PENGENDALIAN SIMULATOR AUTOMATIC MAIN FAILURE DENGAN MONITORING HUMAN MACHINE INTERFACE BERBASIS PLC UNTUK PRAKTIKUM DASAR SCADA DAN DCS

Transkripsi

1 PENGENDALIAN SIMULATOR AUTOMATIC MAIN FAILURE DENGAN MONITORING HUMAN MACHINE INTERFACE BERBASIS PLC UNTUK PRAKTIKUM DASAR SCADA DAN DCS Kartono Wijayanto 1), Sarjono Wahyu Jadmiko 2), Sofian Yahya 3) 1,2,3) Teknik Otomasi Industri, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung, Bandung Geger Kalong Hilir.Ds Ciwaruga Bandung 1,2,3) Abstrak PLC (Programmable Logic Controller) merupakan salah satu peralatan kendali berbasis mikrokontroler dan mempunyai memori sehingga mempermudah dalam berbagai pekerjaan pengendalian khususnya di dunia industri. Salah satu aplikasinya yaitu digunakan untuk mengendalikan sistem catu daya cadangan (AMF, Automatic Main Failure) sehingga terhindar dari hilangnya pasokan daya karena gangguan pada jaringan listrik utamanya (main supply). Pada penelitian ini akan direalisasikan sebuah Simulator AMF yang merupakan sarana penunjang praktikum SCADA (Supervisory Control And Data Acquasition) dan DCS (Distributed Control System) di Laboratorium Otomasi Sistem Tenaga Listrik untuk Program Studi D4 Teknik Otomasi Industri. Sebagai pengendali simulator digunakan beberapa PLC yang terhubung dalam satu jaringan LAN dan perangkat lunak PC Based HMI sebagai sarana untuk mendapatkan manfaat yang lebih dari PLC diantaranya yaitu dapat memonitor proses kerja AMF secara real time, tersedianya alarm history, security dan summary sehingga kita dapat mengetahui alarm apa saja yang aktif dan bisa mendapatkan alasan kenapa suatu sistem shutdown. PLC yang digunakan pada masing-masing simulator adalah PLC Omron CP1L dan software HMI menggunakan Wonderware In Touch. Berdasarkan hasil pengujian, 2 (dua) simulator AMF dapat dikendalikan dan dioperasikan dalam satu jaringan yang terintegrasi dengan HMI berfungsi dengan baik dan juga meningkatkan kinerja operasi simulator dan pemahaman dalam proses pembelajaran sistem SCADA dan DCS yang sesuai dengan operasi di industri. Kata kunci : AMF, PLC, RTU/MTU, HMI 1. Pendahuluan Kemajuan teknologi mempunyai dampak yang sangat signifikan dalam berbagai bidang sehingga banyak mempengaruhi sistem kinerja suatu peralatan di sebuah perusahaan dengan tujuan menghasilkan suatu kinerja yang lebih baik. Peralatan dimaksud adalah PLC (Programmable Logic Controller) yang digunakan untuk mengendalikan suatu simulator dengan yang dikombinasikan dengan system monitoring HMI (Human Machine Interface) yang merupakan program lunak untuk memonitoring dan mengontrol suatu plant dari berbagai tempat melalui perangkat computer. Salah satu software HMI yaitu Wonderware In Touch HMI. Simulator yang digunakan dalam penelitian ini adalah Automatic Main Failure (AMF). AMF adalah cara kerja otomatisasi sistem catu daya listrik cadangan apabila terjadi gangguan pada sumber listrik utamanya. Simulator ini sebenarnya sudah ada di Laboratorium Otomasi Sistem Tenaga Listrik akan tetapi dengan perkembangan teknologi, maka simulator tersebut akan dimodifikasi dengan menambahkan beberapa parameter input analog (tegangan dan temperatur) dan dilengkapi dengan monitoring secara visual menggunakan Wonderware In Touch HMI. Dengan adanya modul ini mahasiswa khususnya mahasiswa teknik elektro atau teknik informasi memahami sistem SCADA dan DCS, Pemrograman PLC dan SCADA pada Sistem Otomasi Tenaga Listrik dengan lebih baik, sehingga dapat menambah pengetahuan dan ketrampilan di bidang Kendali dan Sistem SCADA/DCS. 2. Tinjauan Pustaka Masalah utama yang akan dibahas adalah pemanfaatan PLC sebagai RTU dan MTU dengan dilengkapi Wonderware In Touch sebagai perangkat lunak untuk monitoring dan supervisi beberapa simulator plant AMF. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh A. Selwin Mich Priyadharson, dkk (1) telah menyimpulkan bahwa penggunaan PLC-HMI dan Ethernet sebagai model prototipe mimic yang memantau 231

2 dan mengendalikan parameter Industri petrokimia seperti temperatur, tekanan dan level telah berhasil. Sistem PLC-HMI dan Ethernet terbukti mengurangi penggunaan kabel besar yang diganti menjadi satu kabel Ethernet. Kebocoran variabel proses di jalur pipa atau jenis kesalahan lain dapat diidentifikasi secara online menggunakan HMI dan dapat dikendalikan dengan memberikan perubahan di HMI. Sistem PLC-HMI berbasis Ethernet ini digunakan untuk mengirim dan menerima data yang tepat antara plant dan ruang kontrol pusat yang akan meningkatkan keakuratan pengiriman dan penerimaan data yang berujung meningkatkan efisiensi plant dengan menurunkan waktu mati dan settling time system. Dr. Hamdy Ashour [2] dalam penelitiannya mengenai pengendalian ATS (Auto Transfer Switch) telah berhasil dengan baik untuk menyederhanakan system dan efektif digunakan untuk berbagai keperluan seperti pendidikan, komersial dan industri dan digunakan untuk meningkatkan pengetahuan mahasiswa tentang teknologi dan aplikasinya. Idhana S. [3] dalam penelitian pengendalian ATS dengan PLC dan Monitoring menyatakan jika terjadi gangguan pada supali utama dalam waktu 3 detik output PLC melakukan starting genset. ATS akan membuka switch daya ke beban dalam waktu 6 detik, ketika output sensor frekuensi dan output sensor tegangan berada dan sesuai dengan batas range yang ditetapkan dan waktu yang di butuhkan genset untuk mensuplai beban sesuai dengan setting point yang diberikan dan ketika hidup kembali, output PLC akan menyambungkan catu daya kembali, dan output relay lainnya akkan memutus catu daya genset dengan delay 3 detik, setelah itu Output relay PLC akan melakukan shutdown genset. Jika pembacaan sensor suhu mencapai 60o Celcius atau pada tegangan 2,94 Volt, maka Id aktif sehingga alarm on. 3. Metoda Penelitian Untuk mendapatkan hasil sesuai dengan yang diharapkan, beberapa tahapan penelitian dilakukan adalah : Perancangan Sistem Diagram alir perancangan Pengendalian Simulator AMF dengan Monitoring HMI berbasis PLC CP1L diperlihatkan pada gambar 1 dan 2. Gambar 1 menjelaskan urutan kerja dari sistem AMF dan dimonitor dan disupervisi menggunakan HMI Wonderware InTouch. Kerja dari sistem AMF yang terdiri dari Device (PLC) sebagai MTU dan RTU akan menjembatani antara plant dengan Wonderware InTouch HMI. Gambar 2 memperlihatkan struktur topologi hardware dari pengendalian sistem dimana sebagai Master digunakan PLC CP1L demikian juga dengan RTU digunakan tipe PLC yang sama. Komunikasi antara Master dan RTU digunakan sisten LAN dengan jaringan Ethernet sementara antara Master dengan PC HMI dihubungkan melalui komunikasi serial. Mulai Mulai A A Penyusunan Penyusunan deskripsi deskripsi kerja kerja Membuat Membuat Tagname Tagname Dictionary Dictionary Pembuatan Pembuatan daftar daftar I I // O Program Program PLC PLC Program Program Wonderware Wonderware InTouch InTouch HMI HMI Program Program Komunikasi Komunikasi PLC PLC Penggabungan Penggabungan PLC PLC dengan dengan HMI HMI A A B B 232

3 B B Membuat Membuat Rancangan Rancangan Kontrol Kontrol Hardware Hardware Plant Plant C C Running Running Sistem Sistem Perakitan Perakitan Kontrol Kontrol Hardware Hardware Plant Plant Melakukan Melakukan Pengujian Pengujian dan dan Analisis Analisis Selesai Selesai Penggabungan Penggabungan Semua Semua Sistem Sistem Hardware Hardware dan dan Software Software \ C C Gambar 1. Diagram Alir System Gambar 2. Topologi Pengendalian system Simulator AMF Simulator AMF yang diperlihatkan pada gambar 3 dapat melakukan simulasi fungsi proses otomatisasi operasi suatu genset ketika catu daya listrik utama () mengalami gangguan. 233

4 Gambar 3. Simulator AMF Terdapat dua moda operasi/kerja, pertama moda stand alone dan kedua adalah remote atau tersambung ke jaringan sistem SCADA dimana pada kedua mode tersebut simulator dapat dioperasikan secara manual dan otomatik. Pada Operasi manual Genset dapat di hidupkan dan dimatikan melalui tombol start stop, semua besaran tegangan, baterai, kondisi/level bahan bakar dll semua dapat diawasi oleh operator melalui lampu-lampu indikator terkait. Pada operasi manual ini besaran tegangan dan temperatur serta status baterai, bahan bakar, dll dapat dimonitor dari HMI. Pada dioperasikan secara otomatis, ketika sumber utama () mati dan jika syarat-syarat dipenuhi (misal baterei ok, bahan bakar ok, dll) maka genset akan starting otomatis dan ketika genset nyala, sakelar jala-jala dionkan dan generator mencatu arus ke beban. Pada operasi stand alone, variabel tegangan dan temperatur dapat dimonitor melalui layar HMI dan fungsi operasi kendalinya disable. Sedangkan pada mode operasi remote maka fungsi operasi monitoring dan kendali dapat dilakukan melalui layar monitor HMI. PLC sebagai RTU dan MTU Sebagai peralatan kendali, PLC dapat difungsikan sebagai unit RTU (PLC langsung mengendalikan Simulator AMF). Antar PLC dapat berkomunikasi dengan PLC lain (MTU) melalui komunikasi serial RS 485 atau lainnya. Sebagai MTU, PLC berfungsi sebagai master sehingga tugasnya adalah mengkoordinasi dan mengkomunikasikan data dari RTU ke PC Wonderware melalui OPC server. Gambar 4 menunjukan PLC sebagai RTU dan gambar 5 menunjukan konfigurasi PLC sebagai RTU dan MTU. Gambar 4. PLC sebagai RTU 234

5 Wonder ware Gambar 5. Konfigurasi PLC sebagai MTU dan RTU Diagram Alir Pengendalian Perancangan sistem dilakukan dengan memastikan bahwa proses operasi, proses informasi dapat tercermin baik di sisi fisikal maupun logikal. Gambar 6 merupakan diagram alir keseluruhan sistem AMF START START A A PEMILIHAN PEMILIHAN MODE MODE OPERASI OPERASI CEK CEK SUPPLY SUPPLY Tidak OPERASI OPERASI LOKAL LOKAL?? Ya ON? ON? D Eksekusi dari Wonderware InTouch HMI Eksekusi Langsung dari Plant PEMILIHAN PEMILIHAN SAKELAR SAKELAR POSISI POSISI K1 K1 ON ON AUTO MAN A A AUTO/ AUTO/ MANUAL MANUAL B B B D CEK SUPPLY OTOMATIS START GENSET K1 OFF ON? E START GENSET UNIT 1 5 detik START K1 K1 ON ENGINE NLA? F K2 ON 235

6 E National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and F OFF K1 INDIKASI GANGGUAN UNIT I TEKAN BUTTON START LIHAT LAMPU INDIKATOR GANGGUAN ENGINE START F ENGINE FAULT LOW OIL LOW BAT OVER HEAT LOW FUEL OVER VOLT MAIN FAULT ENGINE NLA? ALARM ON GENSET ON G MATIKAN GENSET START K2 LAKUKAN PERBAIKAN K2 ON TEKAN TOMBOL RESET Gambar 6. Diagram Alir RTU & MTU Perancangan Tampilan HMI Dalam membuat rancangan display pada Graphics Builder, perlu diperhatikan hal-hal yang berkaitan dengan variabel yang akan ditampilkan seperti : - Indikator/monitoring : Low Oil, Low Bat, Generator on, K1, K2, Mains, Load, Auto, Manual, dan Start/Stop genset serta penunjukan voltmeter analog. - Kontrol/Supervisory : Auto /Manual, Start /Stop genset, K1 dan K2 Gambar 6 berikut adalah rancangan tampilan HMI dengan perangkat lunak Wonderware: Gambar 7. Rancangan Tampilan HMI Pembuatan program dan Pengujian AMF Program dibuat berdasarkan diagram alir seperti diperlihatkan pada listing program pada gambar 8 : 236

7 Gambar 8 Listing Program Perancangan dan Pengujian Komunikasi Antar PLC melalui RS 485 dan Internet Perancangan sistem H/W PLC terdiri dari komunikasi antar PLC (RTU dan MTU) dan antara PLC dengan Wonderware melalui OPC Server. Komunikasi antara CP1L sebagai master (MTU) dan CP1L sebagai slave (RTU) dibangun melalui area memori CIO mengikuti format yang ditunjukan pada gambar 9. I/O pada Simulator AMF1 yang akan dikomunikasikan dengan MTU dialamatkan pada area data Word (16 bit) dan I/O pada Simulator AMF (2) dialamatkan pada area data Word CIO (16 bit) Pada MTU dibuat program yang berisi pengalamatan I/O untuk simulator AMF1 atau AMF2 melalui memori area CIO dan untuk AMF 2 melalui memori area CIO Gambar 9. Struktur/memori mapping komunikasi RTU MTU. Implementasi HMI HMI diimplementasikan dengan langkah utama adalah membuat tabel untuk komunikasi antara I/O PLC, komunikasi address, NameTag dan simbol untuk OPC server seperti diperlihatkan pada tabel 1. Pada PLC MTU alamat I/O bentuk simbolik dikomunikasikan dengan PC In Touch Wonderware melalui OPC server. Masing-masing komponen diberi identitas dan dimasukan dalam Tag_name (nama tag_name, jenis data, nama akses dan alamat simbolik. Tabel 1 : Daftar I/O untuk Server OPC RTU 1 INPUT RTU 1 No Simbolik Alamat Value Set m. Kontrol Simbolik Control Simbolik 1 ENGSTA 0.00 BOOLEAN i Ci Ci1o1 2 ENGSTO 0.01 BOOLEAN 3111,01 220,01 i12 221,01 Ci Ci1o2 3 GENEON 0.02 BOOLEAN 3111,02 220,02 i13 221,02 Ci Ci1o3 4 AUTMAN 0.03 BOOLEAN 3111,03 220,03 i14 221,03 Ci Ci1o4 5 FUELOW 0.04 BOOLEAN 3111,04 220,04 i15 221,04 Ci Ci1o5 6 BATLOW 0.05 BOOLEAN 3111,05 220,05 i16 221,05 Ci Ci1o6 7 OVEVLT 0.06 BOOLEAN 3111,06 220,06 i17 221,06 Ci Ci1o7 237

8 8 OILLOW 0.07 BOOLEAN 3111,07 220,07 i18 221,07 Ci Ci1o8 9 MAINOO 0.08 BOOLEAN 3111,08 220,08 i19 221,08 Ci Ci1o9 10 ALMRST 0.09 BOOLEAN 3111,09 220,09 i20 221,09 Ci Ci TEMPGN 2 ANALOG 3113 D2 AN1 12 TEGGN1 1 ANALOG 3114 D1 AN2 Gambar 10. Setup testing sistem SCADA 4. Kesimpulan Dari keseluruhan perancangan HW/SW dan pengujian Simulator AMF diperoleh bahwasanya 1. Simulator dapat digunakan sesuai dengan fungsi yang telah direncanakan, meliputi : - Simulasi Switchgear tegangan rendah - Simulasi kerja Genset untuk catu daya cadangan - Simulasi panel kendali AMF dan Alarm-alarmnya 2. Rangkaian sensor tegangan yang diumpankan ke modul MAD 01 dengan rentang pengukuran dari 0 sampai 220 volt ac. 3. Rangkaian sensor temperatur telah menunjukan hasil yang linear sesuai dengan spesifikasi sensor LM 35 Z dan dapat digunakan mengukur temperatur Generator dengan rentang derajad celcius. 4. Komunikasi data serial menggunakan RS 485 untuk hubungan antar PLC (RTU dan MTU) telah berhasil mengkomunikasikan data dari Simulator AMF RTU-MTU dalam fungsi supervisory dan kontrol (dua arah). 5. Komunikasi data menggunakan Internet dan modul OPC server telah berhasil menghubungkan perintah kendali dan monitoring dari MTU ke PC HMI. 6. Pengendalian dua simulator AMF secara remote menggunakan sistem SCADA Wonderware In Tough dengan RTU dan MTU menggunakan PLC CP1L telah berhasil dilakukan dan berhasil dengan baik. Daftar Pustaka [1] A. Selwin Mich Priyadharson, S. Vinson Joshua and C. Thilip Kumar, PLC HMI and Ethernet based Monitoring andcontrol of MIMO System in a Petrochemical Industry, Indian Journal of Science and Technology, Vol 8(27), DOI, October 2015 [2] Hamdy Ashour, Automatic Transfer Switch (ATS) Using Programmable Logic Controller (PLC), Arab Academy for Science & Technology, Department of Electrical & Computer Control Engineering, P.O Miami, Alexandria, Egypt. [3] Indhana Sudiharto, ST, MT, dkk, Rancang Bangun Sistem Automatic Transfer Switch (ATS) dan Automatic Main Failure (AMF) - GENSET Berbasis PLC Dilengkapi Dengan Monitoring, [4] John W. W Programmable Logic Controller, Fourth Edition, New Jersey : Prentice Hall.. [5] Stouffer, Keith. Falco, Joe. Kent, Karen. 2006, Guide to Supervisory Control and Data Acquisition SCADA) and Industrial Control Systems Security. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology [6] Wonderware FactorySuite InTouch User s Guide. USA : Invensys System Inc., Revised March 2004, p.221 [7], Automation & Control Volume3 Programming. Canada: City of London Enviromental Services, November 2002, p-3. [8], Sysmac CP1L Unit Operatioan Manual, Omron 238