SISTEM PEMANASAN AIR MENGGUNAKAN SCADA
SOFTWARE DENGAN WONDERWARE INTOUCH
Oleh
Chinthia Febriana Manuputty NIM : 612007712
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Sebagai salah satu persyaratan guna memperoleh gelar SARJANA TEKNIK
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya, yang bertanda tangan di bawah ini:
NAMA : Chinthia Febriana Manuputty
NIM : 612007712
JUDUL SKRIPSI : Sistem Pemanasan Air Menggunakan SCADA
Software dengan Wonderware InTouch
Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apa pun sesuai aturan yang berlaku.
Salatiga, 10 April 2015
Chinthia Febriana Manuputty Materai
Rp.6000,-
i
INTISARI
Dalam skripsi ini dibuat sebuah sistem otomatisasi pemanasan air mengunakan PLC OMRON CPM2A-40CDR-A sebagai pengendali utama dan sistem SCADA dengan software HMI Wonderware InTouch yang dapat melakukan pengawasan, pengendalian dan akuisisi data pada sistem.
Sistem ini dikerjakan oleh operator yang akan menjalankan sistem melalui tombol yang ada pada User Interface (UI) menggunakan HMI InTouch. Operator mengaktifkan tombol untuk pengisian air, maka solenoid valve electric bagian atas akan bekerja, sehingga secara otomatis air akan mengalir ke dalam tangki dan akan berhenti jika sudah mencapai batas atas dari ketinggian air. Jika solenoid
valve electric bagian atas berhenti bekerja, maka pemanas akan berfungsi secara
otomatis untuk memanaskan air hingga mencapai suhu 70oC. Jika operator ingin
mengalirkan air panas keluar dari tangki, maka dapat menekan tombol pada HMI yang akan mengaktifkan solenoid valve electric bagian bawah, sehingga secara otomatis air akan mengalir keluar dari tangki hingga mencapai batas bawah air. Pada saat solenoid valve electric bagian bawah berhenti bekerja, maka solenoid
valve electric bagian atas akan aktif kembali. Operator dapat mengawasi kapasitas
dan suhu air di dalam tangki, serta mampu mengendalikan proses kerja sistem pada layar HMI.
Sistem ini mampu melakukan pengisian dan pemanasan air dengan volume
ii
ABSTRACT
In this thesis, an automatic water heater was system was made using an OMRON PLC CPM2A-40CDR-A as the main controller and SCADA system with Wonderware InTouch HMI software which perform monitoring, control and data acquisition system.
This system is operated by operator who will run the system via the button on the User Interface (UI) using InTouch HMI. Operator activates the button for filling the water, then the top of the solenoid valve electric will work, so that the water will automatically flow into the tank and will stop if it has reached the top limit of the water level. If top of the solenoid valve electric stop working, then the heater will function automatically to heat the water until it reached a temperature of 70°C. If the operator wants to drain the hot water out of the tank, it can push the button on the HMI which will activate the bottom of the solenoid valve electric, so that the water will automatically flow out of the tank until the water reaches the bottom threshold. When the bottom of the solenoid valve electric stops working, the top of the solenoid valve electric will actively work again. Operator can monitor the capacity and water temperature in the tank, and be able to control the work process of the system on the HMI screen.
The system is capable of filling and heating water with a volume of 51 liters and a temperature of 70°C within 1 hour 43 minutes.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih anugrah yang dilimpahkan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan perancangan dan penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Terima kasih atas segala dukungan, bantuan dan doa dari berbagai pihak yang telah membantu penulis selama masa perkuliahan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, khususnya kepada :
1. Keluarga yang kekasih, Papa (David Manuputty), Mama
(S.Yudhaningsih Manuputty) dan ketiga saudara/i Christina N. Manuputty, S.Si., Joshua M. Manuputty, dan Zefhanya C. Manuputty, yang senantiasa memberi semangat dan selalu mendoakan untuk yang terbaik dan mengajarkan penulis untuk tidak cepat menyerah dalam setiap pergumulan.
2. Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc., selaku Pembimbing I dan Wali Studi yang telah membimbing dan merencanakan jalur perkuliahan, juga mengarahkan dan mengevaluasi selama proses mengerjakan skripsi sampai selesainya.
3. Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng., selaku Pembimbing II dan Koordinator Konsentrasi yang telah membimbing, mengarahkan dan mengevaluasi selama proses mengerjakan skripsi sampai selesainya. 4. Bapak F. Dalu Setiadji, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik
Elektro yang mendukung selama masa studi.
5. Seluruh staff dosen Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer yang telah memberikan didikan dan ajaran selama masa perkuliahan.
6. Seluruh karyawan dan laboran FTEK atas pelayanan dan bantuannya selama proses menyelesaikan masa perkuliahan.
7. Keluarga PETROS in the kost untuk setiap moment yang sudah dijalani bersama – sama di dalam Tuhan.
iv
8. Big THANKS for Richard’07, Rofian’07, Eko’07, Rich’09, Heri’07, dan para penghuni Lab XT (Astu’09, Galang’07, Nofan’07, Dhani’08, Rendi’07, Robot’07, Icha’07, Didik’07, Andhika’07, Samuel’07, Mas Deka, Mas Tris, Mas Ari, Mas Krisna) yang telah banyak membantu dan menemani semasa di Lab XT.
9. Seluruh teman – teman angkatan 2007 FTEK yang telah berjuang bersama – sama selama masa perkuliahan.
Penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk menyempurnakan pengerjaan dan penulisan skripsi ini demi kemajuan di bidang teknik elektronika. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak lepas dari kekurangan. Akhir kata, semoga pengetahuan yang telah dipelajari senantiasa dipergunakan untuk kebaikan sesama dengan terus berpedoman pada prinsip:
“Takut akan Tuhan adalah permulaan pengetahuan, tetapi orang bodoh menghina hikmat dan didikan.”{Amsal 1:7}
Tuhan Yesus Memberkati.
Salatiga, Januari 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI
INTISARI ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR ISTILAH ... xi
DAFTAR SIMBOL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Spesifikasi Sistem ... 2
1.3 UraianTugas ... 3
1.4 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II SISTEM PEMANASAN AIR 2.1 Gambaran Sistem ... 5
2.2 Prinsip Kerja Sistem ... 6
2.3 Metode PengukuranSuhu ... 7
2.4 Komponen Pembentuk Sistem ... 7
BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perangkat Keras ... 13
3.1.1 PerangkatMekanik... 13
3.1.2 PerangkatElektronik ... 17
3.1.2.1 PLC OMRON CPM2A-40CDR-A ... 17
3.1.2.2 PLC Analog OMRON C200H-MAD01 ... 20
3.1.2.3 KontaktorMagnet (Magnetic Contactor) ... 21
3.1.2.4 Relay ... 22
vi
3.1.2.6 Modul Saklar Transistor ... 26
3.1.2.7 ElemenPemanasAir ... 28 3.1.2.8 Termokopel(Thermocouple) ... 30 3.1.2.9 ModulPenguatTermokopel ... 30 3.1.2.10 PanelBox ... 32 3.1.2.11 CatuDaya ... 32 3.2 Perangkat Lunak ... 34 3.2.1 Program PLC ... 34 3.2.1.1 BagianPengisian Air ... 37 3.2.1.2 BagianPemanasan Air ... 37 3.2.1.3 BagianPengosongan Air ... 38 3.2.2 Program WIT... 39
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS 4.1 Pengujian PLC OMRON CPM2A-30CDR-A ... 44
4.2 Pengujian Solenoid Valve Electric ... 45
4.2.1 Pengujian Elektronis ... 45
4.2.2 Pengujian Teknis ... 46
4.3 Pengujian ModulSaklar Transistor... 46
4.3.1 Pengujian Elektronis ... 48
4.3.2 Pengujian Teknis ... 48
4.4 PengujianSistemPemanasan Air dan Level Air ... 48
4.5 Pengujian Lama WaktuPengisiandanPengosongan ... 51
4.6 PengujianSuhu ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 54
5.2 Saran Pengembangan Skripsi ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56
vii
LAMPIRAN B ... 59 LAMPIRAN C ... 60
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Konsep Sistem ... 5
Gambar 2.2. Blok Diagram Sistem ... 9
Gambar 3.1. Perancangan Tangki Pemanas Air ... 14
Gambar 3.2. Tangki Tampak Atas ... 15
Gambar 3.3. Tangki Tampak Samping ... 15
Gambar 3.4. PLC OMRON CPM2A-40CDR-A ... 17
Gambar 3.5. Bagian PLC OMRON CPM2A-40CDR-A ... 18
Gambar 3.6. Diagram Wiring Sistem Pengontrolan Tangki Pemanas Air Pada PLC OMRON CPM2A-40CDR-A ... 19
Gambar 3.7. PLC Analog OMRON C200H-MAD01 ... 21
Gambar 3.8. Kontaktor Magnet (Magnetic Contactor) ... 22
Gambar 3.9. Relay Omron 24 VDC ... 23
Gambar 3.10. Relay Pada Solenoid Valve Electric Atas ... 23
Gambar 3.11. Relay Pada Solenoid Valve Electric Bawah ... 24
Gambar 3.12. Relay Pada Kontaktor dan Elemen Pemanas ... 24
Gambar 3.13. Solenoid Valve Electric ... 25
Gambar 3.14. Struktur Bagian Dalam Solenoid Valve Electric ... 25
Gambar 3.15. Rangkaian Saklar Transistor Bagian Atas ... 27
Gambar 3.16. Rangkaian Saklar Transistor Bagian Bawah ... 27
Gambar 3.17. Elemen Pemanas Air (Water Heater Element) ... 29
Gambar 3.18. Termokopel Tipe K ... 30
Gambar 3.19. Rangkaian Dalam IC AD595A ... 31
Gambar 3.20. Rangkaian Modul Penguat Termokopel dan Saklar Transistor ... 31
Gambar 3.21. Antar Muka Panel Box ... 33
Gambar 3.22. Bagian Dalam Panel Box ... 33
Gambar 3.23. Diagram Alir Pengisian dan Pemanasan Air ... 35
Gambar 3.24. Diagram Alir Pengosongan Air ... 36
Gambar 3.25. Tampilan InTouch Application Manager ... 39
Gambar 3.26. Tampilan InTouch Window Maker ... 40
ix
Gambar 3.28. Tampilan “Menu” ... 41
Gambar 3.29. Tampilan “Status Water” ... 42
Gambar 3.30. Tampilan “Fill Water” ... 43
Gambar 3.31. Tampilan “Empty Water” ... 44
Gambar 4.1. Pengujian PLC OMRON CPM2A-40CDR-A ... 45
Gambar 4.2. Pengujian Solenoid Valve Electric Secara Elektronis ... 46
Gambar 4.3. Pengujian Solenoid Valve Electric Bagian Atas Secara Teknis ... 47
Gambar 4.4. Pengujian Solenoid Valve Electric Bagian Bawah Secara Teknis .... 47
Gambar 4.5. Pengujian Keluaran Kaki Kolektor Pada Saklar Transistor TIP32C Saat Kaki Basis Tidak Terendam Air ... 49
Gambar 4.6. Pengujian Keluaran Kaki Kolektor Pada Saklar Transistor TIP32C Saat Kaki Basis Terendam Air ... 49
Gambar 4.7. Grafik Fungsi Tegangan Terhadap Suhu ... 53
Gambar C.1. Application Manager pada InTouch ... 61
Gambar C.2. Jendela untuk Menentukan Lokasi File Baru ... 61
Gambar C.3. Jendela untuk Membuat Nama Folder File Baru ... 62
Gambar C.4. Jendela untuk Membuat Nama dan Deskripsi File Baru ... 62
Gambar C.5. File “Ayo Coba” pada Application Manager ... 63
Gambar C.6. Halaman Baru pada Window Maker ... 63
Gambar C.7. Halaman Baru pada Window Maker ... 65
Gambar C.8. Hasil Pengaturan Halaman pada Window Maker ... 65
Gambar C.9. Menggambar Objek pada Window Maker ... 66
Gambar C.10. Jendela Animation Link ... 66
Gambar C.11. Display Link – Line Color untuk Animasi Diskrit ... 67
Gambar C.12. Jendela untuk Definisi Tagname ... 67
Gambar C.13. Window Tagname Dictionary ... 68
Gambar C.14. Window Tipe Tag ... 68
Gambar C.15. Jendela Wizard Selection ... 69
Gambar C.16. Jendela Application Script ... 72
Gambar C.17. Jendela Tagname Dictionary – Access Name ... 73
Gambar C.18. Jendela pada OmronHL ... 75
Gambar C.19. Jendela pada Com Port Settings ... 75
x
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Daftar Penggunaan Pin Pada PLC OMRON CPM2A-40CDR-A ... 20 Tabel 4.1. Hasil Pengujian Waktu Dalam Memanaskan Air dan Pengukuran
xi
DAFTAR ISTILAH
VAC Volt Alternating Current
AC Alternating Current
VDC Volt Direct Current
DC Direct Current A Ampere mA mili Ampere V Volt mV mili Volt µV micro Volt R Resistor VB Volt Basis VBE Volt Basis-Emitter IC Integrated Circuit NC Normally Closed NO Normally Open
PLN Perusahaan Listrik Negara
PDAM Perusahaan Daerah Air Minum
PNP Positive Negative Positive
cm centimeter
xii
m meter
KWatt Kilo Watt
UI User Interface
HMI Human Machine Interface
PLC Programmable Logic Controller
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
WIT Wonderware InTouch
CPU Central Processing Unit
I/O Input/Output
xiii
DAFTAR SIMBOL
°C = Derajat Celcius β = Beta Ω = Ohm kΩ = kilo Ohm ρ = Rho ∆T = Delta T (T = Temperatur)≥ = Lebih dari atau sama dengan
≤ = Kurang dari atau sama dengan
± = Plus – Minus (kurang lebih)
d = Diameter r = Jari – Jari t1 = Tinggi t = Waktu 𝑉 = Volume P = Daya
Q = Kalor yang di terima
m = Massa
c = Kalor jenis
