perancangan remote terminal unit (rtu) pada … filepembangkit jaringan listrik tegangan tinggi dan...

Oleh:

Mahsun Abdi / 2209106105 Dosen Pembimbing:

1. Dr.Ir. Mochammad Rameli

2. Ir. Rusdhianto Effendie, MT.

PERANCANGAN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) PADA SIMULATOR PLANT TURBIN DAN

GENERATOR UNTUK PENGENDALIAN FREKUENSI MENGGUNAKAN KONTROLER PID

Tugas Akhir

• Sistem SCADA banyak dijumpai pada suatu perusahaan pembangkit Jaringan Listrik Tegangan Tinggi dan Tegangan Menengah (Power Transmission and Distribution) dan beberapa aplikasi yang dipakai untuk memonitor dan mengontrol areal produksi yang cukup luas

• RTU merupakan salah satu bagian dari SCADA yang berfungsi sebagai unit terminal jarak jauh yang menghubungkan beberapa sensor pengukuran.

• Selain itu juga dibutuhkan suatu antarmuka manusia mesin yang mendukung sistem SCADA untuk menampilkan proses yang terjadi pada plant.

Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang Pendahuluan

Latar belakang

• Letak ruang kontrol dengan plant umumnya berjauhan sehingga membutuhkan suatu unit control yang berada dekat plant.


Permasalahan

• Perancangan HMI menggunakan Wonderware. • Pengendalian frekuensi menggunakan kontroler PID. • Menggunakan virtual plant Turbin dan Generator di PT

Indonesia Power Sub Unit PLTU Perak untuk pengendalian frekuensi.

• Protokol komunikasi antara HMI dan RTU menggunakan Ethernet.

• Protokol komunikasi antara RTU dan virtual plant menggunakan serial.

• Perancangan RTU menggunakan modul Microcontroller AVR based on Ethernet ATMEGA128.


Batasan Masalah

• Meningkatkan efektifitas sistem kontrol pada sebuah pembangkit listrik pada umumnya dan di PT Indonesia Power Sub Unit PLTU Perak pada khususnya untuk plant Turbin dan Generator.

• Merancang sebuah RTU • Dapat mengkomunikasikan antara HMI dan plant melalui

RTU dengan menggunakan protokol komunikasi ethernet


Tujuan

• Remote Terminal Unit (RTU) salah satu bagian dari sistem kontrol jarak jauh yang ditempatkan dekat objek yang dikontrol dan merupakan antar muka antara objek yang dikontrol dengan master station

• RTU memiliki bagian terintegrasi diantaranya modul CPU berupa mikrokontroler, modul komunikasi, modul pengolah sinyal analog dan digital, serta modul power supply.

• RTU memiliki beberapa fungsi utama diantaranya sebagai pengolah sinyal, kontrol plant, dan sebagai pengukur.

Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang

Remote Terminal Unit (RTU)

• Perubahan beban akan mempengaruhi kecepatan putaran turbin.

• Mekanisme pengaturan dilakukan untuk menjaga agar putaran turbin uap terjaga konstan saat terjadi perubahan beban dengan cara mengatur bukaan control valve.


Plant Turbine Generator

Wonderware InTouch merupakan salah satu software Human Machine Interface yang banyak digunakan di dunia industri. Aplikasi ini terdiri atas 3 komponen penyusun utama yaitu: • InTouch Application Manager • InTouch WindowMaker • InTouch WindowViewer Setiap objek dalam halaman kerja WindowMaker harus memiliki identitas supaya dapat digunakan dalam pemrograman atau lebih dikenal inisialisasi objek. Objek disebut tag, dan nama objek disebut tagname. Semua tagname yang telah dibuat dalam suatu aplikasi dapat dilihat pada Tagname Dictionary. Setelah mengisi nama tag, user harus menentukan tipe dari tag.


Wonderware Intouch

• Kepserver adalah salah satu server OPC yang menyediakan konektivitas langsung antara ratusan PLC yang berbeda, perangkat, dan sistem, dan berbagai macam aplikasi klien OPC

• Sedangkan omniserver adalah program yang dapat mengkonfigurasi untuk berkomunikasi dengan berbagai perangkat yang belum memiliki driver agar bisa menuliskan data.


KEPserverEx V4 dan Omniserver

• Kontroler PID merupakan kontroler yang berfungsi mengubah sinyal kesalahan (error) menjadi sinyal kontrol. Kontroler ini tersusun dari kontroler proporsional ditambah integral ditambah derivative (PID) yang merupakan salah satu mekanisme umpan balik yang banyak digunakan dalam sistem pengaturan industri. Sebuah kontroler PID menghitung nilai kesalahan sebagai perbedaan antara keluaran terukur dengan masukan yang diinginkan.

• Hubungan sinyal kesalahan dan sinyal kontrol pada kontroler tipe-PID standar dapat dinyatakan dengan Persamaan


Kontroler PID

Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem

HMI

(Wonderware) RTU HMI Virtual

plant (Matlab)

I/O Analog

I/O Digital

ethernet serial

Perancangan RTU memiliki Komponen pendukung: • Minimum Sistem ATmega 128 • Modul serial RS 232 (IC Max 232) • Modul Serial to Ethernet (Modul WIZ110SR) • Modul DAC (IC DAC0808N) + Op Amp (ICLF351N) • Regulator 5 Volt (IC L7805).


Arsitektur RTU


Perancangan HMI pada Wonderware Intouch


Pemodelan Virtual Plant Turbin Generator

Blok Diagram Turbin Generator (P. Kundur: Power System Stability and Control)

Pemodelan Turbin Non-Reheat (P. Kundur: Power System Stability and Control)


Pemodelan Virtual Plant Turbin Generator

Blok diagram pemodelan Turbin Generator

spesifikasi respon transient sebagai berikut: Xss = 50 Yss = 50 K = 1 Y(τ) = 0,632 . 50 = 31,6 Time Constant (τ) = 3,6 s Rise Time (Tr) = 7,91 s Settling Time (Ts)(±5%) = 10,8 s Delay Time (Td) = 2,5 s Sedangkan untuk respon Steady State memiliki nilai %error = 0 untuk hasil simulasi


Komunikasi Data

Format protokol data host message list di Omniserver berupa: AA{KP}BB{KI}CC{KD}DD{MAIN_PALEP}EE{SP_FREK}{$CR}

Sedangkan pada unsolicited message list, format datanya: FF{FLOW}GG{FREK}HH{OMEGA}II{PALEP}JJ{POWER}

KK{PRESS}LL{RPM}{$CR}

Menghasilkan respon mirip orde 1 dengan spesifikasi transient untuk kecepatan respon (τ) sebesar 3,6 s akan menghasilkan settling time sebesar 10,8 s. sedangkan pada respon Steady State yang diukur melalui %error posisi keadaan tunak adalah nol atau tidak ada eror untuk hasil simulasi matlab.

Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian

Pengujian dan analisis plant saat open loop

Dirancang kontroler PI dengan metode tunning. KP = 3,5 τ i = 0,435 s.


Pengujian dan analisis plant saat close loop

Vaef

if

w Ea ia

TM

Flow Steam53,3 Kg/s Kecepatan Generator

3000 RPM

Va138000 V

2*pi/60

rpm to radian

2

per unitmulti

4.246

if

ia

Va

Day a

ia Va Pf (sqr3)

6.13

Zr

Input Flow

F LP

F HP

Turbin Reheater

0.267s+0.325

0.0001

Transfer exciter

0.528s+0.0502

1

Transfer armature

10s+3.4

1

Transfer Turbin Generator

if ia

TL

Torsi Lawan

Tegangan output

13800

Set point Vref

50

Set PointFrekuensi

60

RPM1RPM

Product

60

Pressure

PI(s)

PI Controllerturbine generator1

PI(s)

PI Controller

4.289e+007

P43Mw

input pressure

in slider

out f low

% slider

Main Valve

10.43

Km

Frekuensi

2/120

F=nP/120

input pressureout f low

Valv e Position

Control ValvePressure to flow

100

% to %

74.08

% bukaan valve

Pressure outmain v alv e


Pengujian dan analisis Komunikasi Data

warna hijau = data yang diterima (Update Interval) dari mikrokontroler

warna hitam = data yang dikirim (Write Delay) ke mikrokontroler

Monitoring transfer data saat update interval=100 ms dan write delay=100ms

Monitoring transfer data saat update interval = 150 ms dan write delay = 100ms

1. Komunikasi antara HMI dan plant dengan perantara RTU dapat dilakukan jika tag name antara HMI Wonderware Intouch telah terdaftar pada OPC dan protokol Omniserver, sedangkan toolbox pada Virtual Plant di Matlab juga harus sesuai dengan Address name OPC serta protokol Omniservernya juga.

2. Hasil respon open loop system menghasilkan respon mirip orde 1 sehingga dirancanglah kontroler PI untuk mengendalikan control valve.

3. Respon closed loop dengan kontroler PI yang telah dirancang, dengan nilai KP = 2 dan τi = 0,39 detik tetap menghasilkan sistem orde 1 dengan spesifikasi respon transien sesuai yang diinginkan yaitu rise time = 5,713 detik, settling time = 7,8 detik, sedangkan spesifikasi respon transient menghasilkan eror steady state (%e) = 0, dan tidak memiliki overshoot.

4. Kontroler PI yang telah dirancang dapat mengatasi perubahan beban sesuai dengan batasan maksimal beban yang ada di lapangan yaitu maksimal 43 MW.

5. Penambahan parameter τi menyebabkan sistem memiliki respon lebih cepat namun akan berosilasi. Karena itu perlu ditambahkan parameter derivative pada kontroler PID untuk meredam osilasi. Kontroler PID ini memiliki nilai masing masing parameter KP=25, τi=0,48 detik dan τd=7 detik.

6. Kontroler PID hasil pengembangan kontroler PI juga menghasilkan sistem orde 1 dengan spesifikasi respon transien tidak jauh dari hasil respon kontroler PI yaitu rise time = 5,41 detik, settling time = 7,38 detik, sedangkan spesifikasi respon transien menghasilkan eror steady state (%e) = 0, dan tidak memiliki overshoot. juga dapat mengatasi perubahan beban.

7. Perbandingan hasil respon kontroler PI dan PID tidak memiliki perbedaan yang jauh, namun kontroler PID menghasilkan respon yang relatif lebih cepat 0,5 detik.

8. Pembuatan hardware RTU pada tugas akhir ini dapat diselesaikan namun dalam integrasinya dengan HMI maupun Virtual Plant belum diperoleh hasil maksimal dikarenakan belum sempurnanya software konfigurasi untuk dapat mentransfer data.

Penutup

Kesimpulan

perancangan remote terminal unit (rtu) pada … filepembangkit jaringan listrik tegangan tinggi dan...

Documents