Makalah Seminar Kerja Praktik PENGENDALIAN MESIN EXTRACTOR PADA REHEATING FURNACE TIPE WALKING BEAM MENGGUNAKAN PLC S7-300 PADA PABRIK HOT STRIP MILL PT KRAKATAU STEEL (PERSERO) TBK ABSTRAK Moch. Akbar Ramadhan A.F. [1], Sumardi, ST, MT [2] Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jalan Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Pabrik Hot Strip Mill (HSM) merupakan salah satu divisi PT Krakatau Steel (Persero) Tbk yang memproduksi strip dan coil dari bahan baku slab. Dalam proses produksinya, pabrik Hot Strip Mill (HSM) menggunakan reheating furnace sebagai pemanas slab sebelum diolah menjadi strip atau coil. Mesin Extractor merupakan alat yang digunakan untuk mengambil hot slab yang telah dipanaskan di dalam ruang furnace untuk diletakkan pada roller way. Mesin Extractor ini dikendalikan oleh PLC Siemens S7-300 dan komponen-komponen pendukung lainnya. Kata kunci: Reheating Furnace, Mesin Extractor, PLC Siemens S7-300 I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Semakin berkembangnya peradaban manusia semakin tinggi pula keinginan dan kebutuhan manusia. Didorong oleh perkembangan ilmu dan teknologi yang cukup pesat saat ini memberikan pengaruh dengan berkembangnya dunia industri di Indonesia untuk memenuhi kebutuhan manusia tersebut. PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri manufaktur. Perusahaan ini bergerak dalam bidang pengecoran baja. PT. Krakatau Steel sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun beja beton. Continuous Reheating furnace merupakan salah satu proses yang terdapat di Divisi Hot Strip Mill. Bahan baku slab mengalami pemanasan dengan temperature tinggi antara 1200-1300 0 C selama 2 jam dalam proses ini. Setelah dipanaskan slab akan diangkat dari dalam ruang reheating furnace menggunakan mesin extractor untuk melanjutkan ke proses selanjutnya. Untuk menjamin kelancaran produksi dan keselamatan pekerja, diperlukan sistem kontrol otomatis untuk mengendalikan mesin extractor ini. 1.2 Batasan Masalah Dalam makalah kerja praktek ini, dibahas hal-hal yang bersifat umum yang menyangkut tentang pengendalian mesin extractor dengan PLC SIMATIC S7-300 pada Continuous Reheating Furnace di Divisi Hot Strip Mill (HSM) PT. Krakatau Steel Cilegon. 1.3 Tujuan Kerja Praktik Hal-hal yang menjadi tujuan dilaksanakannya kerja praktik ini adalah: 1. Mengenal alat dengan sistem otomatisasi modern yang dipakai di PT Krakatau Steel (Persero) Tbk 2. Mengetahui sistem proses produksi di PT Krakatau Steel (Persero) Tbk 3. Mengamati penerapan ilmu pengetahuan mengenai Sistem Instrumentasi dan Elektronika, Dasar Sistem Kontrol, Pemodelan dan Identifikasi Sistem, ataupun Sistem Manufacturing dan Proses. 4. Melatih daya analisis dan kepekaan mahasiswa untuk mendapatkan solusi dari suatu masalah yang dihadapi dalam dunia industri yang bertaraf internasional. 5. Melatih mahasiswa untuk berinteraksi dan berkoordinasi dengan baik dengan orang lain dalam bekerja. 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP
II. DASAR TEORI 2.1 Programmable Logic Controller (PLC) Programmable Logic Controller (PLC) pada dasarnya adalah sebuah komputer yang khusus dirancang untuk mengontrol suatu proses atau mesin. Proses yang dikontrol ini dapat berupa regulasi variabel secara kontinyu seperti pada sistem-sistem servo, atau hanya melibatkan kontrol dua keadaan (On/Off) saja tetapi dilakukan secara berulang-ulang seperti umum dijumpai pada mesin pengeboran, sistem konveyor, dan lain sebagainya. 2.2 Komponen pada PLC Perangkat keras PLC pada dasarnya tersusun dari empat komponen utama berikut: Prosesor, Power Supply, Memori, dan Modul Input/Output. Secara fungsional, interaksi antara keempat komponen penyusun PLC ini dapat diilustrasikan pada gambar berikut: untuk tujuan kontrol proses yang melibatkan perhitungan-perhitungan kompleks dan akuisisi data analog. 4. Diagram Fungsi Sekuensial (Sequential Function Charts) Metode grafis untuk pemrograman terstruktur yang banyak melibatkan langkah-langkah rumit, seperti pada bidang robotika, perakitan kendaraan, Batch Control, dan lain sebagainya. 5. Teks Terstruktur (Structured Text) Pemrograman ini menggunakan statementstatement yang umum dijumpai pada bahasa level tinggi (high level programming) seperti If/Then, Do/While, Case, For/Next, dan lain sebagainya. Dalam aplikasinya, model ini cocok digunakan untuk perhitungan-perhitungan matematika yang kompleks, pemrosesan tabel dan data, serta fungsi-fungsi kontrol yang memerlukan algoritma khusus. Gambar 2.2 Bahasa Pemrograman PLC Simatic S7 Gambar 2.1 Blok Diagram PLC. 2.3 Pemrograman PLC Berkaitan dengan pemrograman PLC ini, ada lima model atau metode yang telah distandardisasi penggunaannya oleh IEC (International Electrical Commission): 1. List Instruksi (Instruction List) Pemrograman dengan menggunakan instruksi-instruksi bahasa level rendah (Mnemonic), seperti NOT, AND, dan lain sebagainya. 2. Diagram Ladder (Ladder Diagram) Pemrograman berbasis logika relai, cocok digunakan untuk persoalan-persoalan kontrol diskret yang input/output hanya memiliki dua kondisi On atau Off seperti pada sistem kontrol konveyor, lift, dan motor-motor industri. 3. Diagram Blok Fungsional (Function Blok Diagram) Pemrograman berbasis aliran data secara grafis. Banyak digunakan 2.4 PLC Simatic S7-300 PLC Siemens Simatic S7-300 merupakan kontroler universal yang menghemat ruang instalasi dan memiliki desain modular.luasnya jangkauan modul dapat digunakan untuk memperluas sistem terpusat atau untuk menciptakan struktur yang terdesentralisasi sesuai dengan tugas yang ditangani dan menghemat biaya suku cadang. Simatic S7-300 adalah sistem terintegrasi yang akan menghemat pengeluaran dan biaya perawatan. 2.5 Motor AC Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik, yaitu stator dan rotor. Stator merupakan komponen listrik statis sedangkan rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. 2.6 Sistem Hidrolik Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk perubahan atau pemindahan daya dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk memperoleh daya yang lebih besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana fluida penghantar ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan yang kemudian diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa saluran dan katupkatup. Gerakan translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh tekanan fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur. yang terlebih dahulu dipanaskan dengan menggunakan boiler. b. Reheating furnace tipe Walking beam Reheating furnace tipe ini digerakkan oleh motor listrik. Slab-slab yang akan dipanaskan dibawa masuk dan keluar furnace dengan menggunakan beam yang bisa bergerak masuk dan keluar tungku (furnace). Furnace ini memakai bahan bakar gas alam dan LFO (liquid fuel oil) / solar. Keunggulan furnace ini dibandingkan dengan tipe pusher adalah furnace ini mampu mengeluarkan slab dari dalam tungku dan tidak memerlukan slab lain untuk mengeluarkan slab yang telah dipanaskan seperti yang dilakukan oleh tungku tipe pusher. III. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1 Reheating furnace Reheating furnace merupakan bagian yang sangat penting dari sitem produksi dalam pabrik baja lembaran panas atau hot strip mill. Reheating furnace mengawali proses pembentukan slab menjadi hot rolled coil. Pada tahap ini, slab mengalami proses pemanasan di dalam tungku yang dikendalikan listrik untuk dapat diproses lebih lanjut. Pemanasan ini memerlukan temperature yang sangat tinggi antara 1200 o C hingga 1300 o C dengan selang waktu 2,5 menit. Kapasitas reheating furnace sebanyak 300 ton/jam atau 30 slab per jam dengan lama pemanasan slab 2 jam 20 menit. Tahap ini berlangsung terus menerus selama 24 jam tanpa henti (continuous). Dalam Pabrik Baja Lembaran Panas / HSM terdapat dua reheating furnace yakni: a. Reheating furnace tipe Pusher Reheating furnace jenis ini merupakan buatan Jerman. Cara kerjanya mendorong slab baja masuk ke dalam tungku yang digerakkan oleh motor hidrolik pneumatic dan mengeluarkan slab dari dalam furnace menuju hot roll table. Memakai bahan bakar gas alam dan residu minyak yang didistribusikan melalui pipa-pipa Gambar 3.1 Reheating Furnace 3.2 Mesin Extractor pada Reheating Furnace Mesin extractor berfungsi mengambil slab panas dari posisi akhir di ruang furnace dengan mengangkat dan menurunkannya pada roller way discharging pada posisi yang sesuai (koordinat slab persis berada di tengah-tengah roller table) untuk melanjutkan ke proses yang selanjutnya. Mesin extractor terdiri atas 2 Motor AC yang terpisah (kiri dan kanan) tetapi bekerja bersamaan (dikopel) dengan 6 tuas untuk menarik slab dari dalam ruang furnace dan memiliki disc brake sebagai sistem pengerman motor. Jalan maju atau mundur dari mesin ini ditentukan oleh 2 motor AC sedangkan untuk naik turun dikerjakan oleh 6 arms yang dikontrol oleh silinder hidrolic yang terpisah. Adapun cara kerjanya yaitu 1. Motor extractor menggerakkan arms maju (forward) dengan kecepatan rendah 2. Motor extractor berhenti, ketika posisi arms tepat berada di bawah hot slab 3. Hidrolik mengangkat arms naik sehingga mengangkat hot slab
4. Motor extractor menggerakkan arms berisi hot slab mundur (backward) dengan kecepatan rendah 5. Motor extractor berhenti, ketika koordinat slab tepat di tengah roller way 6. Hidrolik menurunkan hot slab ke roller way 7. Motor extractor menggerakkan arms yang telah kosong ke posisi semula (backward) dengan kecepatan tinggi. menggerakkan extractor pada Reheating Furnace Tipe Walking Beam. Motor yang digunakan adalah buatan SIEMENS Jerman. Gambar 3.4 Motor Induksi 3 Ø Gambar 3.2 Mesin Extractor 3.3 Simulasi Pengendalian Mesin Extractor pada Reheating Furnace Tipe Walking Beam 3.3.1 Komponen Sistem 1. PLC Simatic S7-300 Modul-modul yang digunakan adalah sebagai berikut: Power Supply CPU Digital Input Module Digital Output Module Analog Output Module 3. Kontaktor-Kontaktor Kontaktor-kontaktor berfungsi untuk proses switching-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. (a) Kontaktor bantu (b) kontaktor utama Gambar 3.5 Kontaktor pada PLC S7-300. 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 3.3 PLC Simatic S7-300 2. Motor induksi 3 fasa Motor ini merupakan bagian utama dari sistem,yang berfungsi untuk
Tabel 3.1 Masukan dan Alamatnya Gambar 3.6 fuse dan overload breaker 6. Panel kontrol Panel kontrol merupakan bagian dari sistem dimana perintah-perintah kerja yang diberikan operator berasal. Pada panel ini terdapat tombol-tombol perintah. Selain itu terdapat meter analog sebagai inikator penunjuk putaran motor yang dikeluarkan. Gambar 3.7 Panel Kontrol dan Output Analog 3.3.2 Pemrograman Simulasi Pengendalian Mesin Extractor Software yang digunakan untuk memprogram simulasi ini adalah SIMATIC MANAGER STEP7 1. Input dan Output Pemrograman - Digital input Modul PLC ini setelah dihubungkan ke sumber tegangan DC 24 volt, dihubungkan pula pada sumber-sumber input yaitu limit switch, input emergency stop dan MCB trip. Device Perintah Kondisi Alamat Tombol Ada slab NO I1.0 Tombol Furnace NO I1.1 terbuka Tombol Perintah NO I0.0 motor extractor maju Tombol Emergency NC I1.7 stop Tombol MCB trip NC I0.7 Limit Extractor di NO I0.2 swicth bawah slab Limit switch Extractor sampai di NO I0.3 Limit switch Roller Way Extractor di belakang - Digital Output Modul ini selain dihubungkan ke sumber tegangan DC 24 volt, tapi juga dihubungkan ke piranti output dua buah lampu indikator dan dua buah kontaktor bantu. Berikut adalah daftar koneksinya. Tabel 3.2 Keluaran dan Alamatnya Device NO I0.4 Alamat Kontaktor bantu Q4.0 Kontaktor bantu Q4.1 Indikator maju Q6.0 Indikator mundur Q6.1 - Analog Output Modul ini duhubungkan ke sumber tegangan DC 24 volt dari power supply PLC. Kemudian outputnya pada alamat 306 dihubungkan ke analog meter. 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 kedua kontaktor berbeda,satu untuk putar kanan,dan satunya lagi untuk putar kiri.perbedaan arah putar dikarenakan pemasangan input R,S,T pada kontaktor 1 dan T,R,S pada kontaktor 2.
2. Analisis Pemrograman Program Utama a. Program untuk motor maju c. Program untuk indikator motor maju dan mundur Gambar 3.8 Program utama motor maju Program pada network ini adalah program utama,yaitu motor putar kanan (maju) dikontrol. Input yang memerintahkan maju yaitu I0.0.setelah semua syarat dipenuhi maka extractor dapat bergerak maju,saat extractor bergerak maju maka breaker akan dinonaktifkan secara otomatis. Motor akan terus berputar atau extractor akaan terus bergerak maju sampai limit switch slab dikenai oleh extractor. b. Program untuk motor mundur Gambar 3.9 Program untuk indikator motor maju dan mundur Program ini adalah program flip-flop yang penulis gunakan untuk membuat indikator pada saat proses pusher maju berkedip-kedip. Jika motor berhenti maka indikator akan otomatis mati. d. Program untuk output analog Gambar 3.9 Program utama motor mundur Program ini adalah program mundur secara otomatis. setelah extractor sudah terisi dan mengangkat slab. Selanjutnya motor extractor mundur membawa slab menuju roller way. Sebelum motor berputar mundur,penulis memberi delay selama 5 detik setelah motor putar maju berhenti untuk arm extractor ke atas mengangkat slab melalui sistem hidrolik dan kemudian delay 5 detik selanjutnya untuk perpindahan dari arm extractor naik ke motor putar mundur. Untuk mengeluarkan output pada panel,dibutuhkan counter mendapatkan nilai dari analog tersebut. Keluaran counter ini
dikirim ke memori word dengan alamat MW1 yang dapat dipanggil nantinya pada network lain jika dibutuhkan. Proses integer ini digunakan agar mendapat keluaran yang lebih besar, misalnya nilai 1 dari counter akan menjadi 1000 pada MW2. Perubahan ini akan terlihat jelas pada panel. Hal ini diperlukan karena pada panel memiliki range yang besar. Jika kita memakai data asli maka tidak akan terlihat jelas perubahan pada panel. Hasil perhitungan dari network sebelumnya dikirim kealamat PQW306 yang mana alamat ini dihubungkan pada analog output yang akan digunakan nantinya IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Continuous reheating furnace merupakan salah satu bagian yang penting dalam proses produksi di HSM. salah satu Furnace yang dipakai di Divisi HSM adalah tipe walking beam. 2. Mesin Extractor pada bagian reheating furnace berfungsi sebagai pengambil slab dari dalam ruang furnace untuk dibawa ke roller way. 3. Motor yang digunakan pada Mesin Extractor adalah motor Induksi 3 fasa. 4. Mesin Extractor bekerja secara otomatis dengan dikendalikan oleh Programmable Logic Circuit (PLC). 5. PLC yang digunakan untuk pengendalian Mesin Extractor di WTP pabrik HSM adalah PLC Siemens S7-300. 6. Pemrograman PLC untuk pengendalian Mesin Extractor menggunakan software SIMATIC MANAGER STEP Rod Mill PT Krakatau Steel (Persero) Tbk. UNDIP : Semarang [3] --. Pusher & Walking Beam Furnaces For 88 Hot Strip Mills, PT Krakatau Steel, Cilegon [4] --. Siemens Training modul Scuola automazione industriale SITRAIN, PT Krakatau Steel, Cilegon [5] --. Siemens Basic of AC Drives, PT Krakatau Steel, Cilegon Moch. Akbar R.A.F. (21060110120021). Lahir di Semarang, 22 Maret 1993. Telah menempuh pendidikan di SDN Perumnas Krapyak 03 Semarang, SMPN 30 Semarang dan SMAN 5 Semarang. Dan saat ini tercatat sebagai mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro, angkatan 2010, konsentrasi Teknik Kontrol dan Instrumentasi. Menyetujui Dosen Pembimbing Sumardi, ST, MT NIP 196811111994121001 DAFTAR PUSTAKA [1] Imanina, Fildzah. 2012. Pengendalian Crane Scraver pada Water Treatment Plant (WTP) Pabrik Wire Rod Mill PT Krakatau Steel (Persero) Tbk dengan PLC Siemens S7-300. UNDIP : Semarang [2] Latifa, Ulinnuha. 2012. Pengendalian Referensi Kecepatan Motor DC Area Roughing Mill menggunakan PLC ABB Masterpiece 200 Pabrik Wire