiun kontrol lapangan. Disini variabel terukur yang sinyalnya masih bersifat analog (4 – 20 mA/ 1 - 5 Vdc) yang diubah menjadi sinyal digital yang kemudian diolah bersama – sama setpoint yang diberikan oleh suatu algoritma program pengendali tertentu.
Algoritma bertindak sebagai kontroler dari sistem. Hasil perhitungan merupakan sinyal digital yang dimanipulasi oleh sistem yang kemudian dikirim ke lapangan untuk menggerakkan aktuator guna melaksanakan perubahan yang diperlukan pada variabel proses. Variabel termanipulasi yang dihasilkan kontroler sebelum dikirim ke lapangan diubah menjadi sinyal analog dan dikondisikan sehingga sesuai dengan peralatan aktuator yang digunakan.
2.6.3 Fungsi DCS
Berikut ini adalah fungsi DCS, yaitu:
- DCS berfungsi sebagai alat untuk melakukan kontrol suatu loop sistem dimana dalam satu loop bisa terjadi beberapa proses kontrol.
- Berfungsi sebagai pengganti alat – alat kontrol manual dan otomatis yang terpisah-pisah menjadi suatu kesatuan sehinga lebih mudah untuk pemeliharaan dan penggunaannya.
- Sarana pengumpul data dan pengolah data agar didapat suatu proses yang benar – benar diinginkan.
2.6.4 Kelebihan Sistem DCS
Berikut ini adalah beberapa kelebihan DCS, yaitu:
- Fungsi kontrol terdistribusi.
- Sistem redundancy tersedia di setiap level.
- Modifikasi interlock sangat mudah.
- Informasi variabel proses dapat ditampilkan sesuai dengan keinginan user Maintenance dan troubleshooting menjadi lebih mudah.
2.6.5 Komponen - Komponen DCS
Secara umum komponen DCS terdiri dari 5 komponen dasar, yaitu: Operator Station, Control Module, History Module, Data Historian dan I/O Module.
a. Operator Station
Operator station merupakan tempat dimana user melakukan pengawasan atau proses monitoring yang berjalan. Operator station digunakan sebagai interface dari sistem secara keseluruhan atau biasa juga dikenal dengan kumpulan dari beberapa HIS (Human Interface Station). Bentuk HIS berupa komputer biasa yang dapat mengambil data dari control station.
Operator station dapat memunculkan variable proses, parameter kontrol, dan alarm yang digunakan user untuk mengambil status operasi. Operator station juga dapat digunakan untuk menampilkan trend data, messages, dan data proses.
b. Control Module
Control module merupakan bagian utama dari DCS. Control module adalah pusat kontrol atau sebagai otak dari seluruh pengendalian proses. Control module melakukan proses komputasi algoritma dan menjalankan ekspresi logika. Pada umumnya control module berbentuk blackbox yang terdapat pada panel atau cabinet dan dapat ditemui di control room.
Control module biasanya menggunakan mode redundant untuk meningkatkan kehandalan kontrol.
Fungsi dari control module adalah mengambil input variabel yang akan dkontrol. Nilai variabel tersebut akan dikalkulasi. Hasil dari kalkulasi ini akan dibandingkan dengan setpoint yang sudah ditentukan. Setpoint ini adalah nilai yang diharapkan sebuah proses. Jika hasil kalkulasi berbeda dengan set point, nilai tersebut harus dimanipulasi sehingga mencapai setpoint yang sudah ditentukan. Hasil manipulasi nilai akan dikirim ke modul input atau output dan diteruskan ke aktuator.
c. History Module
Alat ini mirip dengan harddisk pada komputer. Alat ini digunakan untuk menyimpan konfigurasi DCS dan juga konfigurasi semua titik di pabrik. Alat ini juga bisa digunakan untuk menyimpan file – file grafik yang ditampilkan di konsol dan banyak sistem saat ini mampu menyimpan data – data operasional sistem.
d. Data Historian
Biasanya berupa perangkat lunak yang digunakan untuk menyimpan variabel – variabel proses, setpoint dan nilai-nilai keluaran. Perangkat lunak ini memiliki kemampuan laju scan (saat ini yang tercepat sebesar 1 ms) yang tinggi dibandingkan History module.
e. I/O Module
I/O Module merupakan interface antara control module dengan field instrument.
I/O module berfungsi menangani input dan output dari suatu nilai proses, mengubah sinyal digital ke sinyal analog dan sebaliknya. Modul input mendapatkan nilai dari transmitter dan memberikan nilai proses kepada FCU untuk diproses, sedangkan FCU mengirimkan manipulated value kepada modul output untuk dikirim ke aktuator. Setiap field instrument pasti memiliki pengalamatan dan memiliki penamaan di I/O module (PT. Yokogawa Indonesia, 2008).
2.6.6 Perangkat Keras DCS
DCS mempunyai perangkat keras yang terdiri dari modul-modul di dalamnya ataupun station-station yang terhubung di dalam jaringan DCS.
2.6.6.1 Field Control Station (FCS)
Field Control Station (FCS) adalah prosesor pada DCS CENTUM VP. Di dalam FCS semua data diolah, baik dari modul I/O, Human Interface Station (HIS), maupun dari Engineering Work Station (EWS). Baterai FCS dapat digunakan untuk menyimpan data pada memori selama 3 tahun dengan suhu maksimal 30ºC.
Karena fungsinya yang vital, FCS dirancang secara redundant. Cara kerjanya, tiap modul FCS mempunyai dua Microprocessor Unit (MPU) yaitu MPU 1 dan MPU 2. Kedua MPU tersebut digunakan untuk melakukan komputasi program yang sama kemudian hasilnya dibandingkan. Apabila hasilnya sama, modul diasumsikan berjalan normal dan tidak terdapat masalah. Namun apabila hasil perbandingannya berbeda, maka diasumsikan terjadi error dan modul yang aktif akan segera berganti. Dengan begitu sistem tetap dapat bekerja dengan baik walau terdapat error pada FCS.
Satu node terdiri dari 12 slot yang diisi dengan beberapa modul seperti modul I/O, FCS, dan PSU (Power Supply Unit). Jumlah FCS dan PSU ada 2 unit karena bekerja secara redundant. Sehingga tersisa 8 slot yang digunakan untuk modul I/O. 1 FCS dapat menangani sampai 15 node. Namun harus dipasang modul komunikasi antar node. Apabila menggunakan lebih dari satu node, pada node yang berisi FCS hanya tersisa 6 slot untuk
modul I/O karena ada 2 slot yang digunakan sebagai modul komunikasi. Pada node berikutnya ada 8 slot yang dapat digunakan untuk modul I/O karena tidak ada FCS dalam node, hanya modul komunikasi 2 slot dan PSU 2 slot.
2.6.6.2 Human Interface Station (HIS)
HIS adalah station yang digunakan untuk mengoperasikan dan memonitor sistem dalam DCS. Pada HIS dapat terlihat trend, alarm, parameter setting pada sistem, dan juga hal – hal lain. Bisa dibilang HIS adalah penghubung antara DCS dengan operator. seperti di gambar 2.7.
Gambar 2.7 Human Interface Station (HIS) (PT. Yokogawa Indonesia, 2008)
Ada dua macam tipe HIS, yaitu tipe desktop dan tipe consol. HIS tipe desktop menggunakan PC (Personal Computer) dengan spesifikasi tertentu dengan OS (Operating System) Windows 7. Sedangkan tipe console terdiri dari satu kesatuan, biasanya memiliki dua layar LCD dan touchpanel.
2.6.6.3 Engineering Work Station
EWS adalah station yang digunakan untuk melakukan tahap engineering, yaitu tahap perancangan keseluruhan sistem pada DCS. EWS dapat dijadikan satu dengan HIS atau berdiri sendiri. Apabila menjadi satu dengan HIS terdapat pilihan user yaitu sebagai engineer atau operator. Dengan begitu walau EWS dan HIS jadi satu operator tetap tidak dapat merubah rancangan sistem.
2.6.6.4 Modul Input Digital
Modul masukan ini berfungsi untuk menerima sinyal-sinyal masukan dari sensor.
Umumnya modul input digital yang digunakan di DCS CENTUM VP menerima sinyal berupa tegangan 24V DC. Jumlah channel yang tersedia bermacam-macam sesuai dengan tipe modul yang dipakai. Seringkali tegangan digital dari sensor tidak sesuai dengan tegangan kerja modul, misalnya masukan dari sensor dengan tegangan kerja 5V DC harus
dikonversikan menjadi tegangan 24V DC agar sesuai dengan tegangan kerja modul. Input digital atau input diskrit hanya mengenali kondisi on atau off, atau mempunyai dua kemungkinan kondisi, yaitu 0 dan 1.
2.6.6.5 Modul Input Analog
Modul input analog berfungsi untuk menerima sinyal analog dan mengkonversikannya ke bentuk digital dengan menggunakan sebuah konverter analog ke digital sehingga dapat diproses oleh prosesor. Kisaran input analog yang dapat diterima tergantung dengan tipe modul. Sinyal yang dapat diterima antara lain 1-5V DC, -10V - +10V DC, 4-20mA DC.
Pada modul yang menerima sinyal 4-20mA DC harus diperhatikan juga besar tegangan ketika modul input analog terhubung dengan sensor, tegangan harus berkisar 24V DC.
Selain modul input yang bertipe menerima sinyal analog dan digital, juga terdapat modul yang menerima pulsa ataupun sensor thermocouple dan RTD. Dengan adanya beberapa tipe, pemilihan modul dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan.
2.6.6.6 Modul Output Digital
Modul output digital pada dasarnya bekerja seperti relay. Modul ini akan mengeluarkan level tegangan tertentu ketika aktif. Tentunya tegangan yang dihasilkan tergantung dengan tipe modul. Modul ini umumnya dipakai apabila DCS digunakan untuk program yang bersifat sekuensial ataupun sebagai safety pada plan tertentu.
2.6.6.7 Modul Output Analog
Modul Output analog berfungsi untuk mengubah sinyal digital dari CPU menjadi sinyal analog pada keluaran DCS. Prinsip kerja modul output analog berlawanan dengan prinsip kerja modul input analog. Kisaran output analog yang dihasilkan antara lain 1-5 V DC, -10 - +10 V DC, 4-20mA DC.
2.6.7 Pemrograman DCS
Secara umum, sistem pemrograman DCS dapat dilakukan dengan menggunakan function block dalam control drawing builder. Dalam satu FCS bisa digunakan ratusan control drawing builder, hal ini mempermudah pengguna untuk merancang pengontrolan sistem yang sangat luas.
2.6.7.1 Dasar-Dasar Pemrograman
Pemrograman kontrol pada DCS menggunakan function block. Dasar-dasar dari pemrograman dari Distributed Control System (DCS) dapat dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Menentukan diskripsi kerja sistem yang akan dikontrol.
2. Menentukan peralatan input dan output yang dipakai kedalam I/O manager.
3. Memilih function block sesuai dengan prinsip kerja sistem yang diinginkan.
4. Menyambungkan antar block dengan wiring sesuai dengan prinsip kerja sistem.
5. Memindahkan program yang telah dibuat ke dalam FCS.
6. Memanggil tagname sistem yang telah dibuat.
2.7 Pompa Sentrifugal
Pompa sentrifugal digunakan untuk memberikan atau menambah kecepatan pada cairan, kemudian merubahnya menjadi energi tekanan. Cairan dipaksa masuk ke sebuah impeller, dengan daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang ada berada dalam cairan tadi. Apabila impeler berputar, maka zat cair yang ada dalam impeller akan ikut berputar akibat dorongan sudu – sudu pada impeller. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeller menuju keluar melalui saluran diantara sudu – sudu dengan kecepatan tinggi (Faisal, M., 2016).
Zat cair yang meninggalkan impeller tersebut dikumpulkan di dalam rumah pompa yang berbentuk spiral atau biasanya disebut volut yang tugasnya mengumpulkan cairan dari impeller dan mengarahkan ke discharge nozzel (Faisal, M, 2016). Discharge nozzel berbentuk seperti kerucut sehingga kecepatan aliran yang tinggi dari impeller bertahap turun, bentuk kerucut ini disebut diffuser. Pada waktu penurunan kecepatan di dalam diffuser diubah menjadi energi tekanan. Jadi impeller pompa berfungsi memberikan kerja pada zat cair sehingga energi yang dikandungnya akan menjadi lebih besar (Faisal, M., 2016), seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Pompa Sentrifugal (Sumber :Faisal, M., 2016) 2.8 Relay
Relay adalah sakelar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara elektronik (elektro magnetik). Sakelar pada relay akan terjadi perubahan posisi off ke on pada saat diberikan energi elektro magnetik pada armature relay tersebut. Relay pada dasarnya terdiri dari 2 bagian utama yaitu sakelar mekanik dan sistem pembangkit elektromagnetik (induktor inti besi) (Irjan, L., 2013). Sakelar dikendalikan menggunakan tegangan listrik yang diberikan ke induktor pembangkit magnet, kemudian digunakan untuk menarik armature tuas saklar atau kontaktor relay, seperti yang dapat dilihat dalam Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Bagian relay elektromagnetik (Sumber :Irjan, L., 2013)
Relay dibutuhkan dalam rangkaian elektronika sebagai eksekutor sekaligus interface antara beban dan sistem kendali elektronik yang berbeda sistem power supply-nya. Secara fisik antara sakelar dengan elektromagnetik relay terpisah sehingga antara beban dan sistem kontrol akan terpisah. Bagian utama relay elektro mekanik adalah sebagai berikut :
1. Kumparan elektromagnet.
2. Sakelar.
3. Armature Spring (Pegas).
Dari konstruksi relay elektro mekanik dapat diuraikan sistem kerja atau proses relay bekerja. Pada saat elektromagnet tidak diberikan sumber tegangan, maka tidak ada medan magnet yang menarik armature, sehingga skalar relay tetap terhubung ke terminal Normally Close (NC). Kemudian pada saat elektromagnet diberikan sumber tegangan, maka terdapat medan magnet yang menarik armature, sehingga saklar relay terhubung ke terminal Normally Open (NO) (Irjan, L, 2013).
Relay elektro mekanik memiliki kondisi sakelar dalam 3 posisi. Ketiga posisi sakelar relay ini akan berubah pada saat relay mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya.
Ketiga posisi saklar relay tersbut yaitu : 1. Normaly On
Kondisi awal sakelar tertutup (On) dan akan terbuka (Off) jika relay diaktifkan dengan cara memberi arus yang sesuai pada kumparan atau koil relay. Istilah lain kondisi ini adalah Normaly Close (NC) seperti dalam Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Relay normaly close (NC).
(Sumber :Irjan, L., 2013)
2. Normaly Off
Kondisi awal sakelar terbuka (Off) dan akan tertutup jika relay diaktifkan dengan cara memberi arus yang sesuai pada kumparan atau koil relay. Istilah lain kondisi ini adalah Normaly Open (NO) seperti dalam Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Relay normaly open (NO).
(Sumber :Irjan, L., 2013)
3. Change-Over (CO) atau Double-Throw (DT)
Relay jenis ini memiliki dua pasang terminal dengan dua kondisi yaitu Normaly Open (NO) dan Normaly Close (NC). Relay juga dibedakan berdasar pole dan throw yang dimilikinya. Pole adalah banyaknya kontak yang dimiliki oleh relay. Sedangkan throw adalah banyaknya kondisi (state) yang mungkin dimiliki sakelar (Effendi, A., 2013). Berikut ini penggolongan relay berdasar jumlah pole dan throw atau disebut juga sebagai simbol relay, yaitu :
1. Single Pole Single Throw (SPST)
Relay ini memiliki empat terminal yaitu, dua terminal kumparan atau koil dan dua terminal saklar (A dan B) yang dapat terhubung dan terputus seperti dalam Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Single Pole Single Throw (SPST) (Sumber : Effendi, A., 2013)
2. Single Pole Double Pole (SPDT)
Relay ini memiliki lima terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil dan tiga terminal saklar (A,B, dan C) yang dapat terhubung dan terputus dengan satu terminal pusat.
Jika suatu saat terminal (misal A) terputus dengan terminal pusat (C) maka terminal lain (B) terhubung dengan terminal pusat tersebut (C), demikian juga sebaliknya seperti dalam Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Single Pole Double Pole (SPDT) (Sumber : Effendi, A., 2013)
3. Double Pole Single Throw (DPST)
Relay ini mempunyai enam terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil dan empat terminal, merupakan dua pasang sakelar yang dapat terhubung dan terputus (A1 dan B1 serta A2 dan B2) seperti dalam Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Double Pole Single Throw (DPST) (Sumber : Effendi, A., 2013)
4. Double pole Double Throw (DPDT)
Relay ini mempunyai delapan terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil, enam terminal merupakan dua saklar yang dapat terputus dan terhubung (A1,B1,C1 dan A2, B2, C2) seperti dalam Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Double pole Double Throw (DPDT) (Sumber : Effendi, A., 2013)
5. Quadruple Pole Double Throw (QPDT)
QPDT sering disebut sebagai Quad Pole Double Throw atau Four Pole Double Throw (4PDT). Relay ini setara dengan empat buah saklar atau relay SPDT atau dua buah relay DPDT dan terdiri dari empat belas pin (termasuk 2 buah untuk koil) seperti dalam Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Quadruple Pole Double Throw (QPDT) (Sumber : Effendi, A., 2013)
Selain itu terdapat jenis-jenis relay lainnya. Relay juga diaplikasikan untuk berbagai keperluan, sehingga dianggap relay tersebut memiliki fungsi khusus, seperti contoh berikut :
a. Timming Relay
Relay yang bekerja untuk sebuah pewaktuan, dimana koil relay akan dianggap on, jika memenuhi beberapa waktu tertentu (misal 5 detik). Timing relay adalah jenis relay yang khusus. Cara kerjanya yaitu jika koil dari timing relay on, maka beberapa detik kemudian baru kontak relay akan on atau off (sesuai jenis NO/NC contact) seperti dalam Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Timming Relay (Sumber : Effendi, A., 2013) b. Latching Relay
Relay ini dipergunakan untuk latching atau mempertahankan kondisi aktif input sekalipun input sebenarnya sudah mati. Cara kerjanya yaitu jika latch coil diaktifkan, maka latch coil tidak akan bisa dimatikan kecuali unlatch coil diaktifkan seperti dalam Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Latching Relay (Sumber : Effendi, A., 2013) c. Reed Relay
Relay ini memiliki seperangkat kontak di dalam vakum atau gas inert untuk mengisi tabung gelas yang melindungi kontak terhadap korosi atmosfer. Kontak tertutup oleh medan magnet yang dihasilkan ketika arus mengalir melalui kumparan di sekeliling tabung gelas. Reed relay mampu mengubah kecepatan lebih cepat daripada jenis relay yang lebih besar.
BAB III
METODE PENELITIAN
Dalam penyusunan skripsi ini merupakan perencanaan dan pembuatan sistem otomatisasi pada motor pompa air DC yang menjadi sebuah alat Pump Plant control dengan menggunakan DCS Yokogawa Centum VP. Langkah – langkah yang perlu dilakukan untuk merealisasikan alat yang akan dibuat adalah sebagai berikut :
1. Perancangan Perangkat Keras.
2. Perancangan Diagram Alir.
3. Perancangan Kerja.
4. Spesifikasi Alat.
5. Pembuatan diagram state.
6. Pengujian software dan hardware.
7. Pembuatan Trend.
8. Pembuatan Graphic.
9. Pengambilan kesimpulan.
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Untuk merealisasikan alat dan sistem yang telah dirancang, maka yang perlu diperhatikan beberapa tahapan dalam pembuatan alat adalah perancangan alat. Perancangan alat ini diakukan sebagai langkah awal sebelum terbentuknya suatu sistem beserta rangkaian elektronik pendukungnya, hal ini dimaksudkan agar sistem otomatisasi pump plant control tersebut dapat berjalan dengan baik dan perancangan sistem yang dilakukan telah meliputi penjelasan mengenai alat miniatur pump plant control.
Pump plant control adalah alat yang dibuat dari bahan plastik bening. Bahan yang dibuat berukuran 18 cm x 18 cm dengan tinggi 20 cm. Pada alat tersebut terdapat 5 pompa yang berfungsi sebagai penyedot air, agar air dapat berpindah dari satu wadah ke wadah lainnya.
Dari 5 pompa terdapat 2 kondisi input yaitu kondisi pertama yaitu 2 pompa dipicu oleh timer selama 30 detik, dan kondisi terakhir yaitu 3 pompa dipicu oleh output sensor level yang apabila ketinggian air mencapai ketinggian yang diinginkan akan mencatu Vcc dengan Vcc
yang telah di pasang sesuai ketinggian level air yang diinginkan, seperti yang dapat dilihat dalam Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Pump plant control
Keterangan :
1. S0 : Saklar On – Off 2. A dan B : wadah air
3. C : Panel lampu indikator 4. M1 : Pompa 1 (T1)
5. M2 : Pompa 2 (T2) 6. M3 : Pompa 3 7. M4 : Pompa 4 (LS1) 8. M5 : Pompa 5 (LS2)
Semua pompa bekerja dengan tegangan yang sama, yaitu 24 volt. Tegangan 24 volt dibuat sama karena tegangan pada DCS Yokogawa Centum VP adalah 24 volt, yang dimana DCS hanya akan bekerja dengan sensor dan aktuator yang memiliki tegangan input sebesar 24 volt.
LAMPU INDIKATOR
1 2
3
4 5
A B
T1 T
2
M1
M3 M2
15CM
S0
ON
S0
OFF
12CM 15CM
3.2 Perangcangan Diagram alir sistem
Ada perancangan alat diperlukan perancangan diagram alir sistem yang dapat menjelaskan sistem secara garis besar dan diharapkan alat dapat bekerja sesuai dengan desain yang diinginkan. Diagram alir sistem dapat dilihat dalam Gambar 3.2.
START
DCS
N
MOTOR POMPA 3
LS_1
=12CM
MOTOR POMPA 4
LS_2
=12CM
MOTOR POMPA 5
LS_3
=15CM
Y
Y N
N
Y TIMER 1
30 Detik
TIMER 2
30 Detik MOTOR POMPA 1
MOTOR POMPA 2
Y Y N
N
END Gambar 3.2 Diagram alir keseluruhan
3.3 Perancangan Kerja
Pump plant control terdiri dari wadah plastik berbentuk persegi dengan ukuran 18 cm x 18 cm x 20cm, motor pompa yang digunakan motor pompa air DC 24v, dan sensor level switch. Untuk mengaktifkan alat secara keseluruhan, maka diperlukannya input on-off yang akan mengaktifkan dan mematian keseluran sistem. Jika ingin mengaktifkan keseluruhan sistem, maka sakelar on-off haruslah berlogika 1 dan apabila saklar on-off berlogika 0 maka sistem keseluruhan akan mati.
Timer digunakan untuk menentukan lamanya waktu menyala pada motor pompa. Setelah alat aktif atau berlogika 1, maka akan mengaktifkan M1, kemudian timer menghitung selama 30 detik dan kemudian memberhentikan M1. Kemudian ketika M1 berhenti menyala, maka akan mengaktifkan M2, sama halnya seperti logika sebelumnya timer menghitung selama 30 detik dan akan memberhentikan M2 dan setelah timer aktif selama 30 detik, M1 akan aktif kembali. Jika M2 berhenti menyala, maka akan mengaktifkan M1. Terus menerus berulang hingga alat di berhentikan (S0 berlogika 0).
M3 dan M4 akan menyala jika LS1 aktif, LS1 akan aktif atau berlogika 1 jika air naik melewati sensor ≥ 12 cm dari dasar wadah dan menggabungkan Vcc dengan Vcc pada sensor.
LS1 akan mati jika ketinggian air < 12 cm. Jika LS1 mati maka M3 dan M4 akan berhenti menyala. M5 akan menyala jika LS2 aktif. LS2 aktif atau berlogika 1 jika air naik melewati sensor ≥ 15 cm dari dasar wadah dan menggabungkan Vcc dengan Vcc pada sensor. LS2 akan mati jika ketinggian air < 15 cm. Jika LS2 mati maka M5 akan berhenti menyala. Siklus ini juga terus berkelanjutan seperti teori sistem kontrol sekuensial.
3.4 Spesifikasi Alat
3.3.1 Yokogawa DCS Centum VP (Vigilant Plant)
DCS (Distributed Control System) merupakan pengembangan sistem kontrol dengan menggunakan komputer dan alat elektronik lainnya agar didapat suatu pengontrolan satu atau lebih dari satu loop sistem. DCS juga mampu mengontrol sistem yang komplek dan bekerja secara real time. Secara garis besar komponen penyusun DCS Centum VP terdiri atas:
1. HIS (Human Interface Station)
Unit ini dipergunakan untuk memonitor dan mengoperasikan suatu proses termasuk menampilkan proses variabel, parameter kontrol dan alarm yang diperlukan oleh pengguna untuk mengetahui kondisi operasi serta status dalam plant.
2. FCS (Field Control Station)
Field Control Station berfungsi sebagai peralatan controller (control station & monitoring station) terdiri dari modul – modul CPU (Processor), I/O Module, Communication Module dan Power Supply Module, dll.
3. ENG (Engineering Station)
ENG atau dikenal sebagai EWS (Engineering Work Station) ialah sebuah komputer yang digunakan untuk konfigurasi dan pemeliharaan sistem. Sebuah computer dapat difungsikan secara bersamaan sebagai HIS maupun ENG. Pada EWS, engineer dapat melakukan fungsi rekayasa, simulasi dan pengembangan sistem tanpa menggagu proses yang berada di lapangan.
Gambar 3.3 Komponen penyusun DCS Centum VP
Seperti pada gambar 3.3 Spesifikasi DCS Centum VP mampu melakukan monitoring terhadap 8.000 tags (inisialisasi proses) dan mampu dihubungkan hingga 256 station.
Centum VP bekerja secara redundant. Sistem redundant ialah dua buah perangkat sistem yang bekerja secara bersama - sama untuk menjaga kinerja sistem dilakukan oleh perangkat yang bekerja normal tanpa menggangu proses. Terdapat perangkat yang bekerja sebagai master dan back-up pada sistem ini atau dengan kata lain DCS ini memiliki masing – masing dua buah Power Supply, baterai, komunikasi bus.
3.3.2 Rangkaian Modul I/O DCS
Modul I/O merupakan perangkat yang terpasang pada FCS di DCS Centum VP. Terdapat 8 slot I/O pada DCS yang dapat dikonfigurasi dengam modul analog maupun modul digital.
Pada penyusunan skripsi ini, hanya menggunakan input modul digital dan analog serta output digital, yaitu:
1. Modul Analog AAI143
Modul Analog AAI143 merupakan modul input analog dengan 16 slot masukan dengan spesifikasi masukan berupa variabel resistor ataupun 4 – 20 mA. Pada perancangan sistem digunakan 1 slot masukan yakni slot masukan limit swicth level sensor.
2. Modul Input Digital ADV151
Modul Digital ADV151 Merupakan modul input digital dengan 32 kontak input dengan nilai keluaran saat bernilai “1” ialah 0 volt, sedangkan saat bernilai “0” ialah 24 Vdc dengan arus 4,1 mA. Pada perancangan sistem digunakan tiga buah kontak input digital untuk starting sistem, batas atas dan batas bawah.
3. Modul Output Digital ADV551
Merupakan modul output digital dengan 32 kontak output dengan nilai keluaran saat bernilai “1” ialah 24 Vdc dengan arus 100 mA, sedangkan saat bernilai “0” ialah 0 volt. Pada perancangan sistem digunakan lima buah kontak output yakni lima pompa yang dihubungkan ke relay.
3.3.3 Level switch
Level Switch ini digunakan untuk memberikan informasi berupa sinyal dengan adanya perubahan ketinggian level air di dalam wadah atau tangki air. Pengukuran ketinggian atau level ini bisa dilakukan secara terus menerus sesuai dengan perubahan ketinggian dari fluida maupun untuk mengukur ketinggian dari matrial pada titik tertentu.seperti gambar 3.4.
Gambar 3.4 Level switch
3.3.4 Relay
Penggunaan Relay adalah karena output dari sensor level pada taraf tegangan 0 – 5 volt, sedangkan untuk PLC sendiri membutuhkan tegangan untuk kondisi input sebesar 24 volt.
Oleh karena itu dibutuhkan relay untuk mengaktifkan atau memberikan sinyal ke PLC untuk memberikan logika high (24 volt) maupun low (0 volt), seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Relay omron DBDT
3.3.5 Pompa air DC 24 V
Pompa air DC 24 V ini digunakan sebagai aktuator pada sistem ini. Fungsi dari pompa air ini adalah untuk mengalirkan air ke dalam tangki. Pompa air yang digunakan sebagai aktuator ini memiliki tegangan masukan sebesar 24 V. Pompa air 24 V ditunjukkan dalam gambar 3.6.
Gambar 3.6 Pompa Air TIY – 152
3.3.6 Pump plant control
Pump plant control bekerja dengan catu daya 24 volt dan berfungsi sebagai plant pada sistem. Plant ini terdiri atas 5 pompa air yang dikombinasikan dengan 2 kondisi input, yaitu input dari sensor level switch , dan timer. Pump plant control dapat dilihat dalam Gambar 3.7.
Gambar 3.7 plant system
3.5 Perancangan Diagram State
Diagram state digunakan untuk mempermudah dalam memahami sistem kerja alat, dengan didasari sistem kerja alat dan dihasilkan sebuah diagram state yang nantinya dijadikan sebuah acuan dalam pembuatan alat tersebut. Diagram state alat dapat dilihat dalam Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Perancangan diagram state
%Z011111 3 M 1
%Z011111 4 M 2
%Z011111 5 M 3
%Z011111 6 M 4
%Z011111 7 M 5 0
RESET
Hapus semua isi memori (Reset)
1 M 0
2 M 1
3 M 2
4 M 3
5 M 4
6 M 5
Mengaktifkan memori
T mulai menghitung untuk selang 30s
Motor pompa air 1 ON Lampu indikator ON
Motor pompa air 2 ON Lampu indikator ON
Motor pompa air 3 ON Lampu indikator ON
T1 mulai menghitung untuk selang 30s
M 0
3.6 Pengujian software dan hardware 3.6.1 Pengujian DCS
Tujuan pengujian DCS adalah untuk mengecek input dan output pada DCS dapat berfungsi secara baik atau tidak dan untuk mengecek program yang sudah dibuat pada HIS (Human Interface System) dapat dijalankan oleh FCS (Field Control Station).
Peralatan yang digunakan terdiri atas, yaitu : 1. HIS (Human Interface System).
2. FCS (Field Control Station).
3. Program dengan menggunakan Input dan output digital.
4. Multimeter.
Prosedur pengujian meliputi:
1. Membuat inisialisasi I/O yang akan digunakan pada FCS, tujuannya agar lebih mudah untuk memanggil pada DrawingBuilder.
2. Mendownload I/O yang telah diinisialisasi.
3. Membuatan program pada DrawingBuilder dengan menggunakan I/O yang sudah diinisialisasi.
4. Mendownload program yang telah dibuat.
5. Memanggil faceplate dengan cara mengetikkan nama program yang akan diamati dari menu Name.
6. Mengecek logika serta arus dan tegangan pada I/O DCS.
Tabel 3. 1
Hasil Pengujian I/O DCS
Input Digital Output Digital Tegangan Input Digital
Tegangan Output Digital
OFF OFF 24 V -
ON ON - 24 V
Dari data tabel 3.1 dapat diamati bahwa hasil I/O pada DCS dapat bekerja dengan baik.
3.6.2 Pengujian Timer
Pada pengujian timer ini timer berperan sebagai input digital pada DCS. Pengujian timer bertujuan apakah pemberian logika penyalaan oleh DCS pada motor pompa DC 24 V sudah benar sehingga output digital pada DCS dapat berjalan dengan benar.
Peralatan yang digunakan terdiri atas, yaitu:
1. HIS (Human Interface System).
2. FCS (Field Control Station).
3. Program dengan menggunakan Input dan output digital.
4. 2 Buah motor pompa air DC 24 V.
Prosedur pengujian meliputi:
1. Menyusun rangkaian antara 2 motor pompa air DC 24 V dengan DCS sehingga pompa dapat digunakan sebagai output digital.
2. Membuat inisialisasi I/O digital yang akan digunakan pada FCS. Input digital yang diinisialisasi disesuaikan dengan timer untuk menjalakan pompa air DC 24 V.
3. Mendownload I/O yang telah diinisialisasi.
4. Membuat program pada DrawingBuilder dengan menggunakan I/O yang sudah diinisialisasi.
5. Mendownload program yang telah dibuat.
6. Memanggil faceplate I/O dengan cara mengetikkan nama program yang akan diamati dari menu Name.
Hasil pengujian timer pada motor pompa DC 24 V ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2
Hasil Pengujian Timer
No Kondisi Pembacaan DCS Output 1 DCS Output 2 DCS
1 Motor Pompa 1 30 s On Off
2 Motor pompa 2 30 s Off On
Dari data Tabel 3.2 dapat diamati bahwa timer motor pompa dapat digunakan sebagai input digital pada DCS dan dapat bekerja dengan baik.
3.6.3 Pengujian Level Switch
Pada pengujian Level switch ini berperan sebagai input digital pada DCS. Pengujian level switch bertujuan apakah pemberian logika penyalaan oleh level switch pada DCS sudah benar sehingga output digital pada DCS dapat berjalan dengan benar.
Peralatan yang digunakan terdiri atas, yaitu:
1. HIS (Human Interface System).
2. FCS (Field Control Station).
3. Program dengan menggunakan Input dan output digital.
4. 3 Buah motor pompa air DC 24 V.
Prosedur pengujian meliputi:
1. Menyusun rangkaian antara level switch dengan DCS sehingga dapat digunakan sebagai input digital.
2. Membuat inisialisasi I/O digital yang akan digunakan pada FCS. Input digital yang diinisialisasi disesuaikan dengan level switch dengan 2 motor pompa DC 24 V.
3. Mendownload I/O yang telah diinisialisasi.
4. Membuat program pada DrawingBuilder dengan menggunakan I/O yang sudah diinisialisasi.
5. Mendownload program yang telah dibuat.
6. Memanggil faceplate I/O dengan cara mengetikkan nama program yang akan diamati dari menu Name.
Hasil pengujian level switch ditunjukkan pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3
Hasil Pengujian Level switch
No Kondisi Pembacaan sensor level ketinggian
Output 1 DCS Output 2 DCS
1 Motor Pompa 3 dan 4
12 cm ON OFF
2 Motor Pompa 3, 4 dan 5
15 cm ON OFF
Dari data Tabel 3.3 dapat diamati bahwa level switch dapat digunakan sebagai input digital pada DCS dan dapat bekerja dengan baik. Level switch dapat mengirimkan sinyal kepada DCS untuk mengaktifkan dan mematikan output pada DCS.
3.6.4 Pengujian Relay OMRON DPDT (Double Pole Double Throw).
Tujuan pengujian Relay OMRON DPDT adalah untuk mengetahui apakah relay dapat bekerja dengan baik saat diberikan catu daya 24 V. Catu daya 24 V yang diberikan berasal dari output digital pada DCS.
Peralatan yang digunakan terdiri atas, yaitu:
1. Relay OMRON DBPT.
2. Catu daya 24 V.
Prosedur pengujian meliputi:
1. Menyusun rangkaian antara relay dengan output digital DCS.
2. Menghubungkan pin 13 dan 14 pada relay dengan catu daya 24 V yang ada pada output digital DCS.
3. Membuat program pada DCS dengan output digital yang sudah terinisialisasi dengan relay.
4. Melihat kondisi relay dan mengukur tegangan menggukan multimeter.
Hasil pengujian Relay OMRON DBPT Ditunjukan pada tabel 3.4.
Tabel 3.4
Hasil Pengujian Relay OMRON DBPT
Output Digital Catu Daya (V) Kondisi Relay
OFF 0 Tidak aktif
ON 24 Aktif
Dari data Tabel 3.4 dapat diamati bahwa relay dapat digunakan sebagai input digital pada DCS dan dapat bekerja dengan baik.
3.7 Pembuatan Trend
Trend adalah software pada DCS centum VP untuk proses sampling data yang kemudian di tampilkan dalam bentuk grafik. Alur pembuatannya seperti terlihat di flowchart dalam gambar 3.9.
Gambar 3.9 Diagram Alir Pembuatan Trend Mulai
Buka system view
Klik menu HIS0164
Klik kanan Windows
Pilih created new
Lakukan format sesuai kebutuhan data
Edit isi nama Graphic yang di buat dengan memasukan tag nama
PV/MV/SV
Selesai
3.8 Pembuatan Graphic
Pembuatan Graphic bertujuan untuk membuat animasi perangkat sesungguhnya pada software, sehingga saat pengontrolan proses yang terjadi pada sistem dan alat dapat diamati pada HIS. Untuk membuat Graphic dalam DCS dapat mengikuti flowchart pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Flowchart pembuatan Graphic Mulai
Buka system view
Klik menu HIS0164
Klik kanan Windows
Pilih created new Windows
Lakukan format sesuai kebutuhan data
Edit dan buat Graphic sesuai alat proses yang digunakan
Selesai
Gambar 3.11 Function Blok keseluruhan sistem
Pada Function Blok diatas terdapat 3 input digital berupa level 1, level 11 dan level 2 yang akan masuk ke dalam blok sequence dan mempengaruhi satu output digital sesuai dengan program yang di tuliskan yang nanti dapat mengaktifkan pompa. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam gambar 3.12.
Gambar 3.12 Sequence Tables
Pada Sequence Tables di jelaskan bahwa untuk memulai sistem maka harus mengaktifkan tombol ON pada DCS. Ketika tombol ON ditekan makan akan mengaktifkan
timer pompa 1 mengisi wadah selama 30 detik. Selanjutnya timer 2 akan aktif jika timer satu behenti. Timer 2 akan mengaktifkan pompa 2 mengisi wadah selama 30 detik dan akan berulang ulang kembali sampai berlogika 0 (tidak aktif).
3.9 Pengambilan kesimpulan
Kesimpulan diambil berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian sistem secara keseluruhan. Jika hasil yang didapat telah sesuai dengan yang direncanakan sebelumnya, maka sistem kontrol sekuensial tersebut telah berhasil dan memenuhi harapan.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dan pembahasan ini dilakukan dengan melakukan pengujian untuk mengetahui keberhasilan alat yang di buaat secara menyeluruh. Pengujian alat dilakukan berdasarkan blok diagram yang dirangkan dengan menggunakan DCS Yokogawa Centum VP. Pengujian pada perangkat lunak ini bertujuan untuk mengetahui apakah perangkat lunak yang dibuat sesuai dengan blok diagram yang telah di rencanakan.
1. Pengujian DCS Yokogawa Centum VP.
2. Pengujian timer.
3. Pengujian Relay.
4. Pengujian Level.
5. Pengujian keseluruhan sistem.
4.1 Pengujian DCS a. Tujuan .
Tujuan pengujian DCS adalah untuk mengecek apakah program yang sudah dibuat pada HIS (Human Machine Interface) DCS dapat dijalankan oleh FCS (Field Control Station) dan juga untuk mengecek I/O DCS bisa berfungsi secara baik atau tidak.
b. Peralatan yang digunakan.
Alat yang dibutuhkan pada pengujian DCS ialah sebagai berikut:
1. HIS (Human Machine Interface).
2. FCS (Field Control Station).
3. Program yang mewakili input analog dan output digital.
4. Multimeter.
c. Langkah Pengujian.
Percobaan dilakukan dengan menjalankan langkah-langkah berikut ini : 1. Pembuatan program pada HIS, ditunjukkan pada Gambar 4.1.
2. Download program yang telah dibuat ke FCS.
3. Pengecekan logika serta arus dan tegangan yang terbaca pada I/O DCS.
4. Tunggu sampai program tidak ada error.
