Download - laporan tentang perum jasa tirta II
-
5
BAB II
GAMBARAN UMUM
A. Landasan Teori
Topik yang diambil oleh penulis dalam pembuatan laporan ini adalah
mempelajari sistem teknologi otomasi dalam hal ini teknologi yang digunakan
adalah SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Sistem SCADA
yang akan dibahas antara lain pembangkit sebagai plant yang dikontrol maupun
diawasi, plc sebagai pengontrolnya, topologi jaringan sebagai komunikasi, dan
HMI sebagai antarmuka antara operator dengan mesin.
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air
a. Cara Kerja PLTA
Pembangkit listrik tenaga air merupakan salah satu pembangkit yang
banyak digunakan karena efisiensinya tidak perlu menggunakan bahan
bakan untuk menggerakkan turbin. Memanfaatkan aliran air seperti dengan
cara membuat bendungan sehingga aliran air yang digunakan untuk
memutar turbin debitnya konstan. kelebihan PLTA dibanding pembangkit
lainnya yaitu ramah lingkungan karena tidak perlu menggunakan bahan
bakar dan multifungsi selain digunakan untuk pembangkit bisa digunakan
untuk sistem irigasi juga.
Pembangkit listrik tenaga air merupakan sebuah pembangkit yang
memanfaatkan energi potensial air menjadi energi listrik. Terdapat 3
-
6
perubahan energi pada PLTA yaitu, energi potensial air akan menjadi
energi mekanik melalui komponen turbin, setelah itu energi mekanik yang
dihasilkan turbin akan diubah menjadi energi listrik melalui generator.
Adapun cara kerja Pembangkit listrik tenaga air secara umum adalah
dengan cara mengalirkan air dari dam/bendungan ke penstock melalui
intake gate lalu dengan memanfaatkan tinggi jatuh air akan digunakan
untuk memutar tubin. Dari turbin dihasilkan energi mekanik yang
digunakan untuk memutar rotor pada generator. Dari generator
dihasilkanlah energi listrik, agar bisa ditransmisikan dan didistribusikan
maka energi listrik dari generator akan di step up maupun di step down
terlebih dahulu oleh trafo.
Gambar 2.1 : Bagian Utama PLTA
-
7
b. Bagian Utama PLTA
1) Bendungan
Gambar 2.2 : Bendungan Jatiluhur
Bendungan adalah sebuah bangunan yang berfungsi untuk
menahan laju air menjadi sebuah waduk atau danau. Biasanya
dimanfaatkan untuk mengatur aliran air irigasi maupun untuk
menjalankan sebuah pembangkit. Adapun fungsi dari bendungan
antara lain :
- Sebagai Pembangkit listrik
- Untuk menstabilkan aliran air irigasi
- Mencegah banjir
- Budidaya ikan
2) Turbin
Turbin berfungsi sebagai media pengubah energi potensial air
menjadi energi mekanik yang berupa putaran poros turbin yang akan
digunakan untuk memutarkan rotor pada generator sehingga
-
8
dihasilkan energi listrik. Turbin yang digunakan oleh PLTA Ir. H.
Djuanda adalah turbin francis. Adapun peralatan yang membangun
turbin beserta alat bantunya antara lain :
Rumah turbin
Terbagi menjadi 4 bagian lagi yaitu :
- Casing : Berbentuk seperti rumah keong karena fungsinya
agar pendistribusian air ke sekeliling sudu antar memiliki
tekanan dan kecepatan yang sama.
- Tutup Turbin : Sebagai penutup bagian runner dari turbin.
- Clamping Ring : Untuk melindungi tutup turbin dari kikisan
aliran air dari rumah keong/casing ke runner.
- Pelindung Tutup Turbin : Sebagai pelindung tutup dari
kikisan air yang melalui celah antara tutup turbin dan
runner.
Distributor Turbin
Berfungsi untuk mengarahkan aliran air yang masuk ke runner
dan digunakan untuk mengatur debit air juga sesuai dengan
besarnya beban. Peralatan dari distributor turbin yaitu :
- Sudu Antar : Berfungsi untuk mengarahkan dan mengatur
debit ait yang masuk ke runner.
-
9
- Cincin Pengatur : Berfungsi sebagai pengaman sudu atur
apabila terdapat benda yang mengganjal sudu atur.
- Batang Pengatur : Berfungsi untuk meneruskan gerakan dari
servomotor distributor kepada cincin pengatur.
Runner
Runner berfungsi untuk mengubah energi potensial air yang
keluar dari sudu atur menjadi energi mekanik yang akan digunakan
untuk memutar rotor pada generator. Runner pada turbin francis
mempunyai sudu-sudu jalan yang posisinya tetap.
Pengaman Tekanan Air
Berfungsi untuk mengamankan tekanan lebih yang terjadi
didalam rumah keong apabila terjadi pukulan aliran air yang
membalik (water hammer) sebagai akibat dari gerakan penutupan
sudu-sudu atur apabila penurunan beban secara tiba-tiba.
Poros dan Bantalan
Poros berfungsi untuk meneruskan daya putar yang diperoleh
dari runner ke poros generator melalui kopling. Sedangkang
bantalan berfungsi sebagai komponen yang mampu menerima
gaya-gaya radial atau gaya aksial dari poros.
-
10
Draftube
Draftube berfungsi untuk mengalirkan air yang keluar dari
runner ke saluran pembuangan atau sering disebut tailrace.
Perapat Poros Turbin
Berfungsi untuk mengurangi kebocoran air dari celah antara
poros turbin dan tutup turbin.
Governor
Berfungsi sebagai pengatur putaran turbin secara otomatis pada
beban yang bervariasi agar putaran turbin tetap pada putaran
nominalnya.
3) Generator
Generator adalah bagian PLTA yang fungsinya untuk mengubah
energi mekanik yang dihasilkan oleh turbin menjadi energi listrik.
Pengkonversian menjadi energi listrik didapat dengan menerapkan
hokum faraday yaitu tentang tegangan induksi. Generator terdiri dari 2
bagian utama yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri dari 18 buah besi
yang dililit oleh kawat dan dipasang melingkar dan didapat 9 pasang
kutub utara dan selatan. Ketika kutub ini dialiri arus eksitasi, maka
akan timbul medan magnet. Rotor terletak satu poros dengan turbin,
jadi ketika turbin berputar maka otomatis rotorpun berputar. Rotor
yang berputar akan menghasilkan tegangan dikawat setiap kali sebuah
-
11
kutub melewati coil yang terletak stator. Tegangan yang dihasilkan
oleh generator adalah 6,3 kV 3 fasa. Nantinya akan di step up oleh
trafo agar bisa didistribusikan.
Selain dari rotor dan stator terdapat pula peralatan lainnya yang
menjadi sistem pembangun generator yaitu :
- Exciter (Rotor exciter, stator exciter, diode putar dan
thyristor)
- Main generator (stator generator dan rotor generator)
- Sistem AVR
- Sistem Proteksi Generator
- Sistem Pendingin Generator
- Sistem Pengereman Generator
- Sistem penunjang (Busbar, wall bushing, CT, PT, flux trafo,
panel kontrol distribusi 380 V, dan sistem pemansa generator
winding)
4) Trafo
Trafo berfungsi untuk menaikkan (Step Up) maupun menurunkan
(Step Down) tegangan. Transformator yang digunakan didalam power
house PLTA Ir. H. Djuanda berupa transformator yang menaikkan
tegangan 6,3 kV dari generator menjadi 150 kV agar bisa
ditransmisikan. Prinsip kerja dari trafo adalah pada saat arus mengalir
-
12
pada belitan primer, akan terjadi proses induksi ke inti besi trafo
sehingga didalam inti besi akan mengalir flux magnet. Flux magnet
akan menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan akan
terjadi beda potensial.
Bagian-bagian dari trafo antara lain :
- Inti besi : berfungsi sebagai media jalannya flux yang timbul
akibat induksi arus AC pada kumparan yang mengelilingi inti
besi sehingga dapat menginduksi kumparan lainnya.
- Winding : terdiri dari beberapa lilitan kawat berisolasi
sehingga membentuk kumparan. Funsinya untuk alat
transformasi tegangan dan arus.
- Bushing : berfungsi sebagai sarana penghubung antara belitan
dengan jaringan luar. Terdiri dari konduktor yang diselubungi
oleh isolator.
- Radiator : suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan
rusaknya isolasi kertas pada trafo, maka dibutuhkan sistem
pendingin trafo yang sangat efektif. Minyak isolasi trafo
menjadi salah satu media pendingin. Panas dari winding akan
dibawa oleh minyak saat bersikulasi dan selanjutnya
didinginkan pada strip-strip radiator. Digunakna pula kipas dan
pompa untuk membnatu pendinginan. Menggunakan metode
-
13
OFAF (Oil Force Air Force) dalam pendinginan trafo 6,3
kV/150 kV.
- Konservator : berfungsi sebagai pengaman meluapnya minyak
yang disebabkan pemanasan, dan sebagai saluran pengisian
minyak. Berbentuk tabung yang diletakkan diatas trafo.
- Dielektrik : berupa minyak isolasi trafo dua isolasi kertas.
Untuk minyak isolasi berfungsi sebagai pendingin, media
isoalsi dan pelindung winding dari oksidasi. Pemilihan minyak
pun harus memenuhi syarat yaitu memiliki kekuatan isolasi,
penyalur panas yang baik dengan berat jenis yang kecil, tidak
mudah menguap, dan sifat kimia yang stabil.
- Tap Changer : berfungsi untuk mengubah perbandingan lilitan
trafi agar didapatkan tegangan yang stabil walaupun input tidak
stabil.
- Neutral Grounding Resistant : salah satu grounding dengan
cara sebuah tahanan yang dopasang serial dengan neutal
sekunder pada trafo sebelum terhubung ke ground tanah.
2. SCADA[2]
SCADA berarti pengumpulan data, pengontrolan dan pengawasan. Suatu
sistem SCADA terdiri dari sejumlah RTU (Remote Terminal Unit), sebuah
Master Station, dan jaringan telekomunikasi data antara RTU dan Master
-
14
Station. Dalam komunikasi antara Master Station (MS) dengan setiap Remote
Terminal Unit (RTU) dilakukan melalui media yang bisa berupa fiber optik,
PLC (power line carrier), atau melalui gelombang radio, dimana dalam hal ini
data dikirimkan dengan protokol tertentu (biasanya tergantung vendor
SCADA yang dipakai) misalnya Modbus, DNP3, dll. Sistem ini banyak
dipakai di lapangan produksi minyak dan gas, Jaringan Listrik Tegangan
Tinggi (Power Distribution) dan beberapa aplikasi sejenis dimana sistem
dengan konfigurasi seperti ini dipakai untuk memonitor dan mengontrol alur
produksi yang tersebar di area yang cukup luas.
Istilah SCADA, DCS (Distributed Control System), FCS dan PLC
(Programmable Logic Control ) saat ini sudah menjadi agak kabur karena
aplikasi yang saling tumpang tindih. Walaupun demikian kita masih bisa
membedakan dari arsitektur-nya yang serupa tapi tak sama. Sesuai dengan
rancang bangun awalnya, DCS lebih berfungsi baik untuk aplikasi kontrol
proses, sedangkan SCADA lebih berfungsi baik untuk aplikasi seperti
diterangkan diatas.
SCADA telah mengalami perubahan generasi, dimana pada awalnya
design sebuah SCADA mempunyai satu perangkat MTU yang melakukan
Supevisory Control dan Data Acquisition melalui satu atau banyak RTU yang
berfungsi sebagai Remote I/O melalui jalur komunikasi Radio, dedicated line
Telephone, Protocol Line Carrier (PLC) dan lainnya.
-
15
Generasi berikutnya, membuat RTU yang intelligent, sehingga fungsi
local control dilakukan oleh RTU di lokasi masing-masing RTU, dan MTU
hanya melakukan supervisory control yang meliput beberapa atau semua
RTU. Dengan adanya local control, operator harus mengoperasikan masing-
masing local plant dan membutuhkan MMI local.
Banyak pabrikan yang mengalihkan komunikasi dari MTU RTU ke
tingkatan MMI (Master) MMI (Remote) melalui jaringan microwave atau
satelit. Ada juga yang mengimplementasi komunikasinya pada tingkatan
RTU, karena berpendapat bahwa kita tidak bisa mengandalkan sistem pada
komputer, dan komunikasi pada tingkatan komputer (MMI) membutuhkan
bandwidth yang lebar dan mahal.
Dengan majunya teknologi Intranet dan Internet saat ini, konsep
SCADA diatas berubah menjadi lebih sederhana dan memanfaatkan
infrastruktur Intranet yang pada saat ini umumnya sudah dibangun oleh
perusahaan-perusahaan besar. Apabila ada daerah-daerah atau wilayah yang
belum terpasang infrastruktur Intranet, saat ini dipasaran banyak bisa kita
dapatkan Wireless LAN device yang bisa menjangkau jarak sampai dengan 40
km (tanpa repeater) dengan harga relatif murah.
Setiap Remote Area dengan sistem kontrolnya masing-masing yang
sudah dilengkapi dengan OPC (OLE for Process Control; OLE = Object
Linking & Embedding) Server, dapat dipasangkan suatu Industrial Web Server
-
16
dengan Teknologi XML yang kemudian bisa dengan mudah di akses dengan
Web Browser biasa seperti yang kita gunakan untuk Internet Browsing seperti
MS Internet Explorer, Netscape, dsb. Dari Web Browser ini kita bisa
mendapatkan semua tampilan seperti pada layar MMI local, atau dibuatkan
tampilan sendiri sesuai kebutuhan. Kontrol tetap bisa dilakukan melalui Web
Browser ini sebagaimana layaknya MMI di lokasi local.
Untuk keamanan, sistem harus di lengkapi dengan Router yang hanya
mem-publish Web Server ke WAN (Wide Area Network) untuk mengisolir
hacker yang akan mengganggu Control System pada Control Network di
lokasi masing-masing. Industrial Web Server juga dilengkapi dengan banyak
sekali fasilitas keamanan, seperti login name dengan password, menentukan
komponen mana yang perlu di-publish dan mana yang read only, mana yang
bisa dilakukan control dari remote, dan sebagainya.
Sistem seperti ini populer dengan sebutan Remote Application Control
System (RACS), yang makin digemari orang, karena sebenarnya hal seperti
inilah yang dibutuhkan pada waktu akan memasang suatu sistem SCADA.
Beberapa peralatan/istilah yg lazim digunakan dalam Control System, yaitu:
- SCADA (Supervisory, Control, and Data Acquisition)
- HMI/MMI (Human/Man Machine Interface)
- PLC (Programmable Logic Controller)
- DCS (Distributed Control System)
-
17
- Remote I/O (Input/ Output)
- Signal Conditioning
Data Transferred Media (Coaxial Cable, Optic Cable, Radio Freq,
Protocol Line Carrier), Processor, Memory (RAM/ROM) dst. Control System
itu memiliki Hirarki/Tingkatan/Level dalam sistemnya, dan teknologi terbaru
saat ini hirarki-hirarki tersebut sudah menjadi terintegrasi yang kemudian
dikenal dengan istilah Integrated System. Secara sederhana hirarki-nya
dibagi menjadi beberapa tingkatan:
- Level 1 : Instrument, Motor, M/C (yang berhubungan langsung dengan
proses)
- Level 2 : PLC / DCS, adalah perangkat yang seperti halnya PC memiliki
Processor, Memory, juga I/O yang terkoneksi ke peralatan pada Level 1.
Program-program itulah yg dibuat & diLoad oleh User ke Memory agar
Processor meng-eksekusi perintah-perintah tsb melalui Remote I/O-nya.
Ada 2 tipe yaitu Analog dan Digital.
- Level 3 : HMI/MMI (Panel Digital) atau SCADA software yg terinstal di
komputer/PC untuk membantu User memahami/mengawasi/mengontrol
proses yg berlangsung atau juga kondisi peralatan di plant melalui layar
monitor. Dat ayg telah terbaca tersebut dapat disimpan dalam storage
disk pada PC, sehingga trend dari proses bisa diketahui (per-day/per-
week/per-month/dst)
-
18
Gambar 2.3 : Contoh Sistem SCADA
(Sumber : www.aqua-aerobic.com)
3. PLC[3]
a. Pengertian PLC
PLC adalah sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan
didesain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini
menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan
secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-
fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan
operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-
modul I/O digital maupun analog (Capie,1982).
Bagian-bagian dari PLC antara lain :
- Central Controlling/Processing Unit : otak dari PLC yang
bekerja mengendalikan dan mengawasi jalannya operasi dalam
-
19
PLC sesuai dengan instruksi program yang telah dibuat
dimana program itu disimpan didalam memori.
- Memory : tempat pada CCU/CPU yang berfungsi untuk
menyimpan data-data atau instruksi dari program yang
nantinya akan dieksekusi oleh prosesor. Terbagi menjadi dua
bagian yaitu Executive memori dan Application memori.
- Modul Input/Output : bekerja sebagai penerima input dari
sensor yang berada pada plant dan pemberi ouput pada
aktuatur pada plant. Sebagai penghubung antara PLC dengan
plant.
- Programming Device : salah satu keuntungan PLC yaitu
kemudahan mengubah program maka programming device
berfungsi sebagai interaksi antara manusia dalam mengubah
program yang berada PLC.
b. Ladder Diagram[4]
Ladder diagram merupakan salah satu bahasa pemrograman yang
digunakan oleh PLC. Setiap instruksi dinyatakan dengan sebuah simbol
lalu disusun secara horizontal dari kiri kekanan dan dari atas kebawah.
Ladder diagram disebut juga sebagai bahasa pemrograman yang
menuliskan instruksi dengan grafis. Dalam membuat sebuah ladder
diagram maka harus diperhatikan aturan penulisannya yaitu :
-
20
Daya akan mengalir dari kiri ke kanan
Letak output akan selalu berada disebelah kanan
Begitu pula input akan selalu diawali dari sebelah kiri
Pada ladder diagram kita bisa membuat fungsi-fungsi logika dasar yang
bisa membantu dalam merancang sebuah sistem. Adapun fungsi-funsgi
tersebut adalah sebagai berikut :
1) AND
Tabel 2.1 : Tabel Kebenaran AND
Gambar 2.4 : Ladder Diagram AND
2) OR
Tabel 2.2 : Tabel Kebenaran OR
Gambar 2.5 : Ladder Diagram OR
-
21
3) NAND
Tabel 2.3 : Tabel Kebenaran NAND
Gambar 2.6 : Ladder Diagram NAND
4) NOR
Tabel 2.4 : Tabel Kebenaran NOR
Gambar 2.7 : Ladder Diagram NOR
-
22
4. HMI[5]
HMI/MMI adalah sebuah antar muka antara sebuah sistem elektronika
maupun mesin (plant) terhadap manusia dengan perantaranya adalah PC
(Personal Computer).
Biasanya HMI akan menampilkan semua data yang ada pada plant kepada
operator dalam bentuk grafik yang mewakili bentuk dari plant. HMI sangat
membantu manusia dalam memantau dan mengontrol plant tanpa harus
datang ke lokasi plant itu berada.
Berikut adalah fungsi keseluruhan dari HMI/MMI :
Memantau : fungsi dasar dari HMI adalah memantau pada plant,
mengawasi kondisi plant secara real time tanpa harus keluar dari
ruangan kontrol maupun datang ke lokasi plant berada.
Kontrol : dengan HMI maka kita bisa mengontrol atau mengubah
kondisi plant dari jarak jauh sesuai dengan kebutuhan.
Alarm : biasanya pada software HMI disediakan sebuah fitur alarm
yang sangat berguna dalam mengawasi plant pada jarak yang jauh.
Karena dengan alarm maka akan diketahui ketika proses pada
plant menyimpang dari proses seharusnya.
Trending : sebuah grafik dari data yang diambil yang bisa dilihat
secara real time dan history tergantung dari tipe grafik yang
dibuat.
-
23
Database :menyimpan semua data yang diambil dari plant pada
sebuah file, sehingga ketika dibutuhkan data sebelumnya akan
lebih mudah untuk melihatnya kembali.
Terdapat beberapa software HMI yang bekerja pada sistem operasi
Windows. Masing masing software memiliki kelebihan dan kekurangan yang
berbeda-beda. Adapun software tersebut antara lain:
Wonderware.
Wincc Flexible.
I-FIX.
CX Supervisor.
RS View.
Citect.
Gambar 2.8 : Logo-logo HMI Software
-
24
5. Jaringan Komputer
Jaringan komputer adalah sekumpulan peralatan atau komputer yang
saling dihubungkan untuk berbagi sumber daya. (Andi Micro, 2011 : 6)
Agar terbentuknya jaringan antar komputer maka setiap bagian dari
jaringan komputer meminta dan memberikan layanan. Pihak yang meminta
layanan disebut client dan yang memberi layanan disebut server.
Adapun macam-macam dari jaringan komputer antara lain :
- LAN (Local Area Network) : Jaringan komputer yang wilayah
cakupannya kecil seperti didalam ruangan atau kantor.
- MAN (Metropolitan Area Network) : Jaringan komputer yang
wilayah cakupannya agak besar seperti dalam kota dan
jangkauannya bisa mencapai 50 km.
- WAN (Wide Area Network) : Jaringan komputer yang mencakup
area besar seperti antar wilayah, kota bahkan negara sekalipun.
Untuk membuat sebuah jaringan komputer maka dibutuhkan infrastruktur
jaringan tersebut atau biasa disebut dengan topologi jaringan.
Topologi jaringan, yaitu Penggambaran suatu jaringan yang terdiri dari
node - node beserta interkoneksinya melalui suatu media (yang biasanya
berupa kabel), yang kesemuanya jika dilihat dari atas secara tegak lurus, maka
akan terlihat alasan kenapa ada topologi jaringan yang bernama bus, star, dsb.
-
25
Terdapat berbagai macam topologi jaringan yaitu :
- Topologi Bintang : Topologi STAR merupakan bentuk
topologi jaringan yang berupa konvergensi dari node
(komputer) tengah ke setiap node atau pengguna. Topologi
jaringan bintang termasuk topologi jaringan dengan biaya
menengah.
- Topologi Ring : topologi jaringan berbentuk rangkaian titik
yang masing-masing terhubung ke dua titik lainnya,
sedemikian sehingga membentuk jalur melingkar membentuk
cincin.
- Topologi Bus : pada topologi bus, ke semua Node (komputer)
akan dihubungkan oleh media transmisi yang berupa kabel dan
membentuk suatu garis. Topologi Bus termasuk Passive
Topology, artinya komputer yang terhubung ke jaringan tidak
memiliki kewajiban untuk ikut serta terlibat dalam masalah
transmisi atau pengiriman data dari komputer lain (sender) ke
komputer lainnya (receiver) sehingga komputer yang ada di
jaringan tidak harus semuanya aktif.
- Dsb.
-
26
B. Metode Penulisan
Untuk memperoleh data dan informasi secara lengkap, tepat dan jelas, maka
penulis menerapkan beberapa metode pengumpulan data sehingga diharapkan
agar kebenaran data yang terkumpul terjamin. Adapun metode-metode tersebut
adalah:
1. Metode Observasi
Metode Observasi adalah suatu cara pengumpulan data dengan cara
mengadakan pengamatan secara langsung terhadap objek kegiatan yang ada
hubungannya dengan penelitian.
2. Metode Wawancara
Metode wawancara adalah suatu cara pengumpulan data dengan kegiatan
Tanya jawab sambil bertatap muka dengan tenaga ahli dibidang objek yang
sedang diamati.
3. Metode Dokumentasi
Metode Dokumentasi adalah suatu cara pengumpulan data dengan cara
mempelajari dan memahami data yang bersumber dari catatan atau dokumen
yang tersedia.
4. Metode Pustaka
Metode Pustaka adalah suatu cara pengumpulan data-data yang
membantu penulisan laporan kerja praktek ini, yakni teori-teori tentang
operasi dan pemeliharaan Transformator Daya dari berbagai sumber pustaka.