MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK

Transkripsi

1 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 Hanifah 1, Budi Setiyono 2 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. 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). 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 Gambar 1. Proses Produksi PT.Krakatau Steel 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro UNDIP

2 Hot Strip Mill (HSM) Pada Divisi HSM, untuk menghasilkan produkproduknya digunakan bahan baku berupa baja Slab dengan ukuran sebagai berikut : 1. tebal : mm (continous casting slab) 2. lebar : mm 3. panjang : max 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 o C 1300 o C. 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 S 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) Gambar 3. Komponen S7-300

3 Pemrograman digerakkan oleh motor. Kemudian bagian lain adalah kontrol atau kendali motor tersebut. Kontrol yang digunakan yaitu Programmable Logic Control (PLC). 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 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 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 Gambar 8. PLC S ) Kontaktor-Kontaktor Kontaktor-kontaktor berfungsi untuk proses ing-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.

4 (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 tomboltombol 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 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 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 yang mengalami perubahan status, ON-OFF-ON-OFF dan sterusnya bila motor berputar. Oleh karena itu bila motor tidak berputar maka monitoring limit 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

5 sumber-sumber input yaitu tiga tombol-tombol perintah, empat limit dan satu input dari overload breaker. 1. Network 1 TABEL 1.MASUKAN DAN ALAMATNYA Device Perintah Kondisi alamat Tombol OPEN Normally I0.0 open Tombol CLOSE Normally I0.1 open Tombol STOP Normally I0.2 Limit Opened Normally I0.3 Limit Closed Normally I0.4 Limit Monitoring I0.5 MCB Overload Normally I0.6 Limit 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. 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 LS_OPENED aktif dan overload breaker mengalami trip, maka motor akan berhenti. 2. Network 2 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. 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 tersebut. Bila tombol PB_STOP ditekan, limit 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 LS_MONITORING yang berkondisi on-off-on-off bila motor berputar atau pada saat proses membuka valve. Dan akan terus menyala bila limit LS_OPENED aktif yang menunjukkan

6 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. 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 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 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 LS_CLOSED aktif yang menunjukkan bahwa valve telah terbuka penuh. 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 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 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 diinvert 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. 8. Network 8

7 sistem. Dalam konfigurasi software bertujuan untuk memaksimalkan kinerja PLC. Gambar 19. Network 8 Program pada network ini berfungsi menerima input hitungan dari counter pada network 5. Hitungan tersebut kemudian dibandingkan melalui instruksi COMPARE INTEGER ( GREATER THAN ). Instruksi ini berfungsi sebagai pembanding antar dua nilai input. Ini dimaksudkan agar nilai input dari MW20 (counter up down) tidak melebihi nilai yang telah ditentukan, dalam hal ini bernilai 20. Kemudian hasil perbandingan tersebut dikalikan dengan nilai 1350 menggunakan insruksi MULL (multiply). Ini dimaksudkan selama selang waktu hitungan dari awal hingga akhir dapat ditampilkan pada meter analog. Hasil kali tersebut kemudian dikeluarkan ke piranti analog meter melalui output pada alamat PQW304 yang merupakan alamat dari analog meter di analog output module. PENUTUP Berdasarkan pembahasan di atas, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut. Pertama, Finishing Mill merupakan salah satu bagian yang penting dalam proses produksi di HSM, yang terdiri dari 6 stand (F1-F6). Bagian ini berfungsi untuk menentukan ketebalan akhir pada strip sesuai dengan pesanan konsumen. Kedua, salah satu PLC yang digunakan dan yang terbaru di HSM adalah PLC SIMATIC S7-300 buatan SIEMENS Jerman. PLC ini memiliki fitur yang sangat lengkap dan memiliki bentuk yang compact. Ketiga,Cooling Water System adalah salah satu sistem yang dikendalikan secara otomatis dengan menggunakan PLC tersebut. Sistem ini mengendalikan motor valve untuk mengalirkan air pendingin work roll pada Finishing Mill. Pada sistem ini, valve terbuka hanya 50%, namun bisa dibuka hingga penuh (100%) dengan cara jogging (tombol ditekan terus). Keempat, Pengendalian cooling water valve ini sangat dibutuhkan untuk menjaga suhu dari work roll sehingga tidak cepat aus. Kelima, Dalam membangun sebuah sistem yang berbasiskan otomasi, perlu diperhatikan dalam penyusunan hardware dan software-nya. Dalam konfigurasi hardware bertujuan untuk memudahkan dalam troubleshooting bila terjadi permasalahan pada Beberapa hal yang dapat diperhatikan ialah: Pertama, pada proses mengatur valve pada cooling water system khususnya di Finishing Mill, kadang masih secara manual (saat terjadi masalah). Kedepannya, sudah dapat bekerja secara otomatis. Kedua, penguasaan teknik perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) mutlak diperlukan dan tidak bisa dipisahkan satu sama lain. DAFTAR PUSTAKA ; 2000: SIMATIC Function Block Diagram (FBD) for S7-300 and S7-400 Programming; Siemens ; 2000: SIMATIC Working with STEP 7 V5.2; Siemens ; 2000: SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation; Siemens ; 2000: SIMATIC S7-300 and M7-300 Programmable Controllers Module Specifications; Siemens Ogata, Katsuhiko Teknik Kontrol Automatik. Jilid 1. Alih Bahasa Edi Leksono. Jakarta : Erlangga. Ogata, Katsuhiko Teknik Kontrol Automatik. Jilid 2. Alih Bahasa Edi Leksono. Jakarta : Erlangga. Setiawan, Iwan Programmable Logic Controller (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol. Yogyakarta: Penerbit Andi. AMALIA HANIFAH (L2F ). Lahir di Semarang, 7 Juli Saat ini masih menjadi Mahasiswa S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang dengan konsentrasi Kontrol. Mengetahui dan Mengesahkan : Pembimbing Budi Setiyono, S.T, M.T. NIP Tanggal :