PERANCANGAN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) PADA SIMULATOR PLANT TURBIN DAN GENERATOR UNTUK PENGENDALIAN FREKUENSI MENGGUNAKAN KONTROLER PID

Transkripsi

1 Oleh: Mahsun Abdi / Dosen Pembimbing: 1. Dr.Ir. Mochammad Rameli 2. Ir. Rusdhianto Effendie, MT. Tugas Akhir PERANCANGAN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) PADA SIMULATOR PLANT TURBIN DAN GENERATOR UNTUK PENGENDALIAN FREKUENSI MENGGUNAKAN KONTROLER PID

2 Pendahuluan Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Latar belakang Sistem SCADA banyak dijumpai pada suatu perusahaan pembangkit Jaringan Listrik Tegangan Tinggi dan Tegangan Menengah (Power Transmission and Distribution) dan beberapa aplikasi yang dipakai untuk memonitor dan mengontrol areal produksi yang cukup luas RTU merupakan salah satu bagian dari SCADA yang berfungsi sebagai unit terminal jarak jauh yang menghubungkan beberapa sensor pengukuran. Selain itu juga dibutuhkan suatu antarmuka manusia mesin yang mendukung sistem SCADA untuk menampilkan proses yang terjadi pada plant.

3 Pendahuluan Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Permasalahan Letak ruang kontrol dengan plant umumnya berjauhan sehingga membutuhkan suatu unit control yang berada dekat plant.

4 Pendahuluan Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Batasan Masalah Perancangan HMI menggunakan Wonderware. Pengendalian frekuensi menggunakan kontroler PID. Menggunakan virtual plant Turbin dan Generator di PT Indonesia Power Sub Unit PLTU Perak untuk pengendalian frekuensi. Protokol komunikasi antara HMI dan RTU menggunakan Ethernet. Protokol komunikasi antara RTU dan virtual plant menggunakan serial. Perancangan RTU menggunakan modul Microcontroller AVR based on Ethernet ATMEGA128.

5 Pendahuluan Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Tujuan Meningkatkan efektifitas sistem kontrol pada sebuah pembangkit listrik pada umumnya dan di PT Indonesia Power Sub Unit PLTU Perak pada khususnya untuk plant Turbin dan Generator. Merancang sebuah RTU Dapat mengkomunikasikan antara HMI dan plant melalui RTU dengan menggunakan protokol komunikasi ethernet

6 Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Remote Terminal Unit (RTU) Remote Terminal Unit (RTU) salah satu bagian dari sistem kontrol jarak jauh yang ditempatkan dekat objek yang dikontrol dan merupakan antar muka antara objek yang dikontrol dengan master station RTU memiliki bagian terintegrasi diantaranya modul CPU berupa mikrokontroler, modul komunikasi, modul pengolah sinyal analog dan digital, serta modul power supply. RTU memiliki beberapa fungsi utama diantaranya sebagai pengolah sinyal, kontrol plant, dan sebagai pengukur.

7 Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Plant Turbine Generator Perubahan beban akan mempengaruhi kecepatan putaran turbin. Mekanisme pengaturan dilakukan untuk menjaga agar putaran turbin uap terjaga konstan saat terjadi perubahan beban dengan cara mengatur bukaan control valve.

8 Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Wonderware Intouch Wonderware InTouch merupakan salah satu software Human Machine Interface yang banyak digunakan di dunia industri. Aplikasi ini terdiri atas 3 komponen penyusun utama yaitu: InTouch Application Manager InTouch WindowMaker InTouch WindowViewer Setiap objek dalam halaman kerja WindowMaker harus memiliki identitas supaya dapat digunakan dalam pemrograman atau lebih dikenal inisialisasi objek. Objek disebut tag, dan nama objek disebut tagname. Semua tagname yang telah dibuat dalam suatu aplikasi dapat dilihat pada Tagname Dictionary. Setelah mengisi nama tag, user harus menentukan tipe dari tag.

9 Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup KEPserverEx V4 dan Omniserver Kepserver adalah salah satu server OPC yang menyediakan konektivitas langsung antara ratusan PLC yang berbeda, perangkat, dan sistem, dan berbagai macam aplikasi klien OPC Sedangkan omniserver adalah program yang dapat mengkonfigurasi untuk berkomunikasi dengan berbagai perangkat yang belum memiliki driver agar bisa menuliskan data.

10 Teori Hasil Perancangan Penunjang Sistem dan Pengujian Penutup Kontroler PID Kontroler PID merupakan kontroler yang berfungsi mengubah sinyal kesalahan (error) menjadi sinyal kontrol. Kontroler ini tersusun dari kontroler proporsional ditambah integral ditambah derivative (PID) yang merupakan salah satu mekanisme umpan balik yang banyak digunakan dalam sistem pengaturan industri. Sebuah kontroler PID menghitung nilai kesalahan sebagai perbedaan antara keluaran terukur dengan masukan yang diinginkan. Hubungan sinyal kesalahan dan sinyal kontrol pada kontroler tipe-pid standar dapat dinyatakan dengan Persamaan

11 Hasil Perancangan Sistem dan Pengujian Penutup I/O Analog HMI (Wonderware) ethernet RTU serial HMI Virtual plant (Matlab) I/O Digital

12 Hasil Perancangan Sistem dan Pengujian Penutup Arsitektur RTU Perancangan RTU memiliki Komponen pendukung: Minimum Sistem ATmega 128 Modul serial RS 232 (IC Max 232) Modul Serial to Ethernet (Modul WIZ110SR) Modul DAC (IC DAC0808N) + Op Amp (ICLF351N) Regulator 5 Volt (IC L7805).

13 Hasil Perancangan Sistem dan Pengujian Penutup Perancangan HMI pada Wonderware Intouch

14 Hasil Perancangan Sistem dan Pengujian Penutup Pemodelan Virtual Plant Turbin Generator Pemodelan Turbin Non-Reheat (P. Kundur: Power System Stability and Control) Blok Diagram Turbin Generator (P. Kundur: Power System Stability and Control)

15 Hasil Perancangan Sistem dan Pengujian Penutup Pemodelan Virtual Plant Turbin Generator Blok diagram pemodelan Turbin Generator spesifikasi respon transient sebagai berikut: Xss = 50 Yss = 50 K = 1 Y(τ) = 0, = 31,6 Time Constant (τ) = 3,6 s Rise Time (Tr) = 7,91 s Settling Time (Ts)(±5%) = 10,8 s Delay Time (Td) = 2,5 s Sedangkan untuk respon Steady State memiliki nilai %error = 0 untuk hasil simulasi

16 Hasil Perancangan Sistem dan Pengujian Penutup Komunikasi Data Format protokol data host message list di Omniserver berupa: AA{KP}BB{KI}CC{KD}DD{MAIN_PALEP}EE{SP_FREK}{$CR} Sedangkan pada unsolicited message list, format datanya: FF{FLOW}GG{FREK}HH{OMEGA}II{PALEP}JJ{POWER} KK{PRESS}LL{RPM}{$CR}

17 Hasil Perancangan dan Pengujian Penutup Pengujian dan analisis plant saat open loop Menghasilkan respon mirip orde 1 dengan spesifikasi transient untuk kecepatan respon (τ) sebesar 3,6 s akan menghasilkan settling time sebesar 10,8 s. sedangkan pada respon Steady State yang diukur melalui %error posisi keadaan tunak adalah nol atau tidak ada eror untuk hasil simulasi matlab. Dirancang kontroler PI dengan metode tunning. KP = 3,5 τ i = 0,435 s.

18 Hasil Perancangan dan Pengujian Penutup Pengujian dan analisis plant saat close loop 60 input pressure out flow Pressure 50 Set Point Frekuensi in slider Main Valve 100 % to % % slider PI(s) PI Controller turbine generator1 Pressure out main v alv e multi out flow input pressure Valv e Position Control Valve Pressure to flow Flow Steam 53,3 Kg/s Input Flow F LP F HP Turbin Reheater TM 2 per unit 1 10s+3.4 Kecepatan Generator 3000 RPM Transfer Turbin Generator 2/120 F=nP/120 Frekuensi % bukaan valve 60 RPM1 RPM 2*pi/60 Set point Vref PI(s) PI Controller ef s Transfer exciter w if Product Km Ea if TL ia Torsi Lawan rpm to radian 1 ia 0.528s Transfer armature 6.13 Zr Va ia Va Day a ia Va Pf (sqr3) Tegangan output 4.289e+007 P 43Mw if Va V

19 Hasil Perancangan dan Pengujian Penutup Pengujian dan analisis Komunikasi Data warna hijau warna hitam = data yang diterima (Update Interval) dari mikrokontroler = data yang dikirim (Write Delay) ke mikrokontroler Monitoring transfer data saat update interval = 150 ms dan write delay = 100ms Monitoring transfer data saat update interval=100 ms dan write delay=100ms

20 Penutup Kesimpulan 1. Komunikasi antara HMI dan plant dengan perantara RTU dapat dilakukan jika tag name antara HMI Wonderware Intouch telah terdaftar pada OPC dan protokol Omniserver, sedangkan toolbox pada Virtual Plant di Matlab juga harus sesuai dengan Address name OPC serta protokol Omniservernya juga. 2. Hasil respon open loop system menghasilkan respon mirip orde 1 sehingga dirancanglah kontroler PI untuk mengendalikan control valve. 3. Respon closed loop dengan kontroler PI yang telah dirancang, dengan nilai K P = 2 dan τ i = 0,39 detik tetap menghasilkan sistem orde 1 dengan spesifikasi respon transien sesuai yang diinginkan yaitu rise time = 5,713 detik, settling time = 7,8 detik, sedangkan spesifikasi respon transient menghasilkan eror steady state (%e) = 0, dan tidak memiliki overshoot. 4. Kontroler PI yang telah dirancang dapat mengatasi perubahan beban sesuai dengan batasan maksimal beban yang ada di lapangan yaitu maksimal 43 MW. 5. Penambahan parameter τ i menyebabkan sistem memiliki respon lebih cepat namun akan berosilasi. Karena itu perlu ditambahkan parameter derivative pada kontroler PID untuk meredam osilasi. Kontroler PID ini memiliki nilai masing masing parameter K P =25, τ i =0,48 detik dan τ d =7 detik. 6. Kontroler PID hasil pengembangan kontroler PI juga menghasilkan sistem orde 1 dengan spesifikasi respon transien tidak jauh dari hasil respon kontroler PI yaitu rise time = 5,41 detik, settling time = 7,38 detik, sedangkan spesifikasi respon transien menghasilkan eror steady state (%e) = 0, dan tidak memiliki overshoot. juga dapat mengatasi perubahan beban. 7. Perbandingan hasil respon kontroler PI dan PID tidak memiliki perbedaan yang jauh, namun kontroler PID menghasilkan respon yang relatif lebih cepat 0,5 detik. 8. Pembuatan hardware RTU pada tugas akhir ini dapat diselesaikan namun dalam integrasinya dengan HMI maupun Virtual Plant belum diperoleh hasil maksimal dikarenakan belum sempurnanya software konfigurasi untuk dapat mentransfer data.