III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Lampung 2 x 100 MW unit 5 dan 6 Sebalang, Lampung Selatan. Pengerjaan tugas akhir ini bertempat di laboratorium Tegangan Tinggi Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung pada bulan Juni 2012 sampai dengan bulan September 2013. B. Alat dan Bahan Pada sistem simulasi ini, menggunakan alat dan bahan sebagai berikut : 1. Referensi Electrochlorination Sistem, yaitu sistem baku yang digunakan sebagai pemroses air laut menjadi cairan chlorine (NaOCl), yang berupa buku-buku panduan. 2. Referensi Pemrogramman dan hubungannya dengan computer. 3. Program Aplikasi pada PC menggunakan Cx-one. 4. PC (Personal Computer). C. Metode yang digunakan Berikut adalah blok diagram metode penelitian Simulasi Sistem Chlorination Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap :
51 Gambar 3.1 Blok diagram metode penelitian Pada gambar 3.1 di atas, terlihat bahwa pembuatan program simulasi ini terdiri dari : 1. Penentuan alamat input dan output, yaitu suatu sistem untuk menentukan alamat input dan output mana yang akan digunakan pada komputer yang berinteraksi dengan hardware (sensor sebagai alamat input, dan motor, valve sebagai alamat output), 2. Pembuatan data base, yaitu suatu cara memasukkan data-data referensi yang nantinya digunakan untuk pembanding suatu data masukan, yang akhirnya menjadi suatu perintah keluaran untuk menggerakkan valve atau motor. 3. Penentuan alamat tampilan, yaitu suatu sistem menentukan alamat yang akan digunakan sebagai tampilan display pada PC, sehingga dapat dioperasikan dengan mudah oleh pengguna. 4. Pembuatan logic, adalah suatu langkah utama dalam membuat program kontrol dimana pada sistem ini, dirancang semua logic diagram untuk menjalankan suatu sistem.
52 5. Pengujian logic dan simulasi, yaitu suatu tahapan, dimana logic control yang telah dibuat, dapat beroperasi dengan baik sesuai dengan sistem kerja yang diinginkan. Sistem simulasi ini akan menampilkan kondisi nyata komponen valve, motor, dan injektor bahan kimia, yaitu ditandai dengan warna merah untuk komponenkomponen yang sedang bekerja atau posisi on, warna hijau untuk komponenkomponen yang tidak bekerja atau posisi off, dan warna orange untuk komponenkomponen yang fault, atau tidak bekerja secara baik, contoh : sebuah valve yang tidak dapat membuka penuh menyentuh limit switch open, dalam waktu 3 detik akan berwarna orange (fault). D. Perancangan Program Kontrol Adapun sistem flow chart pembuatan program simulasi pada alat ini adalah sebagai berikut : START A.DATA INPUT B.DATA PERMISSIVE A+B= Ref RUNNING DATA PROCCESS STOP END Gambar 3.2 Flow Chart Program
53 Pada gambar flow chart di atas, proses program berlangsung yaitu : 1. Start, merupakan proses awal menjalankan program untuk mengeksekusi motor pompa maupun valve pada suatu sistem, 2. Data input, merupakan suatu masukan bagi proses kontrol simulasi, yang terdiri dari masukan data switch pada valve, atau kondisi MCB, dan juga kondisi level switch dan kadar chlorin. 3. Data permissive, merupakan suatu masukan bagi proses kontrol simulasi yang terdiri dari izin eksekusi yang merupakan data input pula yang berupa kondisi remote/lokal pengoperasian motor maupun valve. 4. Running, adalah kondisi running atau bekerjanya suatu pompa atau valve. 5. Data proses, merupakan data input yang dihasilkan dari proses running suatu sistem, seperti level tanki penuh atau belum, kondisi flow air, dsb, 6. Stop, merupakan proses akhir dari suatu kontrol simulasi ini, dimana bila kondisi data proses telah sesuai dengan settingan, maka motor, atau valve berhenti bekerja, dan jika belum terpenuhi, pompa dan valve tersebut tetap bekerja. Langkah-langkah dalam membuat program kontrol Chlorination System pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah sebagai berikut : 1. Menentukan jenis program PLC yang digunakan dan dipastikan bahwa program tersebut dapat digunakan pada PLC jenis Simatic s7 dari Siemen, dalam hal ini menggunakan program Cx One Programmer yang kompatible dengan berbagai macam PLC yaitu : Siemen, Mitsubishi, Omron, Allen Bradley, dll. Di dalam program ini juga
54 terdapat program link yang dapat menghubungkan antara program ladder kontrol dengan program simulasi view-nya sebagai pengganti PLC sungguhan. Nama program tersebut adalah Cx One Designer. 2. Mencari referensi dari sistem Chlorination pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap, dan juga referensi dari masing-masing komponen pembentuknya, seperti sistem kerja sensor, dan sistem kerja panel motor. 3. Menentukan alamat input, alamat kontrol internal PLC yang berupa relay internal, timer, dan counter, dan menetukan alamat output yang akan diumpankan ke keluaran PC menuju PLC sebenarnya. Pada sistem chlorination ini, program dibagi menjadi sistem, yaitu sistem elektrikal, yang bersumber dari panel-panel motor, dan sistem mekanik, yang berasal dari sensor switch dari aliran mekanik air, level tanki, dan analizer chlorin. Program CX One, mempunyai alamat input output mulai dari 0.00, sampai 199.00, dan relay internal program yaitu dari 200.00 sampai tak hingga. Timer memiliki alamat 000 sampai 999. Berikut adalah daftar input yang terdapat pada sistem chlorination berdasarkan data referensi proyek PLTU Sebalang : Tabel 3.3. Daftar alamat input sensor Program PLC Chlorination System NO : ALAMAT INPUT : DISKRIPSI : JENIS KONTAK 1 10.00 DP Strainer 1 Normally Open 2 10.01 DP Strainer 1 Normally Open 3 10.02 Flow Inlet Chlorinizer 1 Normally Close 4 10.03 Flow Inlet Chlorinizer 1 Normally Close
55 5 10.04 Temperatur Inlet Chlorinizer 1 Normally Open 6 10.05 Temperatur Inlet Chlorinizer 1 Normally Open 7 10.06 Flow Outlet Chlorinizer 2 Normally Close 8 10.07 Flow Outlet Chlorinizer 2 Normally Close 9 10.08 Temperatur Outlet Chlorinizer 2 Normally Open 10 10.09 Temperatur Outlet Chlorinizer 2 Normally Open 11 10.10 Chlorin Analizer Normal Normally Open 12 10.11 Chlorin Analizer HIgh Normally Open 13 10.12 Level Low Storage Tank Normally Open 14 10.13 Level High Storage Tank Normally Open Sedangkan untuk alamat input yang berasal dari panel-panel motor adalah sebagai berikut : Tabel 3.4. Daftar alamat input Panel Motor Chlorination System NO : ALAMAT INPUT : DISKRIPSI : JENIS KONTAK 1 0.01 Booster Pump 1 Remote Normally Open 2 0.02 Booster Pump 1 Trip Normally Open 3 0.03 Booster Pump 1 Control Fail Normally Open 4 1.00 Booster Pump 2 Remote Normally Open 5 1.01 Booster Pump 2 Trip Normally Open 6 1.02 Booster Pump 2 Control Fail Normally Open 7 2.00 Rectifier 1 Remote Normally Open 8 2.01 Thyristor Rectifier 1 Over Temperatur Normally Open 9 2.02 Dioda Rectifier 1 Over Temperatur Normally Open 10 2.03 Rectifier 1 General Fault Normally Open 11 2.04 Rectifier 1 Fan Fault Normally Open
56 12 2.05 Rectifier 1 Phase Fault Normally Open 13 2.06 Rectifier 1 Door Open Normally Open 14 2.07 Rectifier 1 Over Voltage Normally Open 15 2.08 Rectifier 1 Transformer Over Temperatur Normally Open 16 2.09 Rectifier 1 Over Current Normally Open 17 3.00 Rectifier 2 Remote Normally Open 18 3.01 Thyristor Rectifier 2 Over Temperatur Normally Open 19 3.02 Dioda Rectifier 2 Over Temperatur Normally Open 20 3.03 Rectifier 2 General Fault Normally Open 21 3.04 Rectifier 2 Fan Fault Normally Open 22 3.05 Rectifier 2 Phase Fault Normally Open 23 3.06 Rectifier 2 Door Open Normally Open 24 3.07 Rectifier 2 Over Voltage Normally Open 25 3.08 Rectifier 2 Transformer Over Temperatur Normally Open 26 3.09 Rectifier 2 Over Current Normally Open 27 4.00 Dosing 1 Remote Normally Open 28 4.01 Dosing 1 Trip Normally Open 29 4.02 Dosing 1 Control Fault Normally Open 30 5.00 Dosing 1 Remote Normally Open 31 5.01 Dosing 1 Trip Normally Open 32 5.02 Dosing 1 Control Fault Normally Open 33 7.00 Plant Unit 1 Running Normally Open 34 7.01 Plant Unit 2 Running Normally Open Sedangkan alamat output yang merupakan relay internal program PLC ini adalah sebagai berikut :
57 Tabel 3.5. Daftar alamat output control Chlorination System NO : ALAMAT OUTPUT : DISKRIPSI : JENIS KONTAK 1 200.08 Start Command Booster Pump 1 Normally Open 2 200.09 Stop Command Booster Pump 1 Normally Open 3 201.07 Start Command Booster Pump 2 Normally Open 4 201.08 Stop Command Booster Pump 2 Normally Open 5 202.14 Start Command Rectifier 1 Normally Open 6 202.15 Stop Command Rectifier 1 Normally Open 7 203.14 Start Command Rectifier 2 Normally Open 8 203.15 Stop Command Rectifier 2 Normally Open 9 204.09 Start Command Dosing 1 Speed 1 Normally Open 10 204.10 Stop Command Dosing 1 Speed 1 Normally Open 11 204.11 Start Command Dosing 1 Speed 2 Normally Open 12 204.12 Stop Command Dosing 1 Speed 2 Normally Open 13 205.09 Start Command Dosing 2 Speed 1 Normally Open 14 205.10 Stop Command Dosing 2 Speed 1 Normally Open 15 205.11 Start Command Dosing 2 Speed 2 Normally Open 16 205.12 Stop Command Dosing 2 Speed 2 Normally Open Dengan menentukan alamat input, dan output ini, maka dapat dibuat ladder logic sesuai dengan prinsip kerja dari Chlorination System, yang dibagi menjadi 2 sistem kontrol, yaitu sistem kontrol manual dan sistem kontrol otomatis, dimana selector switchnya dibuat dalam software program relay.
58 1. LOGIC SENSOR Berikut adalah gambar diagram ladder untuk input sensor : Gambar 3.6. Ladder Diagram sensor pada Chlorination System Pada gambar di atas, terlihat bahwa semua sensor merupakan kontak NO (Normally Open), kecuali sensor flow atau aliran, memiliki sifat kontak NC (Normally Close). Jumlah jalur ladder untuk sensor ini adalah 6 Rung yaitu dari Rung 2 sampai Rung 7. Semua indikator diumpankan terlebih dahulu ke dalam relay internal program PLC, supaya dapat digunakan untuk mengontrol lebih banyak. Yaitu dari 210.00 sampai 210.09, sehingga untuk kontrol yang bersangkutan dengan sensor-sensor ini menggunakan kontaktor dari relay yang berhubungan dengan sensor.
59 2. LOGIC BOOSTER PUMP 1 Untuk ladder program control Booster Pump 1 dapat dilihat sebagai berikut : Gambar 3.7. Ladder Diagram Booster Pump 1 pada Chlorination System
60 Pada gambar di atas, logic control untuk booster pump 1 dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu logic booster pump 1 indikator, yang terdiri dari 5 Rung, dan logic control booster pump 1, yang berfungsi menjalankan booster pump 1 baik secara manual maupun auto, dan untuk men-stop booster pump tersebut. 3. LOGIC BOOSTER PUMP 2 Gambar 3.8. Ladder Diagram Booster Pump 2 pada Chlorination Syst
61 Sama halnya dengan logic control booster pump 1, pada gambar di atas, terdapat indikasi-indikasi pada booster pump 2, yang selanjutnya diproses lebih lanjut pada logic control booster pump tersebut. 4. LOGIC RECTIFIER CHLORINIZER 1 Gambar 3.9. Ladder Diagram Rectifier Chlorinnizer 1 Pada gambar di atas, terlihat bahwa Rectifier Chlorination memiliki cukup banyak input-an mulai dari remote yang diletakkan pada alamat 200.00, dengan relay 202.00, sampai 213.00 dengan relay 212.01. Hal ini disesuaikan dengan keadaan aktual kondisi rectifier yang diumpankan ke sistem plc.
62 Berikut adalah logic control rectifier 1 : Gambar 3.10. Ladder Diagram Kontrol Rectifier Chlorinnizer 1
63 Pada gambar di atas, logic control Rectifier Chlorinizer 1 terdiri dari 2 buah command running, dan 2 buah command stop, karena dalam kondisi aktual, chlorinizer ini bekerja dalam 2 jenis kecepatan yaitu kecepatan 1 dimana chlorinizer bekerja dengan kekuatan arus jenis 1 untuk mengimbangi jumlah motor booster pump yang bekerja. Jika hanya 1 motor booster yang bekerja, maka chlorinizer bekerja dengan kekuatan arus tipe 1, dan jika jumlah booster pump yang bekerja 2 buah, maka chlorinizer bekerja dengan kekuatan arus listrik tipe 2. 5. LOGIC RECTIFIER CHLORINIZER 1 Gambar 3.8 : Leadder Diagram Indikasi Rectifier Chlorinnizer 1
Gambar 3.9 : Leadder Diagram Kontrol Rectifier Chlorinnizer 1 64
65 6. LOGIC RECTIFIER CHLORINIZER 2 Sama halnya dengan rectifier 2, indikasi dan urutan control diagram sama dengan Rectifier 1, seperti terlihat pada logic berikut : Gambar 3.9 : Leadder Diagram Indikasi Rectifier Chlorinnizer 2
66 Gambar 3.10 : Leadder Diagram Kontrol Rectifier Chlorinnizer 2 7. LOGIC DOSING PUMP 1 Untuk logic dosing pump dapat dilihat dalam logic berikut : Gambar 3.11 : Leadder Diagram Indikasi Dosing pump 1
67 Pada sistem kerjanya dosing pump mempunyai dua nilai speed yaitu speed 1 dan speed 2. Bergantung pada jumlah power plant (Pemangkit yang running). Jika hanya 1 Pembangkit yang running, maka dosing pump bekerja dengan speed 1, sedangkan jika Pemangkit semua running (2 Unit, maka speed dosing berubah menjadi speed 2. Berikut adalah leader control logic dosing pump 1 Gambar 3.12 : Leadder Diagram Kontrol Dosing pump 1
68 Pada gambar di atas, terdapat 2 buah control running, yaitu Speed 1 dan Speed 2 yang diletakkan pada alamat relay internal 204.09, dan 204.11. Speed pada dosing pump ini bekerja secara bergantian, dan tidak dapat bekerja bersama. Dan terdapat 2 buah control stop, yaitu Stop speed 1 dan Stop speed 2, yang masing-masing diletakkan pada alamat relay internal 204.10, dan 204.12. 8. LOGIC DOSING PUMP 2 Gambar 3.13 : Leader Diagram Indikasi Dosing pump 2 Sama halnya dengan dosing pump 1, sebelum masuk ke leader control, terlebih dahulu disepakati alamat-alamat indikasi yang berfungsi menjalankan tampilan Designer, dan juga sebagai interlock terhadap program kontrolnya. Komponen panel seperti Local/remote, indikasi Trip, Control Fail, juga terdapat dalam panel Dosing ini. Semua inidikasi ini diumpankan ke relay internal program yaitu dari 205.00 sampai 205.06 termasuk didalamnya tombol Start Speed 1, Stop Speed 1, Start Speed 2 dan Stop Speed 2.
Gambar 3.14 : Leader Diagram Kontrol Dosing pump 2 69
70 Sama halnya dengan Dosing 1, control dosing 2 terbagi menjadi 2 kontrol running, yaitu Speed 1 dan Speed 2, dan juga Stop Speed 1 dan Stop Speed 2. Disamping logic tersebut di atas, terdapat logic pengaturan waktu pengisian dan pembuangan tanki Chlorin, yaitu : 1. Waktu pengisian tanki Chlorin Waktu pengisian tanki Chlorin ini berhubungan dengan kapasitas motor pompa Booster Pump 1 dan 2, dan kapasitas tanki Chlorin. Berikut adalah perhitungan waktu isi automatis berdasarkan kapasitas Booster Pump dan Tanki Chlorin pada PLTU Sebalang 2 x 100 MW. Diketahui : kapasitas Booster Pump masing-masing Kapasitas tanki Tinggi tangki = 40 m3 / h = 60 m3 = 3 m atau 300 cm Dengan nilai actual ini, maka jika hanya 1 pompa yang running yaitu Booster Pump 1 atau Booster Pump 2, maka lamanya waktu pengisian tanki dari kondisi kosong sampai penuh adalah : Waktu pengisian = Kapasitas Tanki / Kapasitas Pompa = (60 m3 / 40 m3) h = 1 ½ h atau = 90 menit. Dalam simulasi ini satuan jam diganti dengan menit, dan satuan menit menjadi detik, sehingga dalam pen-setingan waktu timer pada program adalah 90 detik atau 1 ½ menit. Jika 2 pompa yang running, maka waktu pengisian dengan pompa 1 dibagi 2 = 90 detik / 2 = 45 detik.
71 Waktu ini digunakan pada tampilan display Designer, yaitu dengan tinggi 300 cm mempunyai waktu pengisian 90 detik jika hanya 1 pompa yang running, dan 45 detik jika kedua pompa Booster running. Untuk menampilkan jalannya waktu pengisian, maka tinggi 300 cm ini dilakukan oleh counter 300, yang berarti bahwa 1 counter memiliki nilai : = 90 / 30 detik = 3 detik atau 300 (timer 10 ms) Sehingga timing on dan off-nya adalah 300 / 2 ms dan 150 (timer 10 ms). Pada gambar logic control terlihat sebagai berikut : Gambar 3.15 : Leader Diagram Kontrol Timer 1 Booster Pengisian Tanki Chlorin Pada gambar di atas, terlihat bahwa seting timer untuk 1 Booster pump adalah 150 (timer 10ms) yang dikontrol oleh 201.10 dimana timer ini hanya berlaku jika salah satu Booster pump yang running. Sedangkan jika kedua Booster Pump
72 running, maka seting timer adalah dibagi 2 dari timer 1 booster running, sehingga nilai seting timernya adalah : = 300 / 2 = 150 Dan untuk timing on dan timing off masing-masing adalah 75 (timer 10ms) 2. Waktu pembuangan tanki Chlorin Waktu pembuangan ditentukan oleh Seed pada Dosing Pump, yaitu speed 1 dan speed 2, dan pada kondisi manual, dimungkinkan terjadi kedua Dosing menyala, sehingga timing-nya dikalii 2.Adapun kapasitas masing-masing pompa dosing adalah 50 m3 / h, pada kecepatan maksimal, dan dengan mengetahui kapasitas tangki adalah 60 m3, maka lamanya waktu pembuangan / pengosongan tangki dari ketinggian maksimal 300 cm atau 30 dm sampai 0 yaitu : 1. 1 pompa Dosing running dengan full Speed Timing pengosongan adalah = 1.2 detik x 30 = 36 detik Sehingga dalam counter 30 an, 1 counternya bernilai 1.2 detik, dibagi dalam 2 waktu timing yaitu timing on seleme 0.6 detik, dan timing off selama 0.6 detik. Timer yang digunakan adalah timer per 10ms, sehingga setingan waktu pada timer ini adalah 60. Berikut adalah gambar logic control waktu pengosongan tanki chlorine :
73 Gambar 3.15 : Leader Diagram Kontrol Speed 1 Pengosongan Tanki Chlorin 2. Untuk waktu pembuangan chlorine minimal adalah Dalam counter 30 an, 1 counternya bernilai 4.8 detik, dibagi dalam 2 waktu timing yaitu timing on selama 0.24 detik, dan timing off selama 0.24 detik. Timer yang digunakan adalah timer per 10ms, sehingga setingan waktu pada timer ini adalah 240. Berikut adalah tampilan Cx One Designer keseluruhan proses Chlorination : Gambar 3.16 : tampilan Cx One System Chlorination System
74 Pada gambar utama Cx One Designer terdapat 2 buah Booster Pump, yang masing pompa memiliki tampilan indikasi : Remote, Trip, dan Control Fail sesuai dengan fasilitas yang terdapat pada panel motor : Gambar 3.17 : Mimik indikasi kondisi untuk masing-masing panel Booster Pump 1 dan 2 Pada gambar di atas, kotak polos menyatakan jenis switch pada panel sebagai kontak NO (Normally Open), sedangkan kotak centang, menyatakan kontak NC. Selain tampilan mimic kondisi panel, masing-masing Booster pump juga memiliki mimic tombol start/stop untuk menjalankan pompa secara manual, berikut gambar mimiknya : Gambar 3.18 : Mimik tombol Booster Pump 1 dan 2 Sedangkan untuk Rectifier 1 dan 2, masing-masing terdapat fasilitas indiasi sebagai berikut :
75 Gambar 3.19 : Mimik indikasi Rectifier 1 dan 2 Indikasi-indikasi ini sesuai dengan fasilitas yang terdapat pada panel Rectifier 1 dan 2. Selain itu, terdapat pula mimic tombol start / stop speed 1 dan 2 untuk tiap rectifier. Berikut gambar mimiknya : Gambar 3.20 : Mimik tombol Rectifier 1 dan 2 Masing-masing rectifier memiliki 2 tombol control running dan 2 tombol control stop. Jika tombol run 1 ditekan, maka rectifier akan bekerja dengan kekuatan arus speed 1, dan jika tombol run 2 ditekan, maka rectifier bekerja dengan kecepatan arus speed 2. Pada masing pompa Dosing, juga terdapat indikasi-indikasi sebagai berikut : Gambar 3.21 : Mimik indikasi Dosing 1 dan 2
76 Dan fasilitas mimic tombol sebagai berikut : Gambar 3.22 : Mimik tombol Dosing 1 dan 2 Pada pompa Dosing, memiliki 2 nilai Speed atau kapasitas, yaitu kapasitas Speed maksimal yaitu 50 m3 /h, dan kapasitas minimal yaittu 50 m3 / h / 4 = 12,5 m3/h, Selain fasilitas mimik di atas, pada tampilan Chlorination, terdapat pula mimic toggle untuk mensimulasikan kondisi-kondisi yang terjadi, seperti terlihat pada gambar di bawah ini : Gambar 3.23 : Mimik toggle Chlorination System
77 Pada gambar mimic toggle switch di atas, terdapat semua fasilitas input yang dimiliki oleh masing-masing panel motor, rectifier, dan juga sensor DP (Pressure Switch), hal ini bertujuan mempermudah proses simulasi, sehingga tidak perlu mentoggle kontaktor input pada logic leader diagramnya. E. Jadwal Penelitian Jadwal rencana kegiatan penelitian. Juni Juli Agustus Januari Maret September No. Aktivitas 2012 2012 2012 2013 2013 2013 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 Studi Literatur 2 3 4 5 6 Pengumpulan data program simulasi Seminar Proposal Pembuatan program simulasi Pegujian program simulasi Penulisan laporan 7 Seminar hasil 8 Perbaikan 9 Seminar Komprehensif Tabel 3.6. Jadwal Penelitian