pengendalian simulator automatic main failure...

PENGENDALIAN SIMULATOR AUTOMATIC MAIN FAILURE

DENGAN MONITORING HUMAN MACHINE INTERFACE BERBASIS

PLC UNTUK PRAKTIKUM DASAR SCADA DAN DCS

Kartono Wijayanto1)

, Sarjono Wahyu Jadmiko2)

, Sofian Yahya3)

1,2,3)

Teknik Otomasi Industri, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung, Bandung

Geger Kalong Hilir.Ds Ciwaruga – Bandung

email: [email protected], [email protected], [email protected] 1,2,3)

Abstrak

PLC (Programmable Logic Controller) merupakan salah satu peralatan kendali berbasis

mikrokontroler dan mempunyai memori sehingga mempermudah dalam berbagai pekerjaan pengendalian

khususnya di dunia industri. Salah satu aplikasinya yaitu digunakan untuk mengendalikan sistem catu daya

cadangan (AMF, Automatic Main Failure) sehingga terhindar dari hilangnya pasokan daya karena gangguan

pada jaringan listrik utamanya (main supply). Pada penelitian ini akan direalisasikan sebuah Simulator AMF

yang merupakan sarana penunjang praktikum SCADA (Supervisory Control And Data Acquasition) dan DCS

(Distributed Control System) di Laboratorium Otomasi Sistem Tenaga Listrik untuk Program Studi D4 Teknik

Otomasi Industri. Sebagai pengendali simulator digunakan beberapa PLC yang terhubung dalam satu jaringan

LAN dan perangkat lunak PC Based HMI sebagai sarana untuk mendapatkan manfaat yang lebih dari PLC

diantaranya yaitu dapat memonitor proses kerja AMF secara real time, tersedianya alarm history, security dan

summary sehingga kita dapat mengetahui alarm apa saja yang aktif dan bisa mendapatkan alasan kenapa suatu

sistem shutdown. PLC yang digunakan pada masing-masing simulator adalah PLC Omron CP1L dan software

HMI menggunakan Wonderware In Touch. Berdasarkan hasil pengujian, 2 (dua) simulator AMF dapat

dikendalikan dan dioperasikan dalam satu jaringan yang terintegrasi dengan HMI berfungsi dengan baik dan

juga meningkatkan kinerja operasi simulator dan pemahaman dalam proses pembelajaran sistem SCADA dan

DCS yang sesuai dengan operasi di industri.

Kata kunci : AMF, PLC, RTU/MTU, HMI

1. Pendahuluan

Kemajuan teknologi mempunyai dampak yang sangat signifikan dalam berbagai bidang sehingga banyak

mempengaruhi sistem kinerja suatu peralatan di sebuah perusahaan dengan tujuan menghasilkan suatu

kinerja yang lebih baik. Peralatan dimaksud adalah PLC (Programmable Logic Controller) yang digunakan

untuk mengendalikan suatu simulator dengan yang dikombinasikan dengan system monitoring HMI (Human

Machine Interface) yang merupakan program lunak untuk memonitoring dan mengontrol suatu plant dari

berbagai tempat melalui perangkat computer. Salah satu software HMI yaitu Wonderware In Touch HMI.

Simulator yang digunakan dalam penelitian ini adalah Automatic Main Failure (AMF). AMF adalah cara

kerja otomatisasi sistem catu daya listrik cadangan apabila terjadi gangguan pada sumber listrik utamanya.

Simulator ini sebenarnya sudah ada di Laboratorium Otomasi Sistem Tenaga Listrik akan tetapi dengan

perkembangan teknologi, maka simulator tersebut akan dimodifikasi dengan menambahkan beberapa

parameter input analog (tegangan dan temperatur) dan dilengkapi dengan monitoring secara visual

menggunakan Wonderware In Touch HMI.

Dengan adanya modul ini mahasiswa khususnya mahasiswa teknik elektro atau teknik informasi memahami

sistem SCADA dan DCS, Pemrograman PLC dan SCADA pada Sistem Otomasi Tenaga Listrik dengan

lebih baik, sehingga dapat menambah pengetahuan dan ketrampilan di bidang Kendali dan Sistem

SCADA/DCS.

2. Tinjauan Pustaka

Masalah utama yang akan dibahas adalah pemanfaatan PLC sebagai RTU dan MTU dengan dilengkapi

Wonderware In Touch sebagai perangkat lunak untuk monitoring dan supervisi beberapa simulator plant

AMF. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh A. Selwin Mich Priyadharson, dkk (1) telah

menyimpulkan bahwa penggunaan PLC-HMI dan Ethernet sebagai model prototipe mimic yang memantau 231

National Conference of Applied Sciences, Engineering, Business and Information Technology. Politeknik Negeri Padang, 15 – 16 Oktober 2016 ISSN:2541-111x

mailto:[email protected]



MulaiMulai

Penyusunan

deskripsi

kerja

Penyusunan

deskripsi

kerja

Pembuatan

daftar I / O

Pembuatan

daftar I / O

Program

Komunikasi

PLC

Program

Komunikasi

PLC

Program

PLC

Program

PLC

sudah

benar ?

sudah

benar ? PerbaikiPerbaiki

sudah

benar ?

sudah


AA

AA

YA

YA

TIDAK

TIDAK

Program

Wonderware

InTouch HMI

Program

Wonderware

InTouch HMI

Membuat

Tagname

Dictionary

Membuat

Tagname

Dictionary

sudah

benar ?

sudah


sudah

benar ?

sudah


YA

YA

TIDAK

TIDAK

Penggabungan

PLC dengan HMI

Penggabungan

PLC dengan HMI

sudah

benar ?

sudah


BB

YA

TIDAK

dan mengendalikan parameter Industri petrokimia seperti temperatur, tekanan dan level telah berhasil. Sistem

PLC-HMI dan Ethernet terbukti mengurangi penggunaan kabel besar yang diganti menjadi satu kabel

Ethernet. Kebocoran variabel proses di jalur pipa atau jenis kesalahan lain dapat diidentifikasi secara online

menggunakan HMI dan dapat dikendalikan dengan memberikan perubahan di HMI. Sistem PLC-HMI

berbasis Ethernet ini digunakan untuk mengirim dan menerima data yang tepat antara plant dan ruang kontrol

pusat yang akan meningkatkan keakuratan pengiriman dan penerimaan data yang berujung meningkatkan

efisiensi plant dengan menurunkan waktu mati dan settling time system. Dr. Hamdy Ashour [2] dalam

penelitiannya mengenai pengendalian ATS (Auto Transfer Switch) telah berhasil dengan baik untuk

menyederhanakan system dan efektif digunakan untuk berbagai keperluan seperti pendidikan, komersial dan

industri dan digunakan untuk meningkatkan pengetahuan mahasiswa tentang teknologi dan aplikasinya.

Idhana S. [3] dalam penelitian pengendalian ATS dengan PLC dan Monitoring menyatakan jika terjadi

gangguan pada supali utama dalam waktu 3 detik output PLC melakukan starting genset. ATS akan

membuka switch daya ke beban dalam waktu 6 detik, ketika output sensor frekuensi dan output sensor

tegangan berada dan sesuai dengan batas range yang ditetapkan dan waktu yang di butuhkan genset untuk

mensuplai beban sesuai dengan setting point yang diberikan dan ketika PLN hidup kembali, output PLC akan

menyambungkan catu daya PLN kembali, dan output relay lainnya akkan memutus catu daya genset dengan

delay 3 detik, setelah itu Output relay PLC akan melakukan shutdown genset. Jika pembacaan sensor suhu

mencapai 60o Celcius atau pada tegangan 2,94 Volt, maka Id aktif sehingga alarm on.

3. Metoda Penelitian Untuk mendapatkan hasil sesuai dengan yang diharapkan, beberapa tahapan penelitian dilakukan adalah :

Perancangan Sistem

Diagram alir perancangan Pengendalian Simulator AMF dengan Monitoring HMI berbasis PLC CP1L

diperlihatkan pada gambar 1 dan 2. Gambar 1 menjelaskan urutan kerja dari sistem AMF dan dimonitor dan

disupervisi menggunakan HMI Wonderware InTouch. Kerja dari sistem AMF yang terdiri dari Device (PLC)

sebagai MTU dan RTU akan menjembatani antara plant dengan Wonderware InTouch HMI. Gambar 2

memperlihatkan struktur topologi hardware dari pengendalian sistem dimana sebagai Master digunakan PLC

CP1L demikian juga dengan RTU digunakan tipe PLC yang sama. Komunikasi antara Master dan RTU

digunakan sisten LAN dengan jaringan Ethernet sementara antara Master dengan PC HMI dihubungkan

melalui komunikasi serial.

232


Perakitan

Kontrol

Hardware

Plant

Perakitan

Kontrol

Hardware

Plant

Membuat

Rancangan

Kontrol

Hardware

Plant

Membuat

Rancangan

Kontrol

Hardware

Plant

sudah

benar ?

sudah


sudah

benar ?

sudah


CC

YA

YA

TIDAK

TIDAK

Melakukan

Pengujian

dan Analisis

Melakukan

Pengujian

dan Analisis

sudah

benar ?

sudah


YA

TIDAK

BB

Penggabungan

Semua Sistem

Hardware dan

Software

Penggabungan

Semua Sistem

Hardware dan

Software

sudah

benar ?

sudah


CC

YA

TIDAK

Running

Sistem

Running

Sistem

SelesaiSelesai

\

Gambar 1. Diagram Alir System

Gambar 2. Topologi Pengendalian system

Simulator AMF

Simulator AMF yang diperlihatkan pada gambar 3 dapat melakukan simulasi fungsi proses otomatisasi

operasi suatu genset ketika catu daya listrik utama (PLN) mengalami gangguan.

233


Gambar 3. Simulator AMF

Terdapat dua moda operasi/kerja, pertama moda stand alone dan kedua adalah remote atau tersambung ke

jaringan sistem SCADA dimana pada kedua mode tersebut simulator dapat dioperasikan secara manual dan

otomatik.

Pada Operasi manual Genset dapat di hidupkan dan dimatikan melalui tombol start stop, semua besaran

tegangan, baterai, kondisi/level bahan bakar dll semua dapat diawasi oleh operator melalui lampu-lampu

indikator terkait. Pada operasi manual ini besaran tegangan dan temperatur serta status baterai, bahan bakar,

dll dapat dimonitor dari HMI. Pada dioperasikan secara otomatis, ketika sumber utama (PLN) mati dan jika

syarat-syarat dipenuhi (misal baterei ok, bahan bakar ok, dll) maka genset akan starting otomatis dan ketika

genset nyala, sakelar jala-jala dionkan dan generator mencatu arus ke beban.

Pada operasi stand alone, variabel tegangan dan temperatur dapat dimonitor melalui layar HMI dan fungsi

operasi kendalinya disable. Sedangkan pada mode operasi remote maka fungsi operasi monitoring dan

kendali dapat dilakukan melalui layar monitor HMI.

PLC sebagai RTU dan MTU

Sebagai peralatan kendali, PLC dapat difungsikan sebagai unit RTU (PLC langsung mengendalikan

Simulator AMF). Antar PLC dapat berkomunikasi dengan PLC lain (MTU) melalui komunikasi serial RS

485 atau lainnya. Sebagai MTU, PLC berfungsi sebagai master sehingga tugasnya adalah mengkoordinasi

dan mengkomunikasikan data dari RTU ke PC Wonderware melalui OPC server. Gambar 4 menunjukan

PLC sebagai RTU dan gambar 5 menunjukan konfigurasi PLC sebagai RTU dan MTU.

Gambar 4. PLC sebagai RTU

234


Gambar 5. Konfigurasi PLC sebagai MTU dan RTU

Diagram Alir Pengendalian

Perancangan sistem dilakukan dengan memastikan bahwa proses operasi, proses informasi dapat tercermin

baik di sisi fisikal maupun logikal. Gambar 6 merupakan diagram alir keseluruhan sistem AMF

STARTSTART

AUTO/ MANUALAUTO/ MANUAL BBAA

AUTO MAN

PEMILIHAN MODE

OPERASI

PEMILIHAN MODE

OPERASI

AA

CEK SUPPLY

PLN

CEK SUPPLY

PLN

PLN ON?PLN ON?

K1 ONK1 ON

DD

FINISHFINISH

TIDAK

YAEksekusi

Langsung dari

Plant

Eksekusi dari

Wonderware

InTouch HMI

PEMILIHAN SAKELAR

POSISI

PEMILIHAN SAKELAR

POSISI

OPERASI

LOKAL ?

OPERASI

LOKAL ?

YaTidak

B

CEK SUPPLY

PLN

PLN ON?

START K1

E

FINISH

TIDAK

YA

K1 ON

D

OTOMATIS

START

GENSET

ENGINE NYALA? F

FINISH

TIDAK

YA

K2 ON

START GENSET

UNIT 1 5 detik

K1 OFF

Wonder

ware

235


E

START K2

FINISH

TEKAN BUTTON

START

GENSET ON

ENGINE

NYALA?

F

YA

TIDAK

OFF K1

ENGINE START

K2 ON

F

INDIKASI

GANGGUAN

UNIT I

LIHAT LAMPU

INDIKATOR

GANGGUAN

LOW

OIL

OVER

HEAT

ALARM ON

MATIKAN

GENSET

TEKAN TOMBOL

RESET

LAKUKAN

PERBAIKAN

FINISH

LOW

FUELENGINE

FAULT

G

LOW

BAT

OVER

VOLT

MAIN

FAULT

Gambar 6. Diagram Alir RTU & MTU

Perancangan Tampilan HMI

Dalam membuat rancangan display pada Graphics Builder, perlu diperhatikan hal-hal yang berkaitan dengan

variabel yang akan ditampilkan seperti :

- Indikator/monitoring : Low Oil, Low Bat, Generator on, K1, K2, Mains, Load, Auto, Manual, dan

Start/Stop genset serta penunjukan voltmeter analog.

- Kontrol/Supervisory : Auto /Manual, Start /Stop genset, K1 dan K2

Gambar 6 berikut adalah rancangan tampilan HMI dengan perangkat lunak Wonderware:

Gambar 7. Rancangan Tampilan HMI

Pembuatan program dan Pengujian AMF

Program dibuat berdasarkan diagram alir seperti diperlihatkan pada listing program pada gambar 8 :

236


Gambar 8 Listing Program

Perancangan dan Pengujian Komunikasi Antar PLC melalui RS 485 dan Internet

Perancangan sistem H/W PLC terdiri dari komunikasi antar PLC (RTU dan MTU) dan antara PLC dengan

Wonderware melalui OPC Server. Komunikasi antara CP1L sebagai master (MTU) dan CP1L sebagai slave

(RTU) dibangun melalui area memori CIO mengikuti format yang ditunjukan pada gambar 9. I/O pada

Simulator AMF1 yang akan dikomunikasikan dengan MTU dialamatkan pada area data Word (16 bit) 3111 –

3112 dan I/O pada Simulator AMF (2) dialamatkan pada area data Word CIO (16 bit) 3121 – 3122. Pada

MTU dibuat program yang berisi pengalamatan I/O untuk simulator AMF1 atau AMF2 melalui memori area

CIO 3100 – 3101 dan untuk AMF 2 melalui memori area CIO 3102 – 3103.

Gambar 9. Struktur/memori mapping komunikasi RTU MTU.

Implementasi HMI

HMI diimplementasikan dengan langkah utama adalah membuat tabel untuk komunikasi antara I/O PLC,

komunikasi address, NameTag dan simbol untuk OPC server seperti diperlihatkan pada tabel 1. Pada PLC

MTU alamat I/O bentuk simbolik dikomunikasikan dengan PC In Touch Wonderware melalui OPC server.

Masing-masing komponen diberi identitas dan dimasukan dalam Tag_name (nama tag_name, jenis data,

nama akses dan alamat simbolik.

Tabel 1 : Daftar I/O untuk Server OPC RTU 1 INPUT RTU 1

No Simbolik Alamat

Input

Value Set m.

PLC

Kontrol Simbolik” Control Simbolik”’

1 ENGSTA 0.00 BOOLEAN 3111.00 220.00 i11 221.00 Ci11

3100.00 Ci1o1

2 ENGSTO 0.01 BOOLEAN 3111,01 220,01 i12 221,01 Ci12

3100.01 Ci1o2

3 GENEON 0.02 BOOLEAN 3111,02 220,02 i13 221,02 Ci13

3100.02 Ci1o3

4 AUTMAN 0.03 BOOLEAN 3111,03 220,03 i14 221,03 Ci14

3100.03 Ci1o4

5 FUELOW 0.04 BOOLEAN 3111,04 220,04 i15 221,04 Ci15

3100.04 Ci1o5

6 BATLOW 0.05 BOOLEAN 3111,05 220,05 i16 221,05 Ci16

3100.05 Ci1o6

7 OVEVLT 0.06 BOOLEAN 3111,06 220,06 i17 221,06 Ci17

3100.06 Ci1o7 237


8 OILLOW 0.07 BOOLEAN 3111,07 220,07 i18 221,07 Ci18

3100.07 Ci1o8

9 MAINOO 0.08 BOOLEAN 3111,08 220,08 i19 221,08 Ci29

3100.08 Ci1o9

10 ALMRST 0.09 BOOLEAN 3111,09 220,09 i20 221,09 Ci210

3100.09 Ci3010

11 TEMPGN 2 ANALOG 3113 D2 AN1

12 TEGGN1 1 ANALOG 3114 D1 AN2

Gambar 10. Setup testing sistem SCADA

4. Kesimpulan

Dari keseluruhan perancangan HW/SW dan pengujian Simulator AMF diperoleh bahwasanya

1. Simulator dapat digunakan sesuai dengan fungsi yang telah direncanakan, meliputi :

- Simulasi Switchgear tegangan rendah

- Simulasi kerja Genset untuk catu daya cadangan

- Simulasi panel kendali AMF dan Alarm-alarmnya

2. Rangkaian sensor tegangan yang diumpankan ke modul MAD 01 dengan rentang pengukuran dari 0

sampai 220 volt ac .

3. Rangkaian sensor temperatur telah menunjukan hasil yang linear sesuai dengan spesifikasi sensor LM 35

Z dan dapat digunakan mengukur temperatur Generator dengan rentang 0 – 125 derajad celcius.

4. Komunikasi data serial menggunakan RS 485 untuk hubungan antar PLC (RTU dan MTU) telah berhasil

mengkomunikasikan data dari Simulator AMF RTU-MTU dalam fungsi supervisory dan kontrol (dua

arah).

5. Komunikasi data menggunakan Internet dan modul OPC server telah berhasil menghubungkan perintah

kendali dan monitoring dari MTU ke PC HMI.

6. Pengendalian dua simulator AMF secara remote menggunakan sistem SCADA Wonderware In Tough

dengan RTU dan MTU menggunakan PLC CP1L telah berhasil dilakukan dan berhasil dengan baik.

Daftar Pustaka

[1] A. Selwin Mich Priyadharson, S. Vinson Joshua and C. Thilip Kumar, “PLC – HMI and Ethernet based

Monitoring andControl of MIMO System in a Petrochemical Industry”,

Indian Journal of Science and Technology, Vol 8(27), DOI, October 2015

[2] Hamdy Ashour,” Automatic Transfer Switch (ATS) Using Programmable Logic Controller (PLC)”,

Arab Academy for Science & Technology, Department of Electrical & Computer Control Engineering,

P.O. 1029 Miami, Alexandria, Egypt.

[3] Indhana Sudiharto, ST, MT, dkk, “Rancang Bangun Sistem Automatic Transfer Switch (ATS) dan

Automatic Main Failure (AMF) PLN - GENSET Berbasis PLC Dilengkapi Dengan Monitoring”,

www.pens.ac.id,

[4] John W. W. 1999. “Programmable Logic Controller, Fourth Edition”, New Jersey : Prentice Hall..

[5] Stouffer, Keith. Falco, Joe. Kent, Karen. 2006, “Guide to Supervisory Control and Data Acquisition

SCADA) and Industrial Control Systems Security”. Gaithersburg: National Institute of Standards and

Technology

[6] Wonderware® FactorySuite™ InTouch™ User’s Guide. USA : Invensys System Inc., Revised March

2004, p.221

[7] ______, “Automation & Control Volume3 – Programming. Canada: City of London Enviromental

Services”, November 2002, p-3.

[8] ______, “Sysmac CP1L Unit Operatioan Manual”, Omron

238


pengendalian simulator automatic main failure...

Documents