APLIKASI REDUNDANT SYSTEM

Makalah Seminar Kerja Praktek APLIKASI REDUNDANT SYSTEM PADA PROTOTYPE SISTEM PENYALURAN TENAGA LISTRIK DENGAN GANGGUAN PADA GARDU INDUK PENURUN TEGANGAN MENGGUNAKAN PLC OMRON SERI CPM1A-40 CDT-DV1 Rizky Adi Nugraha (L2F009037) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail: nugraha.adi.rizky@gmail.com Abstrak Labotarium Teknik Kontrol Otomatis merupakan salah satu wadah bagi mahasiswa untuk mengembangkan kemampuan praktis yang menyediakan fasilitas dalam melakukan penelitian. Ketersediaan perangkat perangkat penunjang dalam hal system kendali otomatis memungkinkan mahasiswa melakukan suatu riset. Salah satu riset yang telah dilakukan adalah pengembangan Tugas Akhir mahasiswa mengenai Sistem Listrik Redundant yang dirangkai secara robust dengan menggunakan perangkat PLC (Program Logic Control) sebagai sistem control otomatisnya. Penggunaan PLC dipakai untuk mempermudah dalam pemprogramannya yaitu dengan menggunakan fungsi Ladder Diagram. Redundant system merupakan salah satu ilmu yang telah diterapkan pada Automation system untuk menghindari error akibat beberapa factor. Pada sistem listrik, Redundant sistem dipakai untuk menghindari error pada jalur transmisi listrik yaitu gangguan hubung buka (open circuit) dan gangguan hubung singkat(short circuit) Kata kunci: redundant, sistem kontrol, PLC 1.1 Latar Belakang I. PENDAHULUAN Sejalan dengan semakin berkembangnya teknologi mengharuskan sebuah sistem mampu mengatasi keadaan error dan secara otomatis kembali bekerja pada keadaan normal. Dalam hal ini mahasiswa diharapkan mampu mengaplikasikan ilmu teori yang diperoleh dalam perkuliahan kedalam bentuk praktis. Dalam dunia industri sistem yang sering diaplikasikan adalah automatic system. Oleh karenanya dengan membuat suatu prototype automatic system mahasiswa mampu mengaplikasikan Redundant System sebagai salah satu cara mengatasi keadaan error dan secara otomatis kembali bekerja pada keadaan normal dengan menggunakan PLC sebagai sarana pengendalinya. 1.2 Maksud dan Tujuan Adapun maksud dan tujuan dari pelaksanaan kerja praktek ini adalah 1. Memanfaatkan serta memahami karakteristik PLC Omron seri CPM1A-40CDT-D-V1 pada prototype Sistem Distribusi Listrik. 2. Memahami redundant system pada prototype Sistem Distribusi Listrik. 3. Mempelajari penggunaan software CX Programmer dalam pembuatan Ladder Diagram. 4. Melatih daya analisis dan kepekaan mahasiswa untuk mendapatkan solusi dari suatu masalah yang dihadapi. 1.3 Pembatasan Masalah Materi kerja praktek ini dibatasi pada: 1. Penggunaan PLC Omron CPM1A-40CDT-D- V1 dengan penggunaan software CX Programmer dalam pembuatan Ladder Diagram 2. Bentuk error yang dibahas pada jalur transmisi listrik yaitu gangguan hubung buka (open circuit) dan gangguan hubung singkat (short circuit). 3. Tidak membahas mengenai komponen komponen yang terdapat dalam Sistem Penyaluran Tegangan Listrik. II. KAJIAN PUSTAKA 2.1 Sistem Redundant Redundant adalah kemampuan suatu sistem untuk tetap berfungsi dengan normal walaupun terdapat elemen yang tidak berfungsi. Hal ini biasanya dicapai dengan memiliki komponen backup yang berfungsi sama dengan elemen sistem. Redundant dapat juga dibuat secara modular yaitu dalam sebuah sistem terdapat beberapa elemen Halaman 1

dengan fungsi yang sama yang berguna sebagai modul backup. Adapun beberapa konsep Redundant, diantaranya: 1. Redundant 1+1 Pada artitektur redundant 1+1 berarti setiap elemen memiliki masing-masing satu elemen backup. Pada arsitektur ini, jika terjadi kegagalan (failure) pada satu elemen atau lebih, maka sistem secara keseluruhan masih dapat berfungsi seperti keadaan sebelumnya (tidak terjadi failure). Redundant seperti ini sering disebut dengan activestanby. Gambar 1 artitektur redundant 1+1 2. Redundant N+1 Pada arsitektur redundant N+1 berarti sekumpulan elemen yang berfungsi sama untuk melayani beban pasa saat bersamaan, memiliki sebuah elemen backup. Arsitektur ini didesain untuk tetap tidak terpengaruh oleh kegagalan pada satu elemen dan memiliki harga (cost) yang efektif karena tidak memiliki banyak elemen backup. 1. Pusat Tenaga Listrik/Power Station. yaitu tempat mesin-mesin pembangkit energi listrik berada. 2. Gardu Induk Penaik Tegangan Merupakan tempat dimana tegangan output dari generator dinaikkan menjadi level tegangan transmisi. 3. Saluran Tegangan Ekstra Tinggi Menyalurkan tenaga listrik dari pusat tenaga listrik sampai ke pusat-pusat beban/konsumen 4. Gardu Induk Penurun Tegangan yaitu tempat dimana tegangan tinggi transmisi diturunkan menjadi level tegangan menengah/tegangan distribusi 5. Gardu Induk tempat dimana tenaga listrik dari Gardu Induk Penurun Tegangan yang disalurkan melalui kabel tanah ataupun melalui saluran udara dibagi-bagi dan disalurkan ke gardu-gardu distribusi. 6. Hantaran Distribusi Primer/Jaringan jaringan listrik bertegangan menengah dengan sistem kabel tanah atau saluran udara yang menghubungkan Gardu Distribusi ke Gardu Distribusi yang lain atau dari Gardu Induk ke Gardu Distribusi. 7. Gardu Distribusi tempat dimana terdapat transformator penurun tegangan menengah menjadi tegangan rendah. 8. Hantaran Distribusi Sekunder/Jaringan Tegangan Rendah (SKTM/JTR). jaringan listrik bertegangan rendah berupa kabel tanah atau saluran udara yang menghubungkan Gardu Distribusi dengan konsumen Gambar 2 artitektur redundant N+1 2.2 Sistem Penyaluran Tenaga Listrik Pada umumnya penyaluran tenaga listrik dari pusat pembangkit hingga sampai pada konsumen melalui beberapa urutan yaitu sebagai berikut: Gambar 3 Sistem Tenaga Listrik Halaman 2

2.3 PLC Omron CPM1A-40CDT-D-V1 2.3.1 Karakteristik CPM1A-40CDT-D-V1 PLC Omron CPM1A-40CDT-D-V1 merupakan salah satu seri dari PLC Omron CPM1A. PLC ini memiliki 40 terminal yang terdiri dari 24 terminal input dan 16 terminal output. Power supply yang dipakai berupa tegangan DC sehingga diperlukan sebuah trafo dalam penggunaannya. Gambar 5 Rangkaian Internal input 2. Internal Output PLC Omron CPM1A-40CDT-D-V1 merupakan jenis PLC CPM1A yang kontaktor kontaktor output internalnya digerakkan oleh transistor. Gambar 4 Terminal I/O Gambar 6 Rangkaian Sinking Internal output PLC ini memiliki 40 terminal yang terdiri dari 24 terminal input dan 16 terminal output. Power supply yang dipakai berupa tegangan DC sehingga diperlukan sebuah trafo dalam penggunaannya. Tabel 1 Seri pada PLC Omron CPM1A Gambar 7 Rangkaian Sourcing Internal output Dari table diatas dapat diketahui karakteristik dari pada PLC Omron CPM1A-40CDT-D-V1 1. 24 terminal Input 2. 16 terminal Output 3. Power Supply DC 4. Internal Output kontaktor memakai Transistor. III. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Perangkat Keras 3.1.1 Sistem Keseluruhan Pada prototype Sistem Penyaluran Tegangan Listrik, Redundant System yang diaplikasikan adalah konsep Redundant 1+1 dimana pada system hanya terdapat Primary dan Backup Source masing masing satu. Berikut adalah plant dari prototype Sistem Penyaluran Tegangan Listrik: 2.3.2 Konfigurasi Internal Input Output Berikut ini adalah rangkaian internal pada PLC Omron CPM1A-40CDT-D-V1: 1. Internal Input PLC Omron CPM1A merupakan jenis PLC yang kontaktor kontaktor input internalnya digerakkan oleh transistor. Gambar 8 Sistem Penyaluran Tegangan Listrik Halaman 3

Pada plant terlihat terdapat 12 LED (L1-L12) yang berfungsi sebagai indikator bahwa terdapat aliran listrik. Plant dirancang dapat mensimulasikan tiga buah keadaan yaitu Sistem Penyaluran Tegangan Listrik dalam Keadaan Normal, Gangguan Pada Traffo Penurun Tegangan dan Gangguan Hubung singkat. Keadaan Normal dapat dilihat dengan adanya aliran listrik yang disimulasikan oleh nyala L1,L2,L4,L6,L7,L8,L9,L10, dan L12. Gangguan Pada Traffo Penurun Tegangan (A) dapat dilihat dengan adanya aliran listrik yang disimulasikan oleh nyala L1,L2,L7,L8,L9,L10,L11 dan L12. Gangguan Hubung singkat (B) dapat dilihat dengan adanya aliran listrik yang disimulasikan oleh nyala L1,L2,L5,L6,L9,L10,L11 dan L12. 3.1.2 Gangguan Hubung Buka Pada Gardu Distribusi terdapat traffo yang berfungsi sebagai penurunkan tegangan menengah menjadi tegangan rendah. Adapun beberapa gangguan yang terjadi pada Gardu Distribusi dan salah satu bentuk gangguan yang disimulasikan adalah ketika terdapat kerusakan pada traffo penurun tegangan atau dilakukan perawatan berkala pada traffo tersebut. Kondisi ini mengakibatkan terputusnya jalur distribusi sehingga distribusi listrik dialihkan pada traffo penurun tegangan yang lain sehingga tidak mengganggu kinerja sistem secara keseluruhan. mengakibatkan kerusakan pada traffo penurun tegangan sehingga harus dirancang sebuah system keamanan yang mampu memutus jalur tersebut ketika terjadi hubung singkat. Gambar 10 Gangguan Hubung Singkat Berikut ini adalah rangkaian yang dirancang pada prototype sebagai sensor pendeteksi hubung singkat B. Gambar 11 sensor hubung singkat Kemudian sistem dirancang dengan potensio sebagai pengaktif sensor hubung singkat ( B ). Output dari rangkaian tersebut yang nantinya dihubungkan ke terminal input PLC. 3.2 Perancangan Perangkat Lunak 3.2.1Kemungkinan State (keadaan) Untuk mempermudah perancangan sistem, dibuat tabel yang memuat keadaan keadaan yang mungkin terjadi dengan variasi variasi input yang diberikan. Tabel 2 Kemungkinan State Gambar 9 Gangguan Hubung Buka Bentuk simulasi keadaan ini pada prototype adalah menambahkan sebuah saklar A pada jalur menuju traffo penurun tegangan sehinga saklar dibuka maka jalur akan terputus. Saklar tersebut merupakan input yang terhubung pada salah satu terminal input PLC. 3.1.3 Gangguan Hubung Singkat Gangguan hubung singkat terjadi pada jalur disribusi sebelum masuk pada traffo penurun tegangan. Bila terjadi hubung singkat dapat Keterangan : S0 :Kondisi mati S1 :Kondisi hidup normal S2 :Kondisi hidup dengan gangguan hubung buka pada Gardu Induk Penurun Tegangan S3 :Kondisi hidup dengan gangguan hubung singkat pada Gardu Induk Penurun Tegangan Halaman 4

R1 R12 :Relay 1 12 IL1 :Indicator Lamp 1 IL2 :Indicator Lamp 2 IL3 :Indicator Lamp 3 BZ :Buzzer 3.2.2 Perancangan Diagram State Kemudian dari Tabel 2 dibuat diagram state untuk memudahkan dalam pembuatan Ladder Diagram nya. 3.2.3 Kinerja Sistem Secara Normal Dari diagram state sebelumnya dapat diketahui bahwa sistem akan bekerja secara normal ketika ditekan tombol PBStart, sistem yang sebelumnya ada pada state_0 akan berpindah menuju state_1. Gambar 13 cuplikan Ladder Diagram 1 Pada PLC indikator LED 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, dan 12 hidup, sementara itu lampu indikator kerusakan plant dan alarm mati. Hasil pengujian ini sesuai dengan algoritma program pada state_1 dimana sistem pada keadaan normal. Gambar 12 Diagram State Terlihat terdapat 4 state yang memiliki fungsi masing masing yaitu: State_0 (S0) State S0 merepresentasikan kondisi saat sistem mati, yakni tidak ada relay dan lampu indikator yang hidup (ON). Dengan demikian Beban tidak mendapatkan suplai energi listrik. State_1 (S1) Dari state S0 akan berpindah ke state S1 bila ditekan PB Start. State S1 merepresentasikan kondisi saat sistem hidup dengan kondisi normal, yakni tidak ada lampu indikator yang hidup (ON). Adapun untuk LED yang hidup adalah LED 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, dan 12. Dengan demikian, beban L1, L2 dan L3 mendapatkan suplai energi listrik. State_2 (S2) Dari state S1 akan berpindah ke state S2 bila A dalam keadaan hidup (ON), atau dengan kata lain terdapat gangguan Hubung Buka pada gardu induk penurun tegangan (T3). Sebaliknya, apabila A dalam keadaan mati (OFF), maka sistem akan kembali pada state S1. State_3 (S3) Dari state S1 akan berpindah ke state S3 bila B dalam keadaan hidup (ON), atau dengan kata lain terdapat gangguan Hubung Singkat pada Gardu Induk Penurun Tegangan (T4) dan ketika B dalam keadaan mati (OFF), maka sistem akan kembali pada state S1. 3.2.4 Gangguan Hubung Buka Simulasi dilakukan dengan memberi gangguan kedua, yaitu dengan cara menekan saklar A (hubung _Buka2) yang berfungsi sebagai input. Sistem yang semula pada keadaan normal akan beralih ke state_2. Gambar 14 cuplikan Ladder Diagram 2 State_2 merepresentasikan kondisi saat sistem hidup dengan gangguan pada gardu induk penurun tegangan, yakni lampu indikator 1 (IL1) yang hidup (ON). Adapun untuk relay yang hidup adalah LED 1, 2, 7, 8, 9, 10,11 dan 12. Dengan demikian, terjadinya Hubung Buka pada Gardu Induk Penurun Tegangan (T3) tidak mengganggu suplai energi listrik pada beban karena masih mendapatkan suplai energi listrik dari Gardu Induk Penurun Tegangan (T4) sebagai pembangkit listrik. 3.2.5 Gangguan Hubung Singkat Pengujian dilakukan untuk menguji perilaku sistem apabila terjadi gangguan berupa hubung singkat. Pengaturan untuk menghidupkan atau mematikan indikasi hubung singkat ini adalah dengan mengatur nilai tahanan melalui potensiometer. Halaman 5

4.3 Gangguan Hubung Singkat Gambar 15 cuplikan Ladder Diagram 3 State S3 merepresentasikan kondisi saat sistem hidup dengan gangguan pada bagian pembebanan L2, yakni lampu indikator 3 (IL3) yang hidup (ON). Adapun untuk relay yang hidup adalah LED 1, 2, 5, 6, 9,10, 11, dan 12. Dengan demikian, terjadinya Hubung Singkat pada Gardu Induk Penurun Tegangan (T4) tidak mengganggu suplai energi listrik pada beban karena masih mendapatkan suplai energi listrik dari Gardu Induk Penurun Tegangan (T3) sebagai pembangkit listrik. IV. PENGUJIAN 4.1 Sistem bekerja pada keadaan Normal Gambar 16 Hasil Pengujian Keadaan Normal Dapat dilihat pada gambar bahwa nyala LED sudah sesuai yang diinginkan dimana terjadi transmisi aliran listrik menuju dua buah beban berupa Lampu 1, Lampu 2 dan Motor DC. 4.2 Gangguan Hubung Buka Gambar 17 Hasil Pengujian Gangguan Hubung Buka Dapat dilihat pada gambar 5.9 bahwa nyala LED sudah sesuai yang diinginkan dimana transmisi aliran listrik menuju dua buah beban berupa Lampu 1 dan Lampu 2 tidak terganggu meskipun transmisi listrik pada LED5 dan LED6 terputus. Indikator yang diberikan juga sesuai dimana Lampu Indikator akan menyala saat terjadi Hubung Buka. Gambar 18 Hasil Pengujian Gangguan Hubung Buka Dapat dilihat pada gambar bahwa nyala LED sudah sesuai yang diinginkan dimana transmisi aliran listrik menuju dua buah beban berupa Lampu 1 dan Lampu 2 tidak terganggu meskipun transmisi listrik pada LED7 dan LED8 terputus. Indikator yang diberikan juga sesuai dimana Lampu Indikator akan menyala saat terjadi Hubung Singkat. V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, ketika prototype diberikan supply akan secara otomatis masuk kedalam state_0 kemudian masuk state_1 ketika ditekan PBStart. 2. Hasil pengujian untuk state_1 sudah sesuai dengan yang diharapkan yaitu kondisi sistem normal dengan indikator LED 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, dan 12 hidup, sementara itu lampu indikator kerusakan plant dan alarm mati. 3. Hasil pengujian untuk state_2 sudah sesuai dengan yang diharapkan yaitu sistem pada kondisi mengalami gangguan Hubung Buka dengan indikator LED 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, dan 12 hidup, sementara itu lampu indikator gangguan Hubung Buka dan alarm hidup. 4. Hasil pengujian untuk state_3 sudah sesuai dengan yang diharapkan yaitu sistem pada kondisi mengalami gangguan Hubung Buka dengan indikator LED 1, 2, 5, 6, 9, 10, 11, dan 12 hidup, sementara itu lampu indikator gangguan Hubung Singkat dan alarm hidup. 5.2 Saran 1. Aplikasi perancangan sistem dilengkapi dengan sistem monitoring berupa SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) agar penggunaannya lebih user friendly. Halaman 6

2. Titik-titik gangguan diperbanyak sesuai dengan kemungkinan-kemungkinan yang ada dalam realisasi nyata sistem penyaluran tenaga listrik agar semakin mendekati pada realisasi nyata. DAFTAR PUSTAKA [1] Arif B, Rezon, Perancangan Aplikasi PLC Omron Sysmac CP1L pada Sistem Otomasi Overhead Crane untuk Proses Perendaman Logam Di Pt Pura Barutama Divisi Engineering Terban Kudus, Semarang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, 2011 [2] CX-Programmer User Manual Version 3.1 [3] CX-Programmer Introduction Guide R132-E1-04.pdf [4] CX-One Introduction Guide R145-E1-03.pdf [5] Muttaqin, Ilham, Perancangan Aplikasi PLC Omron Sysmac CP1L pada Sistem Otomasi Ice Compactor untuk Pemadatan Ice Flag, Semarang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, 2012 [6] OMRON. 2005.CPM1A Operation Manual.pdf [7] OMRON. 1997.CPM1A Series Brochure.pdf [8] Setiawan, Iwan, Programmable Logic Control (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol, Yogyakarta : ANDI, 2006. [9] Supono K, M., Perancangan Supervisory Control And Data Acquisition pada Prototipe Sistem Listrik Redundant, Semarang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, 2012. [10] Swamardika Alit, Simulasi Kontrol Lampu Lalu Lintas Sistem Detektor Dengan Menggunakan Sistem PLC Untuk Persimpangan Jalan Waribang- WR. Supratman Denpasar, Teknologi Elektro Vol.4 No.2 Juli - Desember 2005. [11] -------, http://www.national.com/ds/lm/lm358.pdf, September, 2011. [12] -------, Electric Transmission Lines, http://psc.wi.gov, September, 2011. [13] -------, Buku Pedoman Teknik Elektro 2009, Semarang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, 2009. [14] -------, Transmission Protection System, Philosophy & Application, Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Jawa Bali, 2006. BIOGRAFI Rizky Adi Nugraha - L2F008054, dilahirkan di Semarang, 13 Juni 1991. Jenjang edukasi ditempuh dari SD N Kalicari 03 Semarang, SLTP Negeri 15 Semarang, SMA Negeri 2 Semarang dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol. Semarang, Juli 2012 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing Sumardi, ST. MT NIP. 197005212000121001 Halaman 7