Makalah Seminar Kerja PraktekSIMULASI PLC SEDERHANA SEBAGAI RESPRESENTASI KONTROL POMPA

HIDROLIK PADA HIGH PRESSURE BYPASS TURBINE SYSTEMFatimah Avtur Alifia (L2F008036)

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro SemarangJln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia

e-mail: first_av2r@yahoo.co.id

AbstrakPLC (Programmable Logic Control) merupakan sistem kendali yang banyak digunakan untuk pengendalian

pada proses-proses system di industri. Salah satu industri yang menggunakan system kendali PLC adalah PLTUSuralaya unit 5-7, fungsinya adalah untuk mengendalikan pompa hidrolik untuk pergerakan valve pada High Pressure(HP) Bypass Turbine system. Namun sayangnya, PLC jenis Satt Con05 ini tidak dapat diketahui program-program yangtelah diimplementasikan ke dalamnya, sehingga tidak diketahui bagaimana PLC tersebut bekerja. Dengan menggunakanprogram simulasi PLC, salah satunya ZEN OMRON, kita dapat merepresentasikan kerja pompa hidrolik pada systemHP Bypass Turbine tersebut.

Program simulasi ZEN OMRON untuk simulasi sistem dibuat dengan menggunakan diagram ladder terdiri dari4 buah input, 6 buah internal relay, dan 2 buah output. Dari hasil simulasi, dapat diketahui bahwa simulasi PLCsederhana tersebut telah dapat merepresentasikan kerja pompa hidrolik pada HP Bypass Turbine System.

Kata Kunci : PLC, ZEN OMRON, HP Bypass Turbine System, pompa hidrolik

I. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Sistem kendali sangat diperlukan dalamdunia industri dan memegang peranan pentinguntuk pengendalian proses produksi.

PT. INDONESIA POWER UBP.SURALAYA merupakan sebuah pembangkit listrikyang memproduksi uap air yang digunakan untukmemutar turbin dan generator sehingga dapatmenghasilkan energi listrik dari putaran mekanikturbin yang dihasilkan. Perusahaan tersebutmerupakan salah satu industri yang menggunakansistem kendali otomatis dalam proses produksinya.Sistem kendali otomatis sangat diperlukan dalamoperasi-operasi industri, misalnya pengontrolantekanan, temperature, level, dan lain sebagainya.

HP Bypass Turbine System sebagai “jalanalternatif” jika terjadi masalah pada turbin,sehingga tidak menyebabkan over pressure akibatsteam dari boiler yang tidak dapat mengalirmelalui main valve.

Valve pada HP Bypass Turbine dikontrolsecara otomatis melalui sistem DCIS (DistributedControl Integrated System). Sinyal kontrolpembukaan valve dari DCIS diproses pada PCS(Position Control System) untuk mengatur berapapersen pembukaan solenoid valve yang akandigunakan untuk mengatur tekanan hidrolik yang

dibutuhkan oleh HP Bypass Turbin valve agarbergerak terbuka (open).

Tekanan minyak hidrolik ini dikendalikanoleh dua pompa hidrolik (pompa A dan pompa B).Kerja pompa hidrolik ini dikontrol denganmenggunakan PLC (Programmble Logic Control).PLC mengendalikan kapan pompa akan aktif danpompa mana saja yang aktif sesuai tekanan minyakyang dideteksi oleh dua buah pressure switch (highdan low)

1.2 TujuanTujuan dari Kerja Praktek ini adalah untuk

mengetahui representasi kerja pompa hidrolik padasistem HP Bypass Turbine dengan menggunakansoftware simulasi ZEN OMRON.

1.3 Pembatasan MasalahMakalah ini hanya untuk mengetahui

representasi kerja pompa hidrolik pada sistem HPBypass Turbine dengan menggunakan softwaresimulasi ZEN OMRON.

2. DASAR TEORI2.1 PLTU Secara Umum

Pembangkit Listrik Tenaga Uap merupakansuatu sistem pembangkitan tenaga listrik yangmemproduksi uap air yang digunakan untuk

memutar turbin generator sehingga dapat dihasilkanenergi listrik dari putaran mekanik turbin yangdihasilkan. Pada suatu PLTU, energi kalor daribahan bakar diubah menjadi energi mekanikmelalui sistem pembakaran di boiler untukmengubah air menjadi uap air yang memilikitemperatur dan tekanan tinggi, sekitar 540°C dan169 kg/cm2. Uap air bertekanan tinggi tersebutdigunakan untuk memutar turbin yang terkopeldengan generator sehingga energi mekanik yangdihasilkan dapat dikonversikan menjadi energilistrik yang kemudian didistribusikan dengantegangan tinggi 500kV. Sistem pembangkitan listrikPLTU Suralaya secara umum dapat dilihat padagambar berikut:

Gambar 2.1 Sistem PLTU Suralaya secara umum

2.2 Turbin dan PendukungnyaTurbin adalah mesin penggerak, dimana

energi fluida kerja digunakan langsung untukmemutar roda turbin. Bagian turbin yang berputardinamakan rotor atau roda turbin, sedangkan bagianyang tidak berputar dinamakan stator atau rumahturbin. Roda turbin terletak pada stator dan rodaturbin memutar poros daya yang menggerakkanatau memutar bebannya (generator).

Pengaturan jumlah uap yang masuk kedalam turbin ini dilakukan oleh control valve yangbekerja secara otomatis. Turbin uap pada PLTUmempunyai tiga tingkatan, yaitu:

Turbin Tekanan Tinggi (High Pressure / HPTurbine)

Turbin Tekanan Menengah (IntermediatePressure / IP Turbine)

Turbin Tekanan Rendah (Low Pressure / LPTurbine)Prinsip kerja dari turbin uap adalah sebagai

berikut:Uap kering dari secondary superheater, yangmempunyai temperatur dan tekanan yang tinggi,dialirkan ke HP (High Pressure) Turbin. Di dalamturbin ini terdapat sudu-sudu tetap dan sudu-sudu

gerak yang mempunyai bentuk sedemikian rupasehingga akan mengekspansikan uap. Energi uapyang diterima oleh sudu-sudu turbin digunakanuntuk menggerakkan poros turbin. Di sini terjadiperubahan energi, maka temperatur uap akan turundan perlu diadakan pemanasan ulang di dalamreheater. Dari reheater, uap masuk ke IP Turbin danakan menggerakkan sudu-sudu IP dan LP (LowPressure) Turbin, gerakan sudu-sudu ini akanmemperkuat gerakan poros turbin. Poros turbindihubungkan dengan poros generator menggunakankopling tetap (fixed coupling). Dari generatorterjadi perubahan energi, dari energi mekanikmenjadi energi listrik.

Dalam pengoperasiannya turbin uapdibantu oleh komponen-komponen sebagai berikut:a. Bearing

Bearing digunakan untuk memutar poros turbin.Tujuannya untuk mencegah deflesi (lentingan)dari poros karena pengaruh panas dari uap padawaktu unit beroperasi dan juga karena sudu-sudu turbin.

b. Pipa crossoverPipa crossover berfungsi sebagai penyalur uapdari keluaran turbin tekanan menengah keturbin tekanan rendah yang dipasang padacasing turbin tersebut. Untuk mencegah gayadorong akibat pemuaian antara casing denganpipa crossover, maka pada sambungan pipadiberikan bellows expansi yang lentur.

c. Main Stop ValveMain Stop Valve terletak didepan high pressureturbin pada aliran masuk steam utama yaituantara main heater dan governor valve. Fungsiutama main stop valve adalah untuk menutupdengan cepat aliran steam ke turbin bila dalamkeadaan bahaya, seperti kegagalan padagovernor valve atau pada saat kehilanganbaban.

d. Governor valveGovernor valve adalah peralatan untukmengontrol putaran pada high pressure turbindan membatasi putarannya pada batas tertentu,pada setiap saat terjadi perubahan beban yangmenyebabkan perubahan putaran turbin.

e. Reheat Stop ValveReheat Stop Valve terletak didepanintermediate pressure turbin pada aliran masuksteam di antara reheater dan interceptor valve.Fungsi utama Reheat stop valve adalah untuk

menutup dengan cepat aliran steam darireheater ke intermediate pressure turbin biladalam keadaan bahaya.

f. Interceptor ValveInterceptor valve adalah peralatan untukmengontrol putaran pada intermediate pressureturbin dan membatasi putarannya pada batastertentu, pada setiap saat terjadi perubahanbeban yang menyebabkan perubahan putaranturbin.

g. Pengaman putaran lebihh. Pengaman bantalan axiali. Pengaman vacuum rendahj. Solenoid tripk. Throttle valvel. Pengaman tekanan minyakm. High Pressure Bypass Valve

HP bypass valve adalah katup yang berfungsiuntuk mengalirkan steam dari superheaterketika turbin trip atau belum bekerja. Steam inilangsung dialirkan ke reheater untuk kemudianmengalami pemanasan ulang.

n. Low Pressure Bypass ValveLP bypass valve adalah katup yang berfungsiuntuk mengalirkan steam dari reheater ketikaturbin trip. Steam ini langsung dialirkan kecondensor.

o. High Pressure Spray ValveHP spray valve akan menyemprotkan airpendingin ke steam yang melalui HP bypassuntuk menurunkan temperatur steam sebelummasuk ke reheater. Air yang digunakan untukspray ini berasal dari BFPT

p. Low Pressure Spray ValveLP spray valve akan menyemprotkan airpendingin ke steam yang melalui LP bypassuntuk menurunkan temperatur steam sebelummasuk ke condenser. Air yang digunakan untukspray ini berasal dari CEP.

Selain komponen pendukung pengoperasianturbin, juga terdapat peralatan bantu turbin, sebagaiberikut:

a. CondensorCondensor adalah tangki yang berfungsi untukmenampung uap yang telah digunakan lowpressure turbine untuk selanjutnya mengalamiproses kondensasi.

b. Condensate Extraction Pump (CEP)Condensete pump berfungsi untuk memompaair condenser untuk diproses di low pressureheater.

c. Circulating Water Pump (CWP)CMP berfungsi untuk memompa air laut masukke condenser sebagai air pendingin untukproses kondensasi.

d. Boiler Feed Pump (BFP)BFP berfungsi untuk memompa air darideaerator menuju ke boiler melalui highpressure heater.

Gambar 2.2 Turbin dan Komponen-kompnonenPendukungnya

2.3 Bypass Turbine ValveBypass valve merupakan salah satu

komponen penting yang membantu kerja turbinuap. Katup Bypass berfungsi sebagai “jaluralternatif”. Ketika terjadi masalah pada turbin(turbin trip), boiler tetap dapat memproduksi steam(tetap aktif) tetapi steam yang dihasilkan darisecondary superheater tidak dapat masuk ke HPTurbin untuk memutar sudu-sudunya. Hal inidikarenakan saat turbin trip, main stop valve padaturbin akan menutup secara otomatis sehingga bilatidak ada saluran buang steam, akan terjadi overpressure di sekitar main valve dan jika dibiarkanakan membahayakan peralatan-peralatan pentingdari boiler bahkan dapat menimbulkan ledakan.Pada saat main stop valve tertutup, HP Bypass valveakan aktif. Aliran steam dari secondary superheaterakan dikembalikan ke reheater yang sebelumnyadilakukan “spray” untuk mendapatkan temperaturyang sesuai pada masukan reheater. Di reheater,steam dipanaskan kembali untuk selanjutnyadialirkan ke IP Turbin. Namun karena turbin trip,

aliran steam akan dialirkan melalui LP Bypass valvemenuju kondensor untuk proses kondensasi.

Selain digunakan saat keadaan turbin trip,Bypass Turbine Valve juga digunakan saat prosesstart-up unit. Untuk memutar turbin, diperlukankesesuaian temperatur pada bagian-bagian turbin,terutama HP dan IP Turbin, karena jika temperaturtidak sesuai satu sama lain, pemuaian yang terjadipada bahan metal turbin akan tidak seimbang,sehingga putaran turbin menjadi tidak sinkron.

Untuk mendapatkan kesesuaian temperaturyang merata sebelum turbin aktif, sistem bypassdiaktifkan terlebih dahulu sehingga terjadi sirkulasisteam dari superheater melalui HP bypass menujuke reheater yang memanaskan steam kembali laludialirkan melalui LP bypass untuk menuju kekondensor. Proses ini dilakukan hingga temperaturdan tekanan yang dinginkan telah tercapai untukmengaktifkan turbin.

Gambar 2.3 High Pressure Turbin Bypass Valve

Gambar 2.4 Low Pressure Turbin Bypass Valve

2.3.1 Pengontrolan HP Bypass Turbine ValveValve dari HP Bypass Turbin dikontrol

secara otomatis melalui sistem DCIS (DistributedControl Integrated System). Sinyal kontrolpembukaan valve dari DCIS diproses pada PCS(Position Control System) untuk mengatur berapapersen pembukaan solenoid valve yang akan

digunakan untuk mengatur tekanan hidrolik yangdibutuhkan oleh HP Bypass Turbin valve agarbergerak terbuka (open).

Tekanan minyak hidrolik ini dikendalikanoleh dua pompa hidrolik (pompa A dan pompa B).Kerja pompa hidrolik ini dikontrol denganmenggunakan PLC (Programmble Logic Control).PLC mengendalikan kapan pompa akan aktif danpompa mana saja yang aktif sesuai tekanan minyakyang dideteksi oleh dua buah pressure switch (highdan low). Ketika proses start-up dimulai pompa Aakan aktif, sedangkan pompa B akan standby.Kedua pompa akan bekerja/aktif secara bergantiansetiap 20 jam selama kondisi tekanan normalsebesar 150 kg/cm2. Jika tekanan minyak hidrolikyang dideteksi kurang dari 150 kg/cm2 atau padatekanan 130 kg/cm2, pressure switch low akan closedan mengakibatkan kedua pompa (pompa A danpompa B) aktif. Ketika tekanan telah normalsebesar 150 kg/cm2, low pressure switch akankembali ke kondisi awal (open) sehingga hanyasalah satu pompa saja yang aktif sedangkan pompayang lain dalam kondisi standby. Jika high pressureswitch mendeteksi tekanan 180 kg/cm2, keduapompa akan trip dan non-aktif.

Gambar2.5 Pompa Hidrolik HP Bypass System

III. SIMULASI PLC SEDERHANA SEBAGAIRESPRESENTASI KONTROL POMPAHIDOLIK PADA HIGH PRESSURE TURBINEBYPASS SYSTEM

Pada sistem HP bypass system, pengontrolanminyak hidrolik yang digunakan untuk mengontrolvalve HP bypass turbine dilakukan oleh PLC. DiPLTU Suralaya Unit 5-7, untuk pengontrolantersebut menggunakan PLC jenis Satt Con05 ,namun sayangnya PLC ini telah terintegrasi danterproteksi dari pabrik yang memproduksi, sehingga

tidak dapat diketahui program yang telahdiimplementasikan ke dalam memori PLC tersebutatau tidak dapat mengubah program untuk kerjasystem yang berbeda.

Gambar 3.1 PLC yang Digunakan untuk PengontrolanPompa Hidrolik

Oleh karena itu, pada makalah ini akandisampaikan mengenai simulasi PLC sederhanauntuk mengetahui kerja pompa yang mengontroltekanan minyak hidrolik sehingga dapat digunakanuntuk membuka / menutup valve HP bypass.Simulasi tersebut menggunakan software simulasiZEN OMRON dengan mengimplementasikanprogram dalam diagram Ladder.

3.1 State chart Kerja Pompa Hidrolik HPBypass System

Gambar 3.2 State chart Kerja Pompa Hidrolik HPBypass System

Dari gambar state chart di atas, terdapat keterangangambar sebagai berikut:

State S1 : posisi awal sistem, kondisi stop

State S2 : kondisi pompa A aktif, sedangkanpompa B standby

State S3 : kondisi pompa B aktif, sedangkanpompa A standby

State S4 : kondisi kedua pompa aktifState S5 : kondisi kedua pompa trip dan non-

aktif

Aksi start : kondisi sistem unit start

Aksi stop : kondisi sistem unit stop/ shutdown

PS_1 ON : kondisi pressure switch low ON, yaitusaat tekanan minyak P=130 kg/ cm2

PS_1 OFF : kondisi kerja pompa normal, yaitusaat tekanan minyak stabil padatekanan P = 150 kg/ cm2

PS_2 ON : kondisi pressure switch high ON,yaitu saat tekanan minyak P=180 kg/cm2

PS_2 OFF : saat tekanan minyak berangsur turunhingga ke titik rendah, sehinggakedua pompa harus aktif untukmenaikkan tekanan.

Timer ON : kondisi timer aktif untuk mengontrolkerja pompa A dan pompa B secarabergantian setiap 20 jam padatekanan normal P = 150 kg/ cm2

3.2 SIMULASI PLCPada simulasi ini terdapat 4 buah input, yaitu pushbutton start, push button stop, low pressure switch,dan high pressure switch. Sedangkan outputnyaberupa motor, masing-masing untuk menggerakkanpompa hidrolik A dan pompa hidrolik B. Selain ituterdapat kontaktor-kontaktor internal dan timeruntuk menentukan waktu pergantian kerja keduapompa. Dapat ditampilkan pada gambar berikut.

FS

S1

S2

S3

S4S5

stop start

stopstop

T1 on

T0 onPS_1 off

PS_2 on

PS_1 on

PS_2 on

PS_1 on

PS_2 off

Gambar 3.3 Diagram Ladder Simulasi PLC untukpengendalian pompa hidrolik pada HP Bypass System

Pada diagram ladder tersebut terdapat:Input:Push button start (normally open) : I0Push button stop (normally close) : I1Low Pressure Switch (normally open) : I2

High Pressure Switch (normally close) : I3Internal:Internal Relay : M0 –M6Output :Motor pompa A : Q0Motor pompa B : Q1Simulasi dapat dijalankan setelah menekan tombol

start simulator , dan didapatkan hasil sebagaiberikut:

Gambar 3.4 Saat proses start dijalankan dan tekananminyak hidrolik normal 150 kg/cm2

Gambar 3.5 Saat low pressure switch mendeteksitekanan minyak hidrolik 130kg/cm2

Gambar 3.6 Saat high pressure switch mendeteksitekanan minyak hidrolik 180 kg/cm2

Gambar 3.3 diagram ladder di atas dapat dijelaskansebagai berikut:Pada anak tangga (1), saat PB_start (I0) ditekan,maka internal relay M0 akan ter-energized. Danseluruh kontaktor M0 yang berada dibawahnya jugaakan berubah kondisi menjadi close. Terdapatkontaktor M0 yang berfungsi sebagai latch /penahan, sehingga meskipun PB_start dilepas, M0akan tetap ter-energized.Pada anak tangga (4), internal relay M4 akan ter-energized karena aliran energi dapat mengalirmelalui kontaktor M3 yang terpasang normallyclose. M4 yang ter-energized akan menyebabkankontaktor M4 pada anak tangga terakhir akan closekemudian meng-energized output Q1, sehingga Q1aktif. Juga kontaktor M4 pada anak tangga (3)menjadi close, sehingga mengaktifkan timer ondelay T0. Internal relay M3 akan ter-energizedsetelah waktu setting TON terpenuhi. Sehinggaakan menyebabkan kontaktor M3 akanmengaktifkan timer on delay T1 (3), danmemutuskan aliran yang membuat internal relayM4 menjadi tidak ter-energized. Hal inimenyebabkan Q0 menjadi aktif dan Q1 menjaditidak aktif.

Saat low pressure switch ditekan, kontaktorI2 pada anak tangga (2) akan berubah kondisimenjadi close, dan menyebabkan internal relay M1dan M2 akan ter-energized sehingga akan

mengaktifkan output Q0 dan Q1. Jika I2 sudahtidak mendeteksi, output akan kembali bekerjabergantian.

Jika high pressure switch ditekan.Kontaktor I3 pada anak tangga (5) akan berubahkondisi menjadi close, internal relay M5 dan M6akan ter-energized dan mengubah kondisi kontaktorM5 dan M6 pada anak tangga terakhir menjadiopen, sehingga output Q0 dan Q1 menjadi tidakaktif. Jika tekanan semakin turun, I3 berubah kekondisi awal, dan menyebabkan I2 menjadi closesehingga kedua pompa menjadi aktif untuk kembalimenaikkan tekanan minyak hidrolik agar kembalinormal.

Menurut penjelasan logika ladder di atas,secara sederhana dapat dijelaskan prinsip kerjapompa hidrolik sebagai berikut:

Ketika start, salah satu pompa akan aktif. Jikasaat sistem bekerja tiba-tiba low pressure switchmendeteksi tekanan sebesar 130 kg/cm2, artinyatekanan minyak hidrolik terlalu rendah sehinggaagar tekanan minyak bertambah, kedua pompaharus aktif. Jika tekanan telah kembali normal,pompa juga bekerja secara normal yaitu salah satupompa aktif dan pompa yang lainnya akan standby.Kedua pompa akan bekerja secara bergantian setiap20 jam ketika tekanan dari minyak hidrolik tetapnormal sebesar 150 kg/cm2. Namun jika highpressure switch mendeteksi tekanan sebesar 180kg/cm2, artinya tekanan minyak hidrolik terlalutinggi sehigga untuk mengurangi tekanan minyakhidrolik tersebut, kedua pompa dinon-aktifkan.Setelah kedua pompa non-aktif, dapat dipastikanbahwa tekanan minyak hidrolik menjadi sangatrendah bahkan hingga titik nol. Hal inimengakibatkan low pressure switch mendeteksitekanan rendah sehingga kedua pompa hidrolikmenjadi aktif untuk menaikkan tekanan minyakhidrolik agar kembali normal.

IV. KESIMPULAN1. Pemrograman dengan PLC lebih cocok

digunakan untuk pengontrolan suatu sistem diindustri.

2. Dari hasil simulasi PLC sederhana denganmenggunakan software simulasi ZEN OMRONdiketahui telah dapat merepresentasikan kontrolpompa hidrolik pada HP bypass turbine system.

3. Pada pengontrolan pompa hidrolik, saat start-upsalah satu pompa aktif terlebih dahulu. Selamakondisi tekanan normal, 150 kg/cm3 , pompa

akan bekerja selama bergantian setiap 20 jam.Jika salah satu pompa aktif bekerja, makapompa yang lain akan standby, begitu pulasebaliknya.

4. Saat low pressure switch mendeteksi tekananrendah, 130 kg/cm3, kedua pompa akan aktifbekerja secara bersamaan untuk menaikkantekanan minyak hidrolik kembali normal. Jikatekanan sudah kembali normal, pompa akankembali bekerja secara bergantian.

5. Saat high pressure switch mendeteksi tekanantinggi, 180 kg/cm3, kedua pompa menjadi non-aktif untuk menurunkan tekanan minyakhidrolik kembali normal.

DAFTAR PUSTAKA[1] Setiawan, Iwan, 2006, Programmable Logic

Control (PLC) dan TeknikPerancangan Sistem Kontrol, PenerbitANDI : Yogyakarta

[2] Babcock and Wilcox. 1996. Design ManualTurbine Bypass System. SuralayaSteam Power Plant Unit 5, 6, & 7

[3] http://www.suralaya.com

BIODATA

Fatimah Avtur Alifia (Alif) –L2F008036, dilahirkan diSemarang, 31 Maret 1990. Telahmenempuh jenjang pendidikandari SDN Sumurboto 01-02, SMPNegeri 2 Semarang, SMA Negeri

3 Semarang, dan sekarang sedang menempuh studiS1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro Konsentrasi Kontrol.

Semarang, November 2011Mengetahui dan Mengesahkan

Dosen Pembimbing

Iwan SetiawanNIP. 197309262000121001