sistem kontrol catu daya darurat otomatis

SISTEM KONTROL CATU DAYA DARURAT OTOMATIS

Oleh:Agus Risdiyanto (*)

IntisariSISTEM KONTROL CATU DAYA DARURAT OTOMATIS. Pada umumnya sistem kontrol catu dayadimana peranan manusia masih amat dominan. Misalnya dalam merespon besaran-besaran proses yangdiukur oleh sistem kontrol terse but dengan serangkaian langkah berupa pengaturan panel dan saklar-saklaryang relevan telah banyak digeser dan digantikan oleh sistem kontrol otomatis. Sebabnyajelas mengacupada faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi dan produktivitas industri itu sendiri, misalnya faktorhuman error dan tingkat keunggulan yang ditawarkan sistem kontrol tersebut. Pada perencanaan danpembuatan unit kontrol catu daya ini menggunakan sistem pengontrolan dengan menggunakan PLC(Programable Logic Controller). PLC merupakan sistem yang dapat memanipulasi, mengeksekusi, dan ataumemonitor keadaan proses pada laju yang amat cepat, dengan dasar data yang bisa diprogram dalam sistemberbasis mikroprosesor integral. Dengan sistem kontrol ini dapat dicapai keamanan dan kehandalan sistemcatu daya darurat, dimana kerugian konsumen akibat hilangnya energi listrik atau pemadaman bergilir dapatdiminimalisir.

Kala Kunci : efisiensi, memanipulasi, mengeksekusi, memonitor, mikroprosesor

AbstrackAUTOMATIC EMERGENCY POWER SUPPLY CONTROL SYSTEM An automatic emergency powersupply control system has been made to replace the human role which is still dominant in respondingparameters process measured by systematic stages of controlling relevant switches and panels. This processrefers to factors influencing the efficiency and industry productivity, such as: human error and quality levelwhich can be done by this control system. The construction of this power supply control system used PLC(Programmable Logic Controller), a system which is able to operate manipulate, execute, and monitor at anhighl speed process, based on programmable data under an integrated microprocessor based system. Thiscontrol system can be operated in a high accuration level in controlling an automatic emergency power supply,which can reduce consumers loss due to electric loss or a temporary disconnection.

Key Words : Efficiency, manipulate, execute, monitor, microprocessor.

PENDAHULUAN

Masalah gangguan energi listrik ,dan adanya pemadaman listrikbergilir akhir-akhir ini menjadifenomena yang mengkhawatirkandi Indonesia. Dampak ini sangatmengganggu kegiatan aktivitasmasyarakat, mengingat listrikmerupakan sumber energi yangsudah menjadi kebutuhan mutlakbagi masyarakat, misalnyadigunakan untuk pendingin, TV,radio, AC, kompor listrik, lampupenerangan, alat -alat kantorseperti komputer, faximile, alat-alat kedokteran dan mesin-mesindi industril".

*) Kandidat Peneliti Pertama, Puslit Telimek - LIPI,

Tidak sedikit konsumen yangmengalami kerugian besar karenakegiatan mereka terhenti totalakibat pemadaman. Untuk itudiperlukan sistem catu dayadarurat yang baik untukmengatasinya.Pada pembuatan kontrol catudaya darurat ini menggunakansistem pengontrolan denganmenggunakan PLC (ProgramableLogic Control). Untuk itu segalapermasalahan yang ada perlusuatu alat yang kompak danfleksibel, sehingga dapat dibawadan diprogram pengaturannya.Dengan menggunakan PLC

tersebut akan lebih mudah dalampengoperasiannya, yaitu denganmemrogramnya melalui sebuahPersonal Computer (PC).

PERANCANGAN SISTEM

Dalam sistem catu daya daruratotomatis ini dibagi dalambeberapa unit sistem diantaranyaadalah seperti pada Gambar Iberikut:

28 BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 20/2006

Suplai

Catu SensorDayaPLN

DayaDC DayaPLN

+ I" - -- - -

I ~

KONTROL CATU DAYA UNITPower MENGGUNAKAN PLC ~ TRANSupplySIMATIC STEP7 SFER -- - - --

~ t i1

Start/Stop 11 Sensor Kondisi1

Sensor IGENSET GENSET Dava I

I tGENS

Gambar 1. Diagram Blok Sistem Catu Daya

Pada Gambar 1 dapat kita lihatbahwa sistem memilikipengaturan yang sangat komplek.PLC sebagai komponenpengendali menerima masukanberupa parameter-parameter yangada pada suplai daya utama(PLN) maupun darurat (Genset)dan menghasilkan keluaransinyal-sinyal listrik untukmengendalikan Unit Transfer.Karakter proses yangdikendalikan oleh PLC sendirimerupakan proses yang sifatnyabertahap, yakni proses ituberjalan urut untuk mencapaikondisi akhir yang diharapkan.Dengan kata lain proses ituterdiri beberapa subproses,dimana subproses tertentu akanberjalan sesudah subprosessebelumnya terjadi.

Rangkaian InputRangkaian input berfungsi untukmenerima sinyal dari unitpengindera periferal, danmemberikan pengaturan sinyal,terminasi, isolasi, maupunindikator keadaan sinyalmasukan ke dalam modul input'",Rangkaian input ini berisikanparameter-parameter catu dayadarurat (genset) maupun catu

daya normal (PLN) denganoperasi gerbang logika I/O.Sistem pengawatan rangkaianinput dapat dilihat pada Gambar2.Berikut ini adalah pengamatansinyal input berdasarkan beberapavariabel-variabel yang akandikontrol seperti pada Tabel 1berikut:

TbllV iabel In t

I BEBAN I

macam yang terdapat pada PLCdan 2 rating yaitu 4 A dan 6 A.Rangkaian output ini kemudiandihubungkan dengan unit catudaya untuk menggerakkankontaktor unit transfer,menghidupkan genset,menyalakan alarm dan lampuindikator.

a e ana e lPU

No Sinval Input KeteranganAlamat Kontak Komponen

1 10.0 NC Push button Switch Reset2 10.1 NO Push button switch Start Sistem3 10.2 NC Push button switch Stop Sistem4 10.3 NO Selector switch Start Kontrol Manual5 10.4 .......NC Selector switch Ston Kontrol Manual6 10.4 NO Selector switch Start Kontrol Otomatis7 10.3 NC Selector switch Stop Kontrol Otomatis8 10.5 NO Relay (Kt) Catu Daya Normal9 10.6 NO Push button switch Start Genset Manual10 10.7 Ne Push button switch Ston Failure

11 Il.O - 11.5 NC Sensor Tegangan, Frekwensi danLevelBBM

12 11.6 NC Push button switch Ston Genset Manual13 11.7 NO Reley (K2) Genset Runninz

Rangkaian Output

Rangkaian output unit kontrolmerupakan kondisi on/off yangmengaktifkan saklar dengankemampuan kontaknya ada 3

Sistem pengawatan rangkaianoutput tersebut dapat dilihat padaGambar3.

29BERITA TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK NO. 20/2006

M~~~~Eft10.0 j10.10.210.310.410.510.610.711.011.111.211.311.411.511.611.712.012.112.212.312.412.512.612.7

Reset 'i- ~- ~Start __ !

Stop'i-- ~.. r '_Manual'i-- I!

!Otomati \,;;., I

I I 'lttl Kl ~ ..,{.PLN.~

~

!'"'!

GENSET I !-K2tp ...~Start Manual' e-- -+-

S -.J

r!

Stop Manual '::E !- T'"'N --

j.

S "'.0 !- •IR !- •Cadangan •-- ••

+ - •Catu Daya - IDC '-

Gambar 2. Rangkaian Input Sistem Catu Daya Darurat

-'-'-'-, ,

00.0-..r-----.00.1.-r---,00.2e-t---,00.3.-r--+++--+-----------.00.4.-r--.00.5e-+-+H-+--'00.6e+--++++----------+~__r_-___.00.7· !01.0e+-+HI+--------,

g~:~::==~~~==========~:.,..-----++--+--.01.3e+-+r++-----01.4e+---I+I+------01.5e+---I+I+------01.6e+---I+I+------

, 01.7e+,---1+1+------_._._.-

Beban

- - - -, - ---, - - --,1 1 1

Powe 1 T 1 Normal 11 1 11 1 1

- --- i - - - - i - - --,Failur 1 BBM<3U Darurat 1

1 11 1 1

- - __ I - - __ I 11 1 1

Kontrol Mar(uaJ f> PL I 11 1

1 1 1- ---I - ---I 1

KontrolI 1 1

-~ f< Genset --t' -~

Gambar 3. Rangkaian Output Sistem Catu Daya Darurat Otomatis


Berikut ini adalah pengamatansinyal output berdasarkanbeberapa variabel-variabel outputyang terdapat pada rangkaiandiatas dapat dilihat pada Tabel 2berikut:

Tbl2V iabel O

secara spesifik jenis-jenis danmerk PLC, dan pada pembuatansistem kontrol ini digunakan PLCjenis SIEMENS yang memakaisoftware STEP7-MicroIWIN3i4l•Ada beberapa macam cara dalam

a e ana e utput

No Sinval OutputKeteranganAlamat Kontak Komponen

1 QO.O NO Lampu Indikator Power2 00.1 NO Lampu Indikator Kontrol Manual3 00.2 NO Lampu Indikator Kontrol Otomatis4 QO.3 NO Lampu Indikator Genset Running5 QO.4 NO Lampu Indikator Failure6 QO.5 NO Kontaktor (K3) Catu Daya Normal7 0.6 NO Kontaktor (K4) Catu Daya Darurat8 0.7 NO Lampu Indikator Beban (Load)9 1.0 NO Lampu Indikator Tegangan > 230 volt10 1.1 NO Lampu Indikator Tezanaan < 210 volt11 1.2 NO Lampu Indikator Frekuensi > 60 Hz12 1.3 NO Lampu Indikator Frekuensi < 50 Hz13 1.4 NO Lampu Indikator Temneratur > 90°C14 1.5 NO Lampu Indikator Level BBM < 5 Lt15 Q1.6 NO Relay (K5) Starting Genset16 Q1.7 NO Relay (K6) Stoping Genset

Pemrograman PLC

Suatu program softwaredigunakan PLC untuk mengetahuisegala instruksi-instruksi yangharus dilakukan dalam sebuahproses pengendalian. Dalampemrograman PLC kita harusmengetahui terlebih dahulu

pemrograman sebuah PLC antaralain dengan Ladder LogicDiagram, Statement Lists, atauFunction Block Diagrams. Daribeberapa cara pemrogramantersebut, diagram ladder adalahbahasa pemrograman yang palingsering digunakan olehprogrammer PLC. Karenadiagram ini menggunakan

....•...

PowerConductor<,

elemen-elemen yang menyerupaiformat one line diagram dalamsebuah rangkaian kontrolsehingga mudah dimengerti.Pada Gambar 4 dapat kita lihatsebuah contoh sederhana daridiagram ladder yang menyerupairangkaian kontrol. Garis vertikalyang paling kiri mengindikasikansebuah konduktor yangbersumber tegangan atau kawatfasa. Sedangkan garis horisontaladalah merupakan sub-subkonduktor bertegangan yangdihubungkan dengan inputan-inputan yang memiliki lambangseperti kontak NO dan NCdisertai dengan alamatnya untukmenjalankan outputnya. Alamat-alamat inputan terhubung padatombol-tombol saklar ataupunsensor, sedangkan alamat-alamatoutputnya terhubung pada lampuindikator, motor, ataupun beban-beban yang lain.Selanjutnya setelah programladder selesai dirancang dalamPC, kemudian program ditransferdari PC ke PLC (interface)melalui saluran kabel antar mukaRS232 setelah sebelumnyadilakukan running untukmengetahui jika terdapatkesalahan (error) dalampemrograman.Kemudian program ladder dapat

juga kita printout untukdokumentasimaupun bahananalisa.

Motor·

Photo Sensors

i~------~I( '\~ ml ~~ ~~

1----; Ir----- ------Il/l------1( )--+-. Contactor

~~ II------i I--~ "

~'Q.-Lamps

Gambar 4. Contoh Diagram Ladder Rangkaian Kontrol Sederhana (4)


mengetahui kesalahan denganmudah, dan prosedur jalannyaproses pun mudah dimengerti. .Hasil rancangan diagram flowchart sistem kontrol catu dayadarurat otomatis dapat kita lihatpada Gambar 5 dibawah ini:

Flow ChartFlow chart sangat dibutuhkansekali dalam pemrograman PLC

mengingat dalam pembuatandiagram ladder selalu mengacukepada urutan proses dalam flowchart. Disamping itu denganadanya flow chart kita dapat

StartingG ke-I

StartingG ke-2

StartingG ke-3

Memonitor 10 dtkSupJayPLN

DebanLoad

MemindahkanSwitch ke Posisi

Darurat

Waktu Tunda10 menit

(End) <:=======================::::::::J)"-- --J

Gambar 5. Diagram Flow Chart Sistem Catu daya Darurat otomatis


PENGUJIAN DAN ANALISIS T b I4 PPengujian Saat Suplay DayaUtama BilangPengujian ini dilakukanmengetahui waktu respon unitkontrol saat sup lay daya utamahilang dimana setting waktu unitkontrol adalah 5 detik. Dari hasilpengujian diperoleh data sepertipada Tabel3 berikut :

T b 13 P o . S S 1

Seperti yang telah dirancang padaalat kontrol, waktu setting untukkondisi saat suplai daya utamahilang dan selanjutnya memberiwaktu tunda ± 5 detik, kemudianbarn melakukan starting Genset.Ini disebabkan karena unit kontrolharus benar-benar memonitorsuplai tersebut apakah benar-benar hilang atau akan muncullagi setelah beberapa detik. Halini juga mengantisipasi terhadapsinyal-sinyal yang mungkinterjadi dalam waktu yang singkatsehingga tidak akanmempengarnhi unit kontrol.Setting waktu 5 detik ini diambilberdasarkan setting wakturecloser (penutup balik otomatis)yang diatur oleh PLN terhadapjaringan listriknya. .

Pengujian Starting Genset

Pengujian starting genset secaraotomatis dilakukan untukmengetahui waktu startingpenyalaan genset dan responkontak relay (K5). Percobaandilakukan tiap-tiap pulsa startingdimana . ada tiga kali pulsastarting. Hasil pengujiannya dapatdilihat pada Tabel 4 berikut :

S Ga e enguuan tartmg enset OtomatisPENGUJIAN KONDISI SU- SETTING WAKTU

PULSASTART PLAI UTAMA WAKTU RESPON KET.1 Off 3 detik ..J starting

Off 5 detik ..J de1ai2 Off 3 detik ..J starting

Off 5 detik ..J de1ai3 Off 3 detik ..J starting

Off 5 detik ..J de1ai

Waktu yang bisa dilakukan olehbatere untuk penyalaan :

Kapasitas arus batere 1004H= -- = 0,14 Jam

arus starting 7084x 3600 = 504 detik

Jadi dari sini kita ketahui bahwawaktu starting yang dapatdilakukan batere dengan kapasitas100 AH untuk Genset dengankapasitas 200 KW adalah 504detik. Maka kita harus terlebihdahulu mengetahui karakteristikbatere. Berikut ini adalahkarakteristik batere ditinjau darivariabel tegangan, arus danwaktunya.

I(AR)

100

a e engu ran tomatis aat up. ay Daya Utama Hilans

PENGUJIAN KONDISI SUPLAI SETTING WAKTUUTAMA WAKTU RESPON KET.

1 Off 5 detik ..J

2 Off 5 detik ..J

3 Off 5 detik ..J

Starting (penyalaan) Genset yangdilakukan adalah 3 detik per pulsastarting. Seperti yang kita ketahuibahwa penyalaan Gensetwaktunya adalah antara 3 - 5detik, dan bila mengalamikegagalan hanya dapat dilakukanpengulangan sampai dua kali lagidengan total waktu starting 9 - 15detik. Setelah itu Genset akanmengkondisikan tidak dapatdistart (failure).Untuk setting waktu kita ambilasumsi terhadap genset dengankapasitas 200 KVA[2j denganperhitungan yang dilakukanadalah sebagai berikut:- Daya untuk starting adalah 10%-dari daya beban penuh. Karenasaat penyalaan dianggap Gensettidak berbeban dan daya yangdigunakan hanya untukmenggerakan dirinya sendiriuntuk memutar poros.Perhitungannya adalah :Daya starter = 10% x 200 KV A= 20 KVA x cos<p(0,85) = 17KWArus starter =

daya .starting = 17KW = 708 Ateganga .batere 24 V

- Kapasitas arus batere yangdigunakan adalah 100 AH,berdasarkan data dari unitbetere charger.

V (volt)t(dt)

24

I(AH)

Gambar 6. Karakteristik Bateredengan Variabe1 tegangan, arus danWaktu.


Dari karakteristik diatas bila kitagabungkan maka arus yangdipergunakan akanmempengaruhi tegangan batereitu sendiri, sehingga diusahakanratingnya masih memenuhikemampuan untuk startingGenset. Untuk itu waktu settingpenyalaan sangat penting untukdiperhatikan sehingga waktu starttersebut tidak melebihi batas ataukurang dari yang telah ditentukandari spesifikasi Genset.

Pengujian Pemindahan SwitchUnit Transfer ke Posisi DaruratPada pengujian ini dilakukanuntuk mengetahui karakteristikkontaktor yang digunakan dandiharapkan tidak mengalamimasalah dalam pemindahan unittransfer. Pemindahan unit transferbekerja setelah tegangan danfrekuensi genset telah benar-benar stabil. Hasil pengujiannyadapat dilihat pada Tabel 5 sebagaiberikut:

T b IS P P . dah

UNACCEPTABLE·SWITCH TRANSFER

UTILITY POWERGENERATOR POWER

ACCEPTABLESWITCH TRANSFER

/GENERATOR POWER

Gambar 7. Sistem memberikan delay 10 detik untuk: menyesuaikan fasetegangan yang aman dalam perpindahan switch transfer. [5].

Kemudian setelah tegangan danfrekuensi keluaran genset telahstabil, kontaktor kondisi daruratbekerja terlebih dahulu danselanjutnya melakukan interlockterhadap kontaktor kondisinormal. Interlock ini digunakanuntuk menghindari paraleltegangan antara jaringan PLNdengan genset.

S it h U ur f k P "Da e engujian emm an Wl c m rans er e OSISI arura.PENG KONDISI TEGANGAN WAKTU

NORMAL DARURATSUPLAI & SWITCHUJIAN UTAMA FREKUENSI TRANSFER (K3) (K4)

1 Off Stabil 10 detik Off On2 Off Blm Stabil - Off Off3 Off Stabil 10 detik Off On4 Off Blm Stabil - Off Off

itu perlu adanya waktu tunda ± 10 a e engunan emm a an Wl c m rans er e OSISI orma

detik sebelum unit transfer PENG KONDISI KONDISI RESPONNORMAL DARURAT

menyambungkan keluaran Genset SUPLAI GENSET UNIT(K3) (K4)UJIAN UTAMA TRANSFERke beban seperti terlihat pada

1 On On 30 detik On OffGambar 7 berikut : 2 On On 30 detik On Off

3 On On 30 detik On Off

Pemindahan switch transfer hamsmemperhatikan keluaran Gensetapakah tegangan danfrekuensinya telah memenuhistandar yaitu 220 V dan 50 Hz.Karena Genset tidak bisalangsung dibebani, untuk itu perlupemanasan terlebih dahuludisamping menstabilkan tegangandan frekuensinya supaya sinkrondengan tegangan jala-jala. Untuk

Pengujian Pemindahan Switch-Unit Transfer kiPosisi NormalPengujian ini dilakukan untukmengetahui karakteristikkontaktor antara PLN (K3)dengan genset (K4) sehingga kitadapat menentukan setting waktuyang baik. Data pengujiannyadapat dilihat pada Tabel 6berikut:

T b 16 P 'dh

Dari tabel 6. dapat dijelaskanbahwa pada waktu daya utama(PLN) ada kembali, switch unittransfer masih berada di posisidarurat, dalam arti beban masihmenggunakan catu daya gensetselama 30 detik. Delai waktu inidiberikan untuk mengantisipasijika suplai daya utama matikembali.

P

tPengujian Penghentian Genset

Pengujian penghentian (stoping)genset secara otomatis dilakukanuntuk mengetahui waktu yangtepat (timing) dalam penghentiangenset dan respon kontak relay(K6). Data pengujiannya dapatdilihat pada Tabel 7.Pada pengujian penghentiangenset, seting waktu yang dibuatadalah 10 menit setelah switchunit transfer kembali ke posisinormal. Ini dimaksudkan untukmemberi waktu tunda kepadagenset untuk melakukanpendinginan mesinnya setelahdibebani, sekaligus menjaga jikasuplai daya utama hilang lagisehingga

S it h U 'tT f k P "N


dari waktu tersebut tidak perIumeIakukan penyalaan uIang tetapihanya tinggaI menunggu waktuberdasarkan setting recloser dariPLN bekerja.

mensupIai sementara beban-beban yang tidak boleh padamsama sekali.

TabeI 7. Penguiian Penghentian Genset

PENGUJIAN KONDISI SU- SETTING KONDISI KET.STOPPING PLAI UTAMA WAKTU GENSET1 On 10 menit Off2 On 10 menit Off3 On 10 menit Off

Pengujian KeseluruhanPada tahap pengujian nudilakukan untuk mengetahuirespon sistem kontrol secarakeseluruhan apakah sudahterkoordinasi dengan baik. Datapengujiannya dapat dilihat padaTabel8 sebagai berikut:

T b 18 P K lruh

KESIMPULANSistem catu daya ini memilikiwaktu toleransi pemadaman 18detik. Waktu terse but diset dalamsistem untuk memonitor,menginstruksi, mengeksekusi danmenjalankan genset hinggamensuplay beban dengan

DAFTAR PUSTAKA

1. Joseph J. Distefano, Ill,Ph.D., et aI., 1985, SistemPengendalian dan UmpanBalik, Jakarta, Erlangga.

2. Daimler-Benz AG, 1985,Operating InstructionMercedez-Benz Motor OM421-424, Stuttgart-Untertuerkheim.

3. Hendrata Suhada, 1992,Generating Set DenganMotor Diesel UntukMenghasilkan Tenaga Listrik,Jakarta, Dimensi, Vol.171EM, Hal. 17-30.

4. http://www.siemens.comls7-200

5. http://www.GENERAC.COM

a e engunan ese u an

PENGUJIAN HASIL YANG DIDAPATKAN KET.

Proses saat suplai utama hilang 5 detik, lalu starting genset

Proses starting genset 3 - 5 detik per pulsa starting

Proses perpindahan switch ke 10 detik setelah genset runningdaruratProses perpindahan switch ke 30 detik setelah suplai utama adanormalProses pendinginan & stopping 10 menit setelah switch ke normalgenset

Dari data-data diatas dapatdijelaskan bahwa ketika terjadipemadaman listrik dari suplaiutama (PLN), sistemmembutuhkan waktu sekitar 18detik untuk mengatur catu dayadarurat (genset) menggantisup lay utama yang hilang untukmelakukan pembebanan. Waktutersebut dapat dicapai jika dalammelakukan strarting yang pertamagenset langsung menyala.Kemudian selama waktupenyalaan genset terse but sistemdapat dikembangkan denganmengaplikasikan penggunaanUPS sebagai catu daya daruratlain jika diinginkan untuk

otomatis. Mengingat daIamsistem catu daya seting waktusangat penting karenamempengaruhi tingkat kerugiankonsumen, maka sistem ini dibuatfleksibel sehingga lebih mudahpengaturannya sesuai dengankarakteristik jenis-jenis gensetyang digunakan. Meskipunpengaturannya dibuat begitukomplek dan rumit, namun sistemini masih memiliki respon dantingkat akurasi yang tinggi.


sistem kontrol catu daya darurat otomatis

Documents