1
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2Dosen Jurusan Teknik Elektro UNDIP
MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK
PENGENDALIAN COOLING WATER VALVE DENGAN PLC SIMATIC S7-300
PADA FINISHING MILL
Dinas Perawatan Listrik Pabrik Baja Lembaran Panas ( Hot Strip Mill ) PT. Krakatau Steel Cilegon
Amalia Hanifah1, Budi Setiyono2
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Abstrak: Finishing Mill merupakan salah satu mesin di Divisi Hot Strip Mill (HSM) PT.Krakatau Steel Cilegon, yang digunakan untuk menetukan ketebalan akhir strip baja sesuai dengan pesanan konsumen. Setiap stand finishing terdiri dari satu pasang work roll yang disusun vertikal. Work roll yang aus dapat mempengaruhi proses produksi yaitu menurunnya kualitas strip atau terjadi kerusakan yang lebih parah pada Finishing Mill sehingga dapat menimbulkan kerugian pada industri. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem pendingin untuk mengurangi panas yang diterima oleh work roll, yang disebut cooling water. Sebagai kontrollernya digunakan sistem PLC (Programmable Logic Controller). Laporan Kerja Praktek ini akan membahas tentang pengendalian cooling water valve pada Finishing Mill pada proses produksi di PT. Krakatau Steel Cilegon. Pengendalian ini menggunakan PLC Siemens SIMATIC S7-300 dan software yang digunakan adalah SIMATIC MANAGER.
Kata-kunci : Finishing Mill, cooling water, Programmable Logic Controller (PLC).
Semakin berkembangnya peradaban manusia
semakin tinggi pula keinginan dan kebutuhan dari
manusia. Dengan didorong oleh perkembangan ilmu dan
teknologi yang cukup pesat saat ini memberikan
pengaruh dengan berkembangnya dunia industri di
Indonesia yang bergerak di bidang perindustrian.
PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang
bergerak dalam bidang industri manufaktur yang
bergerak dalam bidang pengecoran. PT. Krakatau Steel
sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja,
baja profil, plat baja maupun beja beton. Finishing Mill
merupakan salah satu mesin yang terdapat di Divisi Hot
Strip Mill, yang digunakan untuk menentukan ketebalan
akhir strip baja. pada mesin tersebut, terdapat sistem
pengaturan air yang disebut cooling water system, yang
digunakan untuk mendinginkan work roll agar tidak cepat
aus.
TUJUAN
Makalah Kerja Praktek ini bertujuan untuk
mengetahui penerapan sistem kontrol di industri
khususnya sistem yang menggunakan Programmable
Logic Controller (PLC), serta mempelajari pemrograman
PLC Simatic S7-300 secara umum.
BATASAN MASALAH
Dalam makalah kerja praktek ini, dibahas hal-hal
yang
bersifat
umum
yang
menyangkut
tentang
pengendalian cooling water valve dengan PLC
SIMATIC S7-300 pada Finishing Mill di Divisi Hot
Strip Mill (HSM) PT. Krakatau Steel Cilegon.
DASAR TEORI
Unit Produksi PT.Krakatau Steel Cilegon
PT Krakatau Steel merupakan industri baja
terbesar di Indonesia yang mempunyai fasilitas
produksi mencakup 6 pabrik utama, yaitu Pabrik Besi
Spons (Direct Reduction Plant), Pabrik Slab Baja
(Slab Steel Plant), Pabrik Billet Baja (Billet Steel
Plant), Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill),
Pabrik Baja Lembaran Dingin (Cold Rolling Mill),
dan Pabrik Baja Batang Kawat (Wire Rod Mill).
Hot Strip Mill (HSM)
Pada Divisi HSM, untuk menghasilkan
produk-produknya digunakan bahan baku berupa baja Slab
dengan ukuran sebagai berikut :
1. tebal
: 180-230 mm (continous casting
slab)
2. lebar
: 600-2080 mm
3. panjang
: max. 12000 mm
4. berat
: max. 30 ton
Proses utama produksi pengerolan slab menjadi
lembaran baja adalah sebagai berikut :
1)
Reheating Furnace
Pada tahap ini, slab dipanaskan ulang dalam
furnace dengan suhu mencapai 1200
oC – 1300
oC.
2)
Sizing Press
Setelah dipanaskan, slab dikurangi ukuran lebarnya
dengan melakukan pressing (pukulan) pada kedua
sisi slab. Ukuran lebar slab disesuaikan dengan
spesifikasi baja yang diinginkan.
3)
Roughing Mill
Pada Roughing Mill, slab akan dikurangi
ketebalannya dengan proses pengerolan. Bagian ini
menggunakan stand dengan tipe 4 Hi atau quatro
dengan metode pengerolan bolak-balik. Slab akan
di-roll beberapa kali (pass), tergantung dari
ketebalan yang diinginkan.
4)
Finishing Mill
Pada Finishing Mill, slab akan di-roll untuk
memperoleh ketebalan strip yang sesuai dengan
pesanan.
5)
Down Coiler
Sebelum strip (hasil dari Finishing Mill) masuk ke
down coiler, slab melewati laminar cooling yang
berfungsi untuk mendinginkan strip. Setelah strip
mencapai temperatur yang sesuai maka proses yang
selanjutnya adalah menggulung strip menjadi coil
di down coiler.
Finishing Mill
Finishing Mill merupakan salah satu bagian
penting pada proses produksi di Pabrik Baja Lembaran
Panas (Hot Strip Mill). Bagian ini bertugas untuk
menentukan dimensi atau ketebalan akhir pada strip
sesuai dengan pesanan konsumen.
Finishing Mill memiliki 6 buah stand (F1 sampai
F6), yang masing-masing stand mempunyai pengaturan
ketebalan berbeda. Sebelum masuk ke Finishing Mill,
slab atau transfer bar dari Roughing Mill dibawa menuju
crop shear, yang berfungsi untuk memotong bagian
kepala dan ekor slab agar rata. Setelah itu, slab
dibersihkan dari terak-terak melalui water discaller. Slab
yang sudah bersih tersebut kemudian direduksi
ketebalannya dengan melewati 6 buah stand Finishing
Mill. Pada stand F1-F3, ketebalan slab direduksi hingga
mencapai ±50% dari tebal slab sebelum masuk ke
Finishing Mill. Ketebalan akhir slab setelah melewati
Finishing Mill bisa mencapai ±1,8 mm.
Gambar 2. Finishing Mill
Bagian-bagian dari finishing mill adalah:
a.
Work Roll
Setiap stand finishing terdiri dari satu pasang work
roll yang disusun vertikal. Work roll berfungsi
mengurangi ketebalan transfer bar sesuai dengan
ukuran lebar gap-nya.
b.
Back Up Roll
Back up roll ini memiliiki fungsi untuk mengurangi
defleksi (pembelokan) pada work roll karena desakan
slab.
c.
Looper system
Bagian ini berfungsi untuk menjaga keseimbangan
tegangan strip antar setiap stand finishing.
d.
Screw Down
Screw down berfungsi untuk mengatur gap work roll.
e.
Side Guides
Berfungsi menempatkan transfer bar agar tetap
berada di tengah roller table.
f.
Water Discaller
Memiliki fungsi untuk membersihkan permukaan
transfer bar dari kerak.
g.
Pengukur Strip
Alat ini terdiri dari pengukut tebal, lebar, dan kerataan
permukaan strip.
PLC SIEMENS SIMANTIC S7 – 300
PLC ini adalah buatan SIEMENS Jerman.
S7-300 ini didesain berbentuk modular, sehingga
penggunanya dapat membangun suatu sistem dengan
mengkombinasikan
komponen-komponen
atau
susunan modul-modul S7-300.
Komponen-Komponen Sistem
Sistem
S7-300
disusun
dari
beragam
komponen
modular.
Komponen-komponennya
meliputi :
•
Modular Power Supply (PS)
•
Central Processing Unit (CPU)
•
Signal modules (SM)
•
Function modules (FM)
•
Processors Communications(CPs)
Pemrograman
Gambar 4. Kombinasi hardware dan software
.Software yang digunakan adalah SIMATIC
MANAGER. Pada PLC S7-300 ada tiga macam
pemrograman yang digunakan, yaitu :
•
Ladder Logic
Diagram ladder berbentuk jaringan sakelar yang
dihubungkan secara seri dan paralel dan hasilnya
disimpan di dalam memori tertentu.
•
Statement List
Dengan menggunakan cara ini PLC diprogram dengan
menggunakan bahasa pemrograman yang ada pada
software untuk programming
•
Function Block Diagram
Bentuk ini menggunakan blok-blok yang dipasang secara
seri atau paralel. Setiap blok merupakan simbol-simbol
dalam gerbang logika.
COOLING WATER SYSTEM
Work Roll pada Finishing Mill dibuat dengan
bahan dasar besi yang dilapisi dengan crom vanadium
(CrV) setebal ukuran 1 cm lebih. Lapisan ini bertujuan
untuk melindungi roller dari temperatur tinggi. Meskipun
sudah dilapisi, work roll tetap memiliki keterbatasan
temperatur maksimal yang diijinkan agar tidak terjadi
kerusakan.
Gambar 5. Work Roll
Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem
pendingin untuk mengurangi panas yang diterima oleh
work roll. Pada Finishing Mill cara yang digunakan
adalah dengan membasahi permukaan roller selama
proses produksi berlangsung, sehingga panas yang
diterima dapat berkurang.
Sistem yang digunakan untuk mendinginkan
work roll ini disebut cooling water.
Valve ini disebut
dengan motor valve, disebut demikian karena katup
digerakkan oleh motor. Kemudian bagian lain
adalah kontrol atau kendali motor tersebut.
Kontrol yang digunakan yaitu Programmable Logic
Control (PLC).
Gambar 6. Air yang membasahi work roll pada
Finishing Mill
Bagian-Bagian Sistem
Cooling water system terdiri dari 6 bagian,
yaitu :
1)
Motor AC Asinkron 3 phasa 380 volt
Motor ini merupakan bagian utama dari sistem,
yang berfungsi untuk menggerakkan valve
sehingga air dapat mengalir. Motor yang
digunakan adalah buatan SIEMENS Jerman.
Gambar 7. Motor valve
2)
PLC
Modul-modul yang digunakan adalah sebagai
berikut:
Power Supply
CPU
Digital Input Module
Digital Output Module
Analog Output Module
Gambar 8. PLC S7-300
3)
Kontaktor-Kontaktor
Kontaktor-kontaktor berfungsi untuk proses
switching-nya. Ada dua jenis kontaktor yang
digunakan pada sistem ini, yaitu kontaktor
utama (main contactor) yang berfungsi sebagai
kontak untuk tegangan 380 volt dan motor, dan
kontaktor bantu (auxiliary contactor) yang
befungsi sebagai kontak untuk mengaktifkan
kontaktor utama sesuai perintah PLC.
(a) (b)
Gambar 9. (a)kontaktor bantu (b)kontaktor utama
4)
Power Source
Sumber tegangan yang digunakan untuk sistem ini
adalah tegangan AC 220 volt 1 phasa untuk supply
PLC, dan tegangan AC 380 volt 3 phasa untuk
supply motor. Selain itu terdapat power supply 24
volt DC berasal dari PLC untuk supply main
kontaktor dan signal module PLC.
5)
Fuse dan Overload Breaker
Keduanya berfungsi sebagai pengaman sistem
terhadap hal-hal yang dapat membahayakan sistem
dan operator.
Gambar 10. Overload breaker
6)
Panel Kontrol
Panel kontrol merupakan bagian dari sistem
dimana perintah-perintah kerja yang diberikan
operator berasal. Pada panel ini terdapat
tombol-tombol perintah. Selain itu terdapat meter analog
sebagai penunjuk jumlah air yang dikeluarkan.
Gambar 11. Panel kontrol
Cara Kerja Sistem
Pada dasarnya sistem ini bekerja untuk
mengendalikan valve (katup) aliran air. Bila Finishing
Mill bekerja, maka valve diharuskan dalam kondisi
terbuka. Perintah untuk membuka valve digunakan
tombol ”OPEN” (tombol hijau). Kemudian motor akan
berputar membuka valve dan lampu indikator hijau akan
berkedip menunjukkan bahwa motor sedang bekerja
untuk membuka valve.
Pada sistem cooling water ini, valve diatur hanya
terbuka sebesar 50% sehingga jumlah air yang keluar
tidak 100%. Saat valve sudah terbuka sebesar 50%, maka
motor akan berhenti berputar. Pada kondisi ini lampu
indikator hijau akan menyala kedap-kedip.
Kemudain bila diinginkan valve terbuka lebih
lebar hingga 100%, maka tombol ”OPEN” harus
ditekan lagi namun dengan cara jogging, yaitu tombol
ditekan terus hingga diperoleh bukaan valve yang
diinginkan. Bila valve sudah terbuka seluruhnya maka
motor berhenti berputar karena aktifnya limit switch
penanda terbuka maksimal.
Bila Finishing Mill tidak beroperasi, maka
supply air dihentikan. Untuk itu valve harus ditutup,
yaitu dengan menekan tombol ”CLOSE” (tombol
putih). Perintah “CLOSE” akan membuat motor
berputar dengan arah sebaliknya untuk menutup valve.
Pada perintah ini lampu indikator putih akan berkedip
saat motor bekerja. Lalu motor akan berhenti bekerja
dengan sendirinya karena aktifnya limit switch dan
lampu indikator putih akan menyala terus.
Selain dua perintah tersebut di atas, terdapat
perintah untuk menghentikan motor membuka valve
pada kondisi bukaan yang diinginkan, yaitu dengan
tombol ”STOP” (tombol merah). Saat tombol ini
ditekan motor akan berhenti seketika.
Pada sistem ini terdapat kondisi fault, dimana
sistem berada pada kondisi yang tidak semestinya,
yaitu ketika breaker overload mengalami trip. Pada
situasi ini supply ke motor terputus, indikasinya
adalah lampu merah akan berkedip terus hingga
tombol ”STOP” ditekan lampu tersebut akan terus
menyala, dan akan kembali ke keadaan normal bila
overload breaker dikembalikan ke posisi ON dan
tombol ”STOP” ditekan kembali.
Indikasi fault ini memanfaatkan limit switch
yang mengalami perubahan status, ON-OFF-ON-OFF
dan sterusnya bila motor berputar. Oleh karena itu bila
motor tidak berputar maka monitoring limit switch
juga tidak bekerja sehingga muncul indikasi fault.
Konfigurasi Sistem
Konfigurasi dari sistem ini adalah sebagai
berikut :
1)
Power Source
Sistem ini menggunakan tiga sumber tegangan,
yaitu:
a.
Power supply PLC
Power supply ini menggunakan masukan
220 volt AC untuk menghasilkan tegangan
24 volt DC yang dihubungkan ke modul
digital input.
b. Sumber tegangan AC 220 volt
Sumber ini dihubungkan ke PLC S7-300,
dan dihubungkan ke dua buah kontaktor
bantu pada terminal normally open.
c. Sumber tegangan AC 380 volt 3 phasa
Tegangan ini digunakan untuk mensuplai
motor. Oleh karena itu tegangan ini
dihubungkan ke dua buah kontaktor utama
pada terminal normally open.
2.)
Digital Input Module
Modul PLC ini setelah dihubungkan ke sumber
tegangan DC 24 volt, dihubungkan pula pada
sumber-sumber input yaitu tiga tombol-tombol
perintah, empat limit switch dan satu input dari
overload breaker.
TABEL 1.MASUKAN DAN ALAMATNYA
Device
Perintah
Kondisi
alamat
Tombol “OPEN” Normallyopen
I0.0 Tombol “CLOSE” Normally
open
I0.1 Tombol “STOP” Normally
close I0.2 Limit switch Opened Normally close I0.3 Limit switch Closed Normally close I0.4 Limit switch Monitoring I0.5 MCB Overload Normally close I0.6 Limit switch 50% I0.7
3.)
Digital Output Module
Modul ini selain dihubungkan ke sumber tegangan
DC 24 volt, tapi juga dihubungkan ke piranti
output tiga buah lampu indikator dan dua buah
kontaktor bantu. Berikut adalah daftar koneksinya.
TABEL 2.KELUARAN DAN ALAMATNYA
Device
alamat
Kontaktor bantu
Q4.0
Kontaktor bantu
Q4.1
Lampu hijau
Q4.2
Lampu putih
Q4.3
Lampu merah
Q4.4
4.)
Analog Output Module
Modul ini duhubungkan ke sumber tegangan DC
24 volt dari power supply PLC. Kemudian
outputnya pada alamat 304 dihubungkan ke analog
meter.
5.)
Kontaktor
Kontaktor bantu mendapat koneksi dari DC 24 volt
dari power supply PLC. Lalu mendapat koneksi
tegangan AC 220 volt pada terminal normally open
untuk mengoperasikan kontaktor utama.
Kontaktor utama mendapat koneksi AC 220 volt
dari kontaktor bantu. Kemudian koneksi tegangan
AC 380 volt pada terminal normally open untuk
mengoperasikan motor. Keluaran pada dua
kontaktor utama dibalik satu sama lain hal ini
bertujuan agar motor dapat bekerja pada dua arah.
Program
Untuk mengendalikan sistem ini terdapat 8
network program.
1.
Network 1
Gambar 12. Network 1
Network 1 merupakan program untuk membuka
valve pada cooling water hingga 50 %. Network ini
befungsi untuk mengaktifkan kontaktor bantu untuk
membuka valve. Bila tombol “PB_OPEN” ditekan
maka kontaktor “RY_OPENING” akan aktif dan
mempertahankan perintah “open” tersebut. Bila
“PB_STOP” ditekan, limit swtich “LS_50%”, limit
switch “LS_OPENED” aktif dan overload breaker
mengalami trip, maka motor akan berhenti.
2.
Network 2
Gambar 13. Network 2
Program pada network ini berfungsi untuk
mengaktifkan kontaktor bantu “RY_CLOSING” agar
membuat motor akan menutup valve. Selain itu,
perintah ini juga akan mempertahankan perintah
“close” tersebut. Bila tombol “PB_STOP” ditekan,
limit switch “LS_CLOSED” aktif dan overload
breaker mengalami trip, maka motor akan berhenti
bekerja.
3.
Network 3
Program pada network 3 berfungsi untuk
menyalakan lampu indikator hijau “LP_OPEN”
berdasarkan aktifnya kontaktor “LS_OPENED”.
Lampu akan menyala berkedip karena disusun dengan
limit switch “LS_MONITORING” yang berkondisi
on-off-on-off bila motor berputar atau pada saat
proses membuka valve. Dan akan terus menyala bila
bahwa valve telah terbuka penuh (100%). Pada saat valve
terbuka separuh (50%), lampu indicator hijau juga akan
menyala berkedip. Namun, nyala lampunya lebih cepat
dengan t=100ms karena mengacu pada timer T20, yang
berfungsi untuk membuat lampu menyala flip-flop.
Gambar 14. Network 3
4.
Network 4
Pada network 3 ini berfungsi untuk menyalakan
lampu indikator putih “LP_CLOSE” berdasarkan
aktifnya kontaktor “LS_CLOSED”. Lampu akan menyala
berkedip
karena
disusun
dengan
limit
switch
“LS_MONITORING” yang berkondisi on-off-on-off bila
motor berputar berbalik arah atau pada saat proses
menutup valve. Dan akan terus menyala bila limit switch
“LS_CLOSED” aktif yang menunjukkan bahwa valve
telah terbuka penuh.
Gambar 15. Network 4
5.
Network 5
Gambar 16. Network 5
Program pada network ini berfungsi untuk
hitungan keluaran ke meter analog. Disusun dari instruksi
counter up down. Bila perintah membuka atau menutup
bekerja,
berdasarkan
aktifnya
limit
swich
“RY_OPENING”,
“RY_CLOSING”
dan
“LS_MONITORING” maka counter akan memulai
hitungan. Hitungan tersebut akan dikeluarkan ke
internal memori PLC MW20 yang kemudian pada
netowrk 8 akan dikeluarkan ke perangkat meter
analog.
6.
Network 6
Gambar 17. Network 6
Program pada network 6 berfungsi untuk
menghasilkan sinyal kotak atau pulsa. Pulsa ini
berfungsi untuk indikator lampu menyala berkedip.
Untuk membuat sinyal ini disusun dari dua buah on
delay timer yang masing-masing di-set 0,1 detik.
Timer 20 akan aktif 0,1 detik kemudian dimatikan
oleh timer 21 selama 0,1 detik dan seterusnya.
7.
Network 7
Gambar 18. Network 7
Pada
network
ini,
program
berfungsi
menunjukkan indikasi terjadinya fault saat terjadi trip
pada breaker. Bila breaker overload mengalami trip,
maka “MCB_OVERLOAD” akan bernilai 1 yang
di-invert sehingga menjadi 0. Kondisi tersebut disusun
dengan output dari timer flip-flop T20 berupa pulsa
menggunakan instruksi AND. Kemudian dikeluarkan
ke lampu “LP_FAULT”, sehingga lampu menyala
berkedip. Lampu akan berhenti berkedip dan terus
menyala bila tombol “STOP” (PB_STOP) ditekan.
Kondisi fault ini akan kembali normal bila breaker
overload kembali ke posisi ON. Dan saat tombol
“STOP” (PB_STOP) kembali ditekan, maka lampu
merah akan mati yang menunjukkan bahwa keadaan
sudah kembali normal.
