Makalah Kerja Praktek
PERANCANGAN SHUT DOWN SYSTEM PADA UNIT BOILER PLANT
SIMULATOR MENGGUNAKAN PLC ALLEN BRADLEY SECARA SIMULASI DI
LABORATORIUM INSTRUMENTASI PUSDIKLAT MIGAS CEPU
Achmad Hermansyah (21060110120008)[1] Wahyudi, S.T.,M.T.[2] (196906121994031001)Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Abstrak.
Untuk mengimbangi kemajuan teknologi yang terus berkembang, maka mahasiswa Konsentrasi Kontrol dan Instrumentasi, Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponogoro, diharapkan untuk selalu meningkatkan kemampuan diri dalam mengimbangi laju perubahan teknologi yang semakin hari semakin berkembang secara pesat di dalam era globalisasi. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan melaksanakan Kerja Praktek di lapangan, yakni di industri atau perusahaan.
Pengelolaan sistem skala besar yang ada pada industri minyak dan gas akhir-akhir ini telah menggunakan PLC sebagai kontroler dalam mengatur setiap instrumentasi. PLC tersebut bekerja dengan menggunakan logika-logika yang disusun melalui bahasa pemrograman Ladder Diagram. Selain dapat melakukan aksi pengontrolan, dari PLC ini operator dapat memantau kinerja plant melalui HMI (Human Machine Interface) tanpa harus melihat secara langsung kondisi pada plant. Selain itu, dengan PLC yang telah terkoneksi secara terpadu, pihak operator maupun pusat dapat memantau dan melakukan aksi control dengan hanya melalui SCADA (System Control and Data Acquisition) yang ada pada control room serta dapat juga melihat rekam jejak data-data yang terjadi pada plant.
Kata Kunci : Sistem Kontrol, Instrumentasi, PLC, Pengontrolan
I.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pusdiklat Migas Cepu yang berada di
bawah Kementrian Energi dan Sumber Daya
Mineral Indonesia, merupakan satu-satunya
pusat
pendidikan
dan
pelatihan
dalam
pengelolaan energi minyak dan gas yang diakui
di Indonesia. Pusdiklat ini dilengkapi alat-alat
yang canggih, para praktikan dan peserta diklat
diharapkan mampu memenuhi standar minimal
yang diterapkan guna dapat bekerja di industri
pengolahan minyak dan gas bumi.
Pada paper ini di PLC yang digunakan
adalah PLC Allen Bradley Micro Logix, yang
mana digunakan sebagai simulator shut down
system boiler
dengan menggunakan modul
yang telah tersedia di Pusdiklat Migas Cepu.
Shut down system
ini berfungsi untuk
memberitahu operator jika terjadi hal yang
tidak semestinya.
1.2
Pembatasan Masalah
Dalam melakukan penyusunan laporan
ini, agar pembahasan menjadi terarah dan tidak
meluas maka penulis membatasi permasalahan
yang dibahas. Adapun pembatasan masalahnya
yaitu laporan ini hanya membahas sumulasi
shut down system boiler
dengan menggunakan
PLC Allen Bradley Micro Logix.
II.
Dasar Teori
2.1
Programmable
Logic
Controller
(PLC)
Programmable Logic Controller
(PLC)
pada dasarnya adalah sebuah komputer yang
khusus dirancang untuk mengontrol suatu
proses atau mesin. Proses yang dikontrol ini
dapat berupa regulasi variabel secara kontinyu
seperti pada sistem-sistem servo atau hanya
melibatkan kontrol dua keadaan (On/Off) saja
tapi dilakukan secara berulang-ulang seperti
umum kita jumpai pada mesin pengeboran,
sistem
konveyor,
dan
lain
sebagainya.
Berdasarkan namanya, konsep PLC adalah
sebagai berikut :
1.
Programmable, menunjukkan kemampuan
dalam hal memori untuk menyimpan
program yang telah dibuat yang dengan
mudah
diubah-ubah
fungsi
atau
kegunaannya.
2.
Logic, menunjukkan kemampuan dalam
memproses input secara aritmatik dan
logic (ALU), yakni melakukan operasi
membandingkan,
menjumlahkan,
mengalikan,
membagi,
mengurangi,
negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.
3.
Controller, menunjukkan kemampuan
sehingga
menghasilkan
output
yang
diinginkan.
Gambar 1 Diagram blok PLC
Gambar 1 menunjukkan diagram blok
PLC secara sederhana. Pada prinsipnya sebuah
PLC melalui modul input bekerja menerima
data-data berupa sinyal dari peralatan input luar
(external input device) dari sistem yang
dikontrol. Peralatan input luar tersebut antara
lain berupa sakelar, tombol, sensor. Data-data
masukan yang masih berupa sinyal analog akan
diubah oleh modul input A/D (analog to digital
input module
) menjadi sinyal digital.
2.1.1 Fungsi Umum PLC
Secara umum fungsi PLC adalah sebagai
berikut:
1.
Sekuensial kontrol.
PLC memproses input sinyal biner
menjadi output yang digunakan untuk
keperluan
pemrosesan
teknik
secara
berurutan
(sekuensial),
disini
PLC
menjaga agar semua step atau langkah
dalam proses sekuensial berlangsung
dalam urutan yang tepat.
2.
Monitoring Plant.
PLC secara terus menerus memonitor
status suatu sistem (misalnya temperatur,
tekanan,
tingkat
ketinggian)
dan
mengambil tindakan yang diperlukan
sehubungan dengan proses yang dikontrol
(misalnya nilai sudah melebihi batas) atau
menampilkan
pesan
tersebut
pada
operator.
3.
Shutdown system
Prinsip
kerja
sebuah
PLC
adalah
menerima sinyal masukan proses yang
dikendalikan lalu melakukan serangkaian
instruksi logika terhadap sinyal masukan
tersebut sesuai dengan program yang
tersimpan
dalam
memori
lalu
menghasilkan
sinyal
keluaran
untuk
mengendalikan aktuator atau peralatan
lainnya.
2.1.2
Pemrograman PLC
Pada PLC terdapat beberapa instruksi
fungsi yang dapat kita gunakan untuk
membantu dalam membuat suatu program.
Semua instruksi tersebut nantinya yang
menggantikan
kontaktor-kontaktor
konvensional, antara lain:
1.
Bit Logic
Instruksi bit logic bekerja dengan 2
keadaan, yaitu 1 atau 0. Logika 1 menandakan
aktif dan logika 0 menandakan tidak aktif.
Berikut ini macam-macam fungsi instruksi bit
logic
:
•
--| |-- Normally Open Contact
Normally open contact
akan menjadi
tertutup (closed) ketika nilai bit dari
address
bernilai “1”.
•
--| / |-- Normally Closed Contact
Pada normally closed contact, saat address
bernilai “0” saklar sudah tertutup sehingga
nilai
pengoperasiannya
bernilai
“1”,
sedangkan untuk pemberian logika “1”
pada saklar akan membuat saklar menjadi
terbuka
sehingga
nilai
akhir
pengoperasiannya bernilai “0”.
•
--|NOT|-- Invert Power Flow
Instruksi ini digunakan apabila ingin
membalik suatu keadaan, misalnya dari 0
menjadi 1 atau dari 1 menjadi 0.
•
--( ) Output Coil
Instruksi ini dipasang pada akhir network
dan statusnya dipengaruhi oleh
instruksi-instruksi yang ada di depannya
2.2
PLC Allen Bradley Micro Logix
PLC ini merupakan pengontrol yang
dapat diprogram yang terdiri dari unit utama,
yang berisi power supply, input, dan output
sirkuit, serta prosesor. Kontroler ini dilengkapi
dengan 24 atau 28 pin I/O tertanam. PLC ini
jika diperlukan kembali I/O tambahan, dapat
ditambahkan dengan menggunakan Compact I /
Gambar 2 Slot tambahan PLC
Software
dalam membuat program
yang
akan
dijalankan
pada
PLC
ini
menggunakan RS Logix 500 ver 4.0 atau versi
yang lebih baru. Hal ini dikarenakan terdapat
fitur – fitur yang pada software versi lama tidak
mendukung pada PLC yang terbaru. PLC ini
dapat dihubungkan ke komputer pribadi atau
PC.
2.3
Sistem Boiler
Boiler
adalah suatu unit pesawat yang biasa
dipakai untuk merubah air menjadi uap yang
bertekanan tertentu di dalam dapur (furnace).
Energi panas dari bahan bakar diberikan kepada
air melalui bagian pendidih sehingga terbentuk
uap. untuk menghasilkan uap yang bertekanan,
diperlukan panas yang berasal dari proses
pembakaran bahan bakar yang terjadi pada
ruang
bakar.
Proses
pemanasan
boiler
dilaksanakan dalam tiga tahap, yaitu :
1.
Proses pemanasan sehingga uap air
menjadi uap basah (wet steam).
2.
Proses pemanasan sehingga air jenuh
menjadi uap jenuh. (saturated steam).
3.
Proses pemanasan sehingga uap jenuh
menjadi uap panas lanjut (superheated
steam
)
2.3.1
Sistem Kontrol Boiler Wanson
Pada boiler wanson, dalam operasinya
ditunjang dengan beberapa system control,
yaitu :
1.
Sistem Kontrol Level
Sistem kontrol yang digunakan sebagai
pusat pengaturan dari berapa level air
yang dibutuhkan untuk proses produksi.
Sistem kontrol ini dibagi menjadi
beberapa metode kontrol, yang mana
masing-masing metode tersebut bekerja
secara bersama, salah satunya adalah :
a.
Constant Level Control
Sistem kontrol yang berfungsi untuk
mengatur valve saluran air umpan ketel.
Apabila level air dalam ketel uap
menurun maka igema akan turun
sehingga akan menggerakkan katup
solenoid valve
untuk membuka. Aliran
udara bertekanan akan diteruskan untuk
menekan piston, maka dari tekanan
piston akan diteruskan ke butterfly valve
sehingga valve akan membuka.
2.
Sistem Kontrol Tekanan
Sistem kontrol ini dibagi menjadi
beberapa bagian, yaitu :
a.
Pressure Control
Berfungsi untuk mencegah tekanan uap
di dalam ketel uap sesuai dengan
pengiriman bahan bakar dan udara
pembakaran di mana kebutuhan selalu
diatur seimbang dengan tekanan yang
dikehendaki.
3.
Sistem Kontrol Pembakaran
Sistem
kontrol
pembakaran
dibagi
menjadi :
a.
Kontrol Temperatur Bahan Bakar
Berfungsi
untuk
mempertahankan
temperature
bahan bakar agar tidak
terlalu rendah (±
C). Jika temperatur
dari bahan bakar jauh lebih rendah, maka
control valve
bahan bakar menutup dan
api akan mati.
b.
Kontrol Udara Pembakaran
Berfungsi untuk mendeteksi tekanan
udara pembakaran yang disalurkan oleh
blower,
sehingga pressure switch akan
memberikan sinyal ke control panel
bahwa udara pembakaran telah tersedia.
(permissive start).
4.
Sistem Kontrol Aliran
Sistem kontrol aliran dibagi menjadi
beberapa bagian yang mendukung, yaitu :
a.
Aliran Steam Keluaran dari Boiler
Peralatan yang dipasang di sini adalah
untuk memonitor temperature flow gas
yang keluar dari cerobong. Alat ini
terdiri dari transmitter yang dilengkapi
dengan recorder (kondisi rusak) yang
hanya terdapat nilai temperature yang ke
luar dari boiler dengan tekanannya.
b.
Temperature Flow Gas
Peralatan
yang
dipasang
berupa
temperature indicator
yang digunakan
untuk memonitor air umpan pada
deaerator.
Boiler
ini digunakan berbagai elemen
dan instrumentasi yang sama persis dengan
yang ada di lapangan, seperti transmitter,
controller
, dan sebagainya. Desain telah dibuat
sedemikian rupa sehingga aksi pengontrolan
dapat dilakukan dengan baik, ditunjukkan pada
Gambar 4.
Gambar 4 Boiler drum simulator
III.
Shut Down System Boiler
3.1
Aplikasi PLC dalam Proses Shut
Down System
Simulasi
shut
down
system
ini,
indikator kondisi tidak normal adalah dengan
melihat nilai dari pressure dan level yang
bekerja pada boiler. Di mana jika terjadi salah
satu dari keempat kondisi, yaitu tekanan yang
terlalu rendah, tekanan yang terlalu tinggi, level
yang terlalu rendah, dan level yang terlalu
tinggi maka akan mengaktifkan alarm dan
lampu indikator sebagai tanda sehingga
operator cepat mengetahui ketidaknormalan
terebut.
3.2
Perancangan Ladder Diagram
Pertama perlu ditentukan terlebih
dahulu banyaknya input dan output yang akan
digunakan.
Tabel
1
ini
menunjukkan
banyaknya jumlah input dan output yang
digunakan dalam shut down system pada boiler
simulator.
Tabel 1 Definisi Input-Output
Input
Output
Level low (LSLL)
Level Indikator Low
(LAL)
Level high (LSHH)
Level Indikator High
(LAH)
Pressure low (PSLL)
Pressure
Indikator
Low (PAL)
PressureHigh
(PSHH)
Pressure
Indikator
High (PAH)
Acknowledge
Alarm
Stop
Prinsip kerja dari shut down system ini
adalah jika terjadi salah satu keadaan diantara
empat input seperti terlihat pada Tabel 4.1,
(LSLL, LSHH, PSLL, dan PSHH) maka alarm
akan berbunyi dan akan mengaktifkan lampu
indikator sesuai dengan keadaan yang terjadi.
Acknowledge
digunakan untuk mematikan
bunyi dari alarm tanpa mematikan indikator
lampu. Tombol stop digunakan untuk me-reset
kembali ke keadaan normal. Dari kondisi
tersebut dapat dilakukan trials and errors untuk
mendapatkan ladder diagram yang sesuai
dengan
yang
diinginkan,
sperti
yang
ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Ladder diagram
Rung
3 menyatakan jika sensor pressure high
aktif, maka akan mengaktifkan lampu 3 yang
menandakan bahwa boiler melebihi batas
tekanan
yang
diperbolehkan.
Rung
4
menyatakan jika sensor level low aktif, maka
akan mengaktifkan lampu 6 yang menandakan
bahwa boiler kurang dari batas tekanan yang
diperbolehkan.
Setiap
penyalaan
lampu
indicator menggunakan sistem latch atau kunci,
karena
di
sini
mengasumsikan
sensor
menggunakan push button. Setiap penyalaan
lampu terdapat tombol stop. Tombol stop ini
dalam ladder diagram menggunakan normally
open
dikarenakan dalam hardware dibuat
sedemikian sehingga jika tombol stop ditekan
maka akan me-reset setiap keadaan dari
masing-masing lampu. Rung 1 menandakan
bahwa setiap sensor apabila aktif maka akan
menyalakan alarm. Acknowledge digunakan
untuk mematikan bunyi alarm.
3.3 Pemrograman Ladder Diagram
Proses pembuatan program ladder
diagram
pada PLC untuk pengendalian suhu
dan tekanan pada boiler drum, dilakukan
langkah-langkah sebagai berikut :
1.
Pilih ikon RSLogix 5000 yang telah di
install
pada PC.
2.
Pilih Menu, kemudain New.
3.
Kotak tampilan New Controller akan
muncul. Kemudian pilih tipe PLC sesuai
dengan yang digunakan. Pilih OK.
4.
Pada blok sebelah kiri pilih Task-Main
Task-Main Program-Main Routine
untuk
membuat rung yang ditunjukkan pada
Gambar 6.
Gambar 6 Membuat rung
5.
Menampilkan rung untuk menempatkan
ladder diagram
seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 7.
Gambar 7 Tampilan rung
6.
Pada tool bar bagian atas akan tampak
gerbang-gerbang yang digunakan untuk
membuat ladder diagram, normally open,
normally close, coil,
dan lain-lain yang
ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8 Tempat toolbar gerbang-gerbang logika
7.
Susun gerbang-gerbang tersebut sehingga
menjadi
ladder
diagram
yang
telah
disiapkan.
8.
Kemudian berikan label pada setiiap
gerbang logika, dengan menekan mouse
kanan pada bagian atas gerbang logika
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Pemberian label
Gambar 10 Tag properties
10.
Dari data modul input dan output yang
terlihat pada RS view, maka langkah
selanjutnya adalah memasukkan tipe-tipe
modul tersebut ke dalam program yang kita
buat.
11.
Menekan mouse bagian kanan pada I/O
C
onfiguration pada toolbar sebelah kiri, lalu
pilih new module.
12.
Pilih tipe modul yang sesuai dengan yang
terpasang pada PLC sesuai dengan yang
ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11 Tampilan select module
13.
Pada konfigurasi modul, beri nama modul
sesuai dengan kegunaan.
14.
Setelah semua modul I/O terkonfigurasi
semua pada program PLC yang kita buat,
langkah selanjutnya adalah memberikan
alamat pada ladder diagram. Langkahnya
adalah dengan tekan mouse sebelah kanan
pada logika yang akan kita beri alamat, lalu
pilih edit.
15.
Pada table Tags Properties, ubah tipe logika
ke dalam bentuk Alias. Lalu ubah data type
sesuai dengan sifatnya. Sebagai contoh data
digital
pilih modul I/O digital, kemudain
pilih salah satu alamat yang tersedia seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12 Konfigurasi alamat logika
16.
Lakukan pada setiap gerbang logika, sesuai
dengan konfigurasi input dan output.
17.
Untuk mengaktifkan simulasi, dengan cara
pilih ikon download di toolbar sebelah
kanan seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 13.
Gambar 13 Simulasi mode
18.
Muncul box lalu pilih download seperti pada
Gambar 14.
3.4
Hasil Simulasi
Ladder diagram
yang telah dibuat
selanjutnya disimulasikan menggunakan modul
PLC yang telah tersedia. Pemrograman PLC
tersebut masing-masing tombol push button
mewakili satu keadaan. Port DI.0 adalah level
high
, DI.1 adalah level low, DI.2 adalah
acknowledge
, DI.3 adalah pressure high, DI.4
adalah pressure low, dan DI.6 adalah tombol
stop
. Sebagai output-nya masing – masing
adalah DO.1 sebagai indikator level low, DO.2
sebagai indikator level high, DO.5 sebagai
indikator pressure low, DO.6 sebagai indikator
pressure high
, dan satu buah alarm.
Kondisi pertama, jika ditekan tombol
level low
, maka indikator lampu DO.1 akan
menyala. Alarm akan mati jika ditekan tombol
acknowledge
, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 15.
Gambar 15 Simulasi keadaan pertama
Pada kondisi kedua, jika ditekan tombol
level high
, maka indikator lampu DO.2 akan
menyala dan diikuti dengan nyala alarm. Alarm
akan mati jika ditekan tombol acknowledge,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.
Gambar 16 Simulasi keadaan kedua
Pada kondisi ketiga, jika ditekan tombol
pressure high
, maka indikator lampu DO.5
akan menyala dan diikuti dengan nyala alarm.
Alarm
akan mati jika ditekan tombol
acknowledge
, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 17.
Gambar 17 Simulasi keadaan ketiga
Pada kondisi keempat, jika ditekan
tombol level low, maka indikator lampu DO.5
akan menyala dan diikuti dengan nyala alarm.
Alarm
akan mati jika ditekan tombol
acknowledge
, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 18.
Gambar 18 Simulasi keadaan keempat
Tombol DO.6 akan ditekan yang
merupakan tombol stop, maka akan me-reset
semua keadaan kembali ke dalam keadaan
normal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
19.
Gambar 19 Lampu indikator menyala
