Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM KENDALI OXYGEN CUTTING MACHINE BERBASIS PLC SIEMENS SIMATIC 5-115 Muhammad Abbie Hamzah [1], Sumardi, ST, MT [2] Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jalan Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, Indonesia muhammadabbie.hamzah@yahoo.com Abstrak - Dalam usaha untuk meningkatkan kualitas dan efisiensi yang tinggi maka perusahaan harus dapat mengefektifkan dan meningkatkan sumber daya yang dimilikinya, serta harus melakukan pengurangan biaya-biaya yang tidak diperlukan. Salah satu cara untuk meningkatkan kualitas dan efektifitas adalah menerapkan sistem otomatisasi dalam tiap proses produksi Hal ini dapat diterapkan dengan adanya PLC (Programmable Logic Controller) yang dapat memenuhi kebutuhan kebutuhan diatas, sehingga saat ini PLC merupakan faktor kunci dalam proses efisiensi produksi pada suatu industri yang dapat mengintegrasikan berbagai macam komponen yang berdiri sendiri menjadi suatu sistem kendali terpadu. Untuk mengubah suatu sistem yang menggunakan PLC dapat dilakukan hanya dengan mengubah program yang di load dalam PLC tersebut. Laporan kerja praktek ini menyajikan Sistem Kendali Oxygen Cutting Machine pada pemotongan billet baja di Pabrik Billet Baja PT. Krakatau Steel Cilegon. Perusahaan ini merupakan suatu industri pembuatan billet baja yang bertaraf internasional. Oxygen Cutting Machine merupakan instrumen yang digunakan untuk memotong baja billet baja agar sesuai dengan ukuran panjang yang diinginkan konsumen. Oxygen Cutting Machine dikendalikan oleh sebuah PLC Siemens Simatic S5-115. Kata kunci : PLC, Oxygen Cutting Machine, Baja Billet, PT. Krakatau Steel. I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri dalam bidang pengecoran. Perusahaan ini sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun baja beton. Seiring dengan berjalannya waktu, PT. KS terus berupaya untuk meningkatkan usahanya supaya dapat memuaskan konsumen, baik dari segi kuantitas, kualitas, harga maupun pengolahan lingkungan yang terencana. Dalam upaya peningkatan kualitas, kuantitas serta efisiensi, dibutuhkan sistem otomatisasi dalam tiap proses produksinya. Salah satunya adalah dengan penggunaan PLC (Programmable Logic Controller) yang dapat mengintegrasikan berbagai macam komponen yang ada menjadi sistem kendali terpadu dan dapat mudah dilakukan renovasi ketika terjadi kerusakan tanpa mengganti semua komponen yang ada. Salah satu penggunaan PLC dalam hal ini PLC Siemens Simatic 5-115 yang ada di PT. Krakatau Steel adalah pada sistem kendali oxygen cutting machine, yaitu sebuah instrumen yang digunakan untuk memotong baja billet sesuai panjang yang diinginkan konsumen. 1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dilaksanakannya kerja praktek di PT. Krakatau Steel adalah : 1. Mempelajari proses oxygen cutting pada pemotongan baja billet. 2. Mempelajari penerapan sistem kontrol di dunia industri, khususnya PLC (Programmable Logic Controller). 1.3 Pembatasan Masalah Dalam penyusunan laporan kerja praktek ini, penulis menjelaskan tentang sistem kendali oxygen cutting machine pada pemotongan baja billet menggunakan PLC Siemens Simatic 5-115.
II. Dasar Teori 2.1 Sistem Kerja oxygen cutting secara umum Oxygen Cutting Machine merupakan mesin yang berfungsi sebagai alat pemotong billet saat operasi continuous casting. Alat ini merupakan perpaduan antara oksigen (O 2 ) dengan gas alam yang bertekanan kemudian dinyalakan dengan api hingga membentuk burner cutting. Mesin ini menggunakan tuas yang dialiri oksigen dan gas alam sebagai pemotong baja billet. Ujung dari tuas tadi, yaitu obor (torch) menyemprotkan burner cutting untuk pemotongan. Oksigen berfungsi sebagai penjaga api agar tidak padam, sedangkan gas alam sebagai penguat nyala api saat proses pemotongan berlangsung. Valve bidireksional digunakan untuk mengendalikan preclamping dan clamping. c) Motor DC Motor dc ini berfungsi sebagai clutch (kopling) untuk menggerakan torch (obor) dan mesin penggerak oxygen cutting. 2. Measuring plat/roller Measuring plat merupakan plat lingkaran berdiameter ±30 cm yang terbuat dari baja dan tersambung dengan encoder yang digunakan untuk pengukuran panjang baja billet yang akan dipotong. 3. Terminal box measuring roller Di dalam terminal box ini terdapat incremental encoder yang berfungsi sebagai sensor jarak untuk mendeteksi panjang billet. Agar tidak meleleh maka sensor ini dikopel dengan cakram berbentuk lingkaran yang bersentuhan dengan billet baja bersuhu 800 0 C. Panjang keliling cakram sama dengan satu meter panjang billet. Gambar 2.1 Proses oxygen cutting 2.2 Peralatan Pendukung pada Proses Oxygen Cutting Pada proses pemotongan baja billet menggunakan Oxygen Cutting Machine, terdapat beberapa bagian pendukung yang berperan besar dalam proses tersebut, diantaranya : 1. Terminal box machine Di dalam Terminal box machine ini terdapat berbagai peralatan mekanik, instrument, dan listrik seperti: a) Proximity switch sensor Sensor proximity dalam proses oxygen cutting digunakan dalam pengaturan gerak capsule oxygen cutting. b) Valve bidireksional Gambar 2.2 Measuring Roller 2.2 Tahapan-Tahapan pada Proses Oxygen Cutting Pada proses pemotongan baja billet menggunakan Oxygen Cutting Machine, terdapat beberapa tahapan yang berlangsung diantaranya : a. Measuring Measuring merupakan proses pengukuran baja billet menggunakan measuring roller yang dihubungkan dengan
encoder. Proses ini dikendalikan secara otomatis dengan menggunakan PLC dan HMI (Human Machine Interface) atau OPD (Operation Panel Desk). b. Preclamping dan Clamping Ketika baja billet berjarak 0.5 meter sebelum batas pemotongan akan terjadi proses pendekatan penjepit baja billet yang biasa disebut preclamping. Jarak antara penjepit dengan baja billet berkisar 2 cm. Clamping merupakan proses penjepitan baja billet, yang terjadi ketika baja billet sudah mencapai batas pemotongan yang ditentukan. Clamping juga merupakan proses terbawanya capsule oxygen cutting oleh baja billet pada saat proses pemotongan. c. Heating Heating merupakan proses pemanasan pada tuas oxygen cutting dan sebagai penentu titik mulai pemotongan baja billet. Proses heating berlangsung sekitar 5 detik ketika suhu pada titik mulai pemotongan lebih besar daripada suhu dititik lain pada baja billet tersebut. d. Cutting Setelah penentuan titik pemotongan (heating), tahap selanjutnya adalah proses cutting yang merupakan proses pemotongan atau tahapan utama dari proses oxygen cutting. Torch akan bergerak memotong arah jalur datang baja billet/secara horizontal. 2.3 Instrumen Pengendali pada Proses Oxygen Cutting Pada proses pemotongan baja billet menggunakan Oxygen Cutting Machine, terdapat beberapa instrument yang digunakan diantaranya : a. Encoder Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah.sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. b. Proximity Sensor Proximity sensor adalah sensor untuk mendeteksi ada atau tidaknya suatu obyek. Bila obyek berada didepan sensor dan dapat terjangkau oleh sensor maka output rangkaian sensor akan berlogika 1 atau high yang berarti obyek ada. Sebaliknya jika obyek berada pada posisi yang tidak terjangkau oleh sensor maka output rangkaian sensor akan bernilai 0 atau low yang berarti obyek tidak ada. Gambar 2.3 Proximity Sensor Balluff c. Digital-to-Analog Converter (DAC) DAC adalah perangkat untuk mengkonversi sinyal masukan dalam bentuk digital menjadi sinyal keluaran dalam bentuk analog (tegangan). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding dengan nilai digital
yang masuk ke dalam DAC. Pada proses oxygen cutting DAC digunakan untuk mengkonversikan sinyal output yang berasal dari PLC (digital) ke sinyal analog yang digunakan untuk menggerakkan motor DC saat proses oxygen cutting. d. PLC Siemens Simatic 5-115 PLC Siemens Simatic 5 seri 115 merupakan Programmable Logic Controller yang menggunakan SIMATIC dalam pengoperasiannya. SIMATIC sendiri merupakan bahasa program yang digunakan dalam pembuatan program pada PLC. PLC Siemens SIMATIC 5 seri 115 terdiri dari Power Supply, Intelligence Processor, Central Processing Unit, System Modul (Digital Modules dan Analog Modules), dan Communication Modul. PLC ini menggunakan sumber listrik 220 Volt AC. Gambar 2.4 PLC Siemens Simatic 5-115 e. Driver Amplifier Driver amplifier merupakan perangkat elektronika yang digunakan untuk menguatkan tegangan. Disini tegangan yang dikuatkan adalah tegangan output pada PLC yang sudah dikonversi dari digital menjadi analog, yang kemudian dijadikan tegangan rotor pada motor DC. Gambar 2.5 Digital-to-Analog Converter dan Driver Amplifier f. Human Machine Interface (HMI) Human Machine Interface (HMI) adalah sistem yang menghubungkan antara manusia dan mesin. HMI dapat berupa pengendali dan visualisasi status, baik dengan manual maupun melalui visualisasi komputer yang bersifat real time. Pada proses oxygen cutting HMI lebih bersifat sebagai Operation Panel Desk saja dengan tipe PCS900, yang berfungsi sebagai : a. Mengatur gerak mesin dan torch yang ada di plant secara online. b. Menentukan panjang baja billet yang akan dipotong. c. Mengatur mode oxygen cutting machine (manual, semi-otomatis, otomatis). Gambar 2.6 Tampilan HMI dengan Sistem PCS 900
IV Analisa dan Pembahasan 4.1 Motor DC sebagai Penggerak Oxygen Cutting Machine Secara umum objek utama yang dikendalikan pada oxygen cutting machine adalah motor DC yang digunakan untuk menggerakkan capsule oxygen cutting dan menggerakkan torch. Beberapa komponen penting dalam pengendalian motor DC : 1. Power Supply Pada motor DC dalam capsule oxygen cuttng machine/terminal box machine, catu daya berasal dari tegangan output PLC yang udah diubah oleh DAC sebesar 0-10 Volt DC yang dikuatkan oleh driver amplifier menjadi 0-150 Volt DC. 2. Kontroler Dalam proses oxygen cutting kontroler yang digunakan sebagai pusat pengendali atau otak adalah PLC Siemens SIMATIC 5 Seri 115. 3. Input Data dan Limit switch Pada proses oxygen cutting input data digunakan sebagai dasar perintah yang akan dijalankan PLC. Limit switch dalam hal ini sensor-sensor proximity induktif berfungsi sebagai penghenti putaran motor DC. 4. Driver Motor DC Driver motor dc terdiri dari relay dan transistor, yang diperlukan dalam pengaturan arah motor (forward dan reverse). 4.2 Sensor pada Proses Oxygen Cutting a. Encoder Encoder merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur panjang baja billet pada proses oxygen cutting. tipe encoder yang digunakan adalah tipe HOHNER SER 85. Encoder akan berputar seiring dengan putaran measuring roller yang bersentuhan langsung dengan baja billet. Setiap satu putaran encoder menghasilkan 1000 pulsa sedangkan 1 pulsa sama dengan 1 mm panjang baja billet. Pulsapulsa tadi akan dibaca oleh IP (Intelligence Processor) pada PLC yang akan dikirim dan akan tampak pada HMI atau Operation Panel Desk. Terlihat dalam spesifikasi di atas bahwa 1 pulsa sama dengan 1 mm, maka jika encoder berputar satu kali panjang baja billet yang terukur adalah 1 mm x 1000 = 1000 mm = 1 m. 4.2 Sensor Pada Capsule Oxygen Cutting Unit kendali lain yang berperan besar dalam proses oxygen cutting adalah limit switch, dalam hal ini proximity sensor, yang digunakan dalam otomatisasi capsule oxygen cutting/terminal box machine. Berikut kegunaan sensor proximity pada capsule oxygen cutting : 1. Sensor Torch Forward sebagai sensor torch forward adalah sebagai batasan gerak pada torch saat bergerak memotong baja billet. Saat torch telah selesai memotong maka torch akan kembali ke posisi semula. Sensor ini diletakkan antara penjepit clamping dan torch. 2. Sensor Torch Above Roll (Cutting Interlock) sebagai sensor Torch Above Roll adalah sebagai sensor untuk menutup bidireksional valve agar torch berhenti mengeluarkan burner cutting (api) ketika baja billet melewatiroll pada rolling table. Ini dilakukan untuk mencegah kerusakan pada rolling table itu sendiri, yang dapat terjadi apabila api torch mengenai rolling table. Sensor ini diletakkan pada sisi kiri
Fu capsule oxygen cutting/terminal box machine. 3. Sensor Home Position Machine Forward sebagai sensor home position machine forward adalah sebagai batasan dari capsule oxygen cutting ketika bergerak maju. Ketika capsule oxygen cutting melewati batas ini maka motor yang menggerakkan capsule oxygen cutting akan berhenti. Sensor ini diletakkan di sisi depan bagian kanan capsule oxygen cutting. 4. Sensor Home Position Machine Backward sebagai sensor home position machine backward adalah sebagai batasan dari capsule oxygen cutting ketika bergerak mundur. Sensor ini diletakkan pada sisi belakang bagian kanan pada capsule oxygen cutting. 5. Sensor Machine Backward Slow sebagai sensor machine backward slow adalah untuk memperlambat kecepatan gerak capsule oxygen cutting yang cepat dan keras ketika bergerak mundur agar tidak membentur mesin lain dibelakangnya. Sensor ini diletakkan berdekatan dengan sensor home position machine backward. 4.3 Pengoperasian HMI atau Operation Panel Desk HMI atau Operation Panel Desk pada proses oxygen cutting digunakan untuk mengendalikan oxygen cutting machine itu sendiri. Pada Operation Panel Desk terdapat selector switch untuk menentukan kecepatan torch dalam proses pemotongan baja billet, yaitu : Switch Torch Forward Fast Switch Torch Forward Slow Switch Torch Backward Fast Switch Torch Backward Slow Sedangkan selector switch untuk menentukan kecepatan capsule oxygen cutting adalah Switch Machine Forward Fast Switch Machine Forward Slow Switch Machine Backward Fast Switch Machine Backward Slow Gambar 4.1 Push button machine ON, machine OFF, switch machine backward dan switch torch backward 4.3 Proses kontrol Oxygen Cutting Machine Oxygen Cutting Machine merupakan plant yang dikendalikan oleh PLC. Pusat kendali atau otak dari proses oxygen cutting adalah PLC Siemens SIMATIC 5 seri 115, dimana PLC ini mengambil peranan besar dalam penyimpanan dan pengolahan data setiap komponen lainnya. PLC Berfungsi sebagai pengendali plant. Selama prosesnya PLC melakukan operasi membaca data masukan dari perangkat luar via modul input, mengeksekusi program kontrol yang tersimpan di memori PLC dan mengupdate atau memeperbaharui data pada modul input. Proses kontrol dalam proses oxygen cutting bersifat dua arah, dimana setiap komponen dapat mengirim atau menerima data dari komponen lainnya. Program yang digunakan oxygen cutting
machine ini tersimpan dalam EPROM yang berada pada CPU PLC. Gambar 4.1 Diagram Blok Sistem Oxygen Cutting BIODATA Muhammad Abbie Hamzah, dilahirkan di Magelang pada 9 Oktober 1992. Jenjang pendidikan ditempuh dari SD Jurang Ombo 5 Magelang, SMP Negeri 2 Magelang, SMA Negeri 3 Magelang, dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol.