Kendali Uncoiler Pada Sistem Proses Recoiling Divisi Colled
Rolling Mill PT. Krakatau Steel (persero),Tbk
Danviero Yuzwan P, Ri MunartoJurusan Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sultan Ageng TirtayasaJl.Jend. Sudirman Km. 03
Cilegon, Banten-IndonesiaEmail: [email protected]
Abstrak Penggunaan baja lembaran dingin (coil) dewasa ini
menunjukkan peningkatan, hal ini dikarenakan baja lembaran dingin
lebih mudah dimanfaatkan contohnya untuk industri otomotif dan
pembungkus makanan. Pada laporan ini akan dibahas pada proses
recoiling yang merupakan proses finishing dalam pembuatan baja
coil. Untuk menghasilkan suatu produk baja coil yang berkualitas,
diperlukan pengendalian pada uncoiler agar gulungan coil mudah
dibuka dan diproses. Pengendalian uncoiler tersebut menggunakan
motor DC. Terdapat 2 jenis konfigurasi kecepatan putaran uncoiler
yaitu low speed (ketebalan coil 1,7-3,00 mm) dan high speed
(ketebalan coil kurang dari 1,6 mm). Kata kunci Uncoiler, Proses
Recoiling, Thyristor Power Supply I. PENDAHULUANDivisi Cold Rolling
Mill (CRM) adalah divisi pengerolan baja lembaran dingin. Produk
hasil dari CRM berupa CRC (Cold Rolled Coil) yang pada umumnya
diperlukan untuk pembuatan kaleng makanan dan minuman maupun bagian
dari mobil dan part lain yang menggunakan baja tipis. Pada
pembuatan baja tipis di divisi CRM, proses yang tidak kalah penting
adalah proses recoiling. Proses recoiling adalah proses akhir
(finishing) dalam pembuatan baja tipis, yaitu proses untuk membuka
gulungan coil dan merapihkan sisi samping pada coil sesuai pesanan.
Oleh karena itu, apabila dalam proses lain dalam pembuatan baja
sudah sempurna, namun dalam proses recoiling tidak sempurna, maka
baja tersebut bisa gagal karena tidak sesuai pesanan.Tujuan yang
ingin dicapai dari pelaksanakan kerja praktek ini adalaha.
Mengetahui proses-proses yang terjadi pada proses produksi baja
lembaran dingin (coil).b. Mempelajari proses pengolahan baja pada
recoiling linec. Mengetahui prinsip kerja dari uncoilerd.
Mempelajari pengendalian motor DC dengan menggunakan thyristor
power supply.e. Dapat mengetahui paramater yang dikendalikan dan
masalah yang terjadi, serta sistem proteksi pada thyristor power
supply.
II. DASAR TEORIA. Sistem kendaliDalam bidang kontrol dan
instrumentasi, masalah otomasi adalah keharusan. Hal ini untuk
memenuhi tingkat kehandalan dari sistem yang dikontrol. Dalam
pengontrolan secara otomasi ini peran operator dalam sistem kontrol
manual digantikan oleh suatu alat yang disebut kontroler. Pada
pembahasan ini loop kontrol yang digunakan adalah loop tertutup
kaskade. Merupakan suatu sistem kendali yang sinyal keluarannya
memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang
dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan
dan sinyal umpan balik (feedback), diumpankan pada komponen
pengendalian (controller) untuk memperkecil kesalahan sehingga
nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan.
Terdapat 2 jenis pengontrolan loop tertutup, yaitu feedback dan
feed forward. Kontrol kaskade adalah kontrol yang melibatkan
penggunaan dua buah pengontrol dengan keluaran dari pengontrol
pertama merupakan titik pengaturan bagi pengontrol kedua. Loop
umpan balik untuk salah satu pengontrol berada di dalam loop umpan
balik untuk pengontrol yang lain. Sistem seperti ini dapat
menghasilkan perbaikan karakteristik respon sistem terhadap
gangguan yang muncul.B. Sistem InstrumentasiMaksud dari sistem
instrumentasi yang digunakan untuk melakukan pengukuran adalah
untuk memberikan suatu nilai numerik yang sesuai dengan variabel
yang diukur. Sebuah sistem instrumentasi umumnya terdiri dari tiga
elemen utama, yaitu : peralatan masukan, pengkondisi sinyal (signal
conditioning) atau peralatan pengolah, dan peralatan keluaran
(output).C. Filter PasifFilter dalam bidang elektronika adalah
suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengambil/melewatkan tegangan
output pada frekuensi tertentu yang diinginkan dan untuk membuang
ke ground tegangan output pada frekuensi tertentu yang tidak
diiginkan.Untuk membuat suatu filter pasif dapat digunakan komponen
pasif (R, L, C). Pada dasarnya filter pasif dapat dikelompokan
berdasarkan respon frekuensi yang di saring (filter) menjadi 4
kelompok. 1) Filter Lolos Bawah (Low Pass Filter, LPF) 2) Filter
Lolos Atas (High Pass Filter, HPF) 3) Filter Lolos Rentang (Band
Pass Filter, BPF) 4) Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter atau
Notch Filter)
D. Penguat OperasionalPenguat operasional (OP-AMP) berfungsi
untuk menguatkan sinyal dengan gain tertentu. Penguat operasional
memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC
yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional
memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga
positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah
(ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional:
Gambar 1 Simbol Penguat OP AmpPada rangkaian penguat, digunakan
jenis penguat inverting dan penguat non inverting. Hal ini
digunakan untuk mengubah saturasi positif dan saturasi negatif.
Op-Amp yang digunakan adalah jenis LM747, LM311, OPC2. E.
ThyristorSCR atau Thyristor masih termasuk keluarga semikonduktor
dengan karakteristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai
pengendalinya adalah gate (G). Berikut ini diagram dan skema
SCR:
Gambar 2 Diagram dan skema SCR
F. Konverter 3 Fasa Gelombang PenuhPenyearah 3 fasa terkendali
sistem jembatan merupakan penyearah 3 fasa gelombang penuh. Berikut
ini rangkaian Konverter 3 Terkendali Gelombang Penuh:
Gambar 3 Rangkaian Konverter 3 Terkendali Gelombang Penuh
Penggunaan sumber 3 fasa, maka tegangan masing masing fasa yang
rapat akan mengurangi tegangan riak yang terjadi. Berbeda apabila
hanya menggunakan konverter satu fasa yang masih terdapat tegangan
riak yang lebih besar apabila disearahkan, disebabkan karena
tegangan kurang rapat. Selain itu pula, peran thyristor digunakan
untuk mengendalikan output dari tegangan yang disearahkan, hal ini
karena prinsip kerja thyristor yang diaktifkan dengan cara mengatur
(sudut penyalaan). Berdasarkan gambar diatas, maka semakin kecil
nilai (sudut penyalaan) nilai output tegangan akan semakin
besar.
G. Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis
yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Untuk mengatur
putaran mandrel pada uncoiler, digunakan motor DC shunt. Motor DC
digunakan sebab dalam penggunaannya lebih mudah dibandingkan motor
AC, khususnya untuk mengatur putaran motor dan membalik arah
putaran motor. Pada motor DC shunt, karakteristik antara arus
jangkar dan kecepatan adalah konstan, jadi dengan peningkatan arus
jangkar maka kecepatan motor juga akan bertambah secara konstan.
Berikut ini adalah gambar karakteristik dari motor DC shunt :
Gambar 4 Karakteristik motor DC shuntSelain itu, alasan
digunakannya motor DC pada uncoiler ini adalah peralatan pabrik
yang mayoritas berasal dari perancis, dan teknologi pada saat itu
masih menggunakan motor DC. Berikut ini adalah motor DC yang
digunakan pada uncoiler:
Gambar 5 Bentuk fisik motor DC pada uncoiler
III. PEMBAHASAN
A. Proses Recoiling LineRecoiling Line mempunyai fungsi untuk
merapikan sisi strip dan memotong atau menyambung strip sesuai
dengan berat coil yang ditentukan dan menghilangkan strip yang
termasuk kategori off gauge. Selain itu, Recoiling Line ini juga
terdapat fasilitas oiler untuk memberi lapisan oli pada permukaan
strip. Perbedaan dengan preparation line adalah pada line ini
ketebalan strip yang diproses adalah 0,2 3 mm. Berikut ini adalah
skema recoiling line:
Gambar 6 Skema Recoiling Line
Gambar 7 Grafik Produksi Recoiling Line
Proses ini dimulai dengan meratakan permukaan strip lalu
pengecekan ketebalan strip pada thickness gauge, bila ketebalan
tidak memenuhi dilakukan pemotongan. Lebar strip diratakan dengan
side trimmer sekaligus menghilangkan cacat-cacat pada tepi strip.
Untuk mencegah karat, permukaan strip diberi oli pada oiler.Proses
akhir ini adalah pemotongan panjang sesuai keinginan konsumen,
setelah itu dibungkus (packing) dan siap dikirimkan.
B. UncoilerUncoiler merupakan sebuah alat berfungsi untuk
melepaskan gulungan dari gulungan baja/coil, dibuka gulungan yang
utuh untuk disalurkan melalui roll treading ke motor recoiler
(menggulung kembali). Berikut ini adalah bentuk fisik dari uncoiler
:
Gambar 8 Bentuk Fisik UncoilerUncoiler pada bagian recoiling
line ini sebagai finish product, sesuai dengan yang dipesan oleh
customer, untuk hasil sempurna sesuai dengan ukuran tebal, berat
dan lebar. Uncoiler merupakan bagian yang penting pada pabrik baja,
yaitu digunakan sebagai awal masuk coil, membuka coil, apabila
tidak ada uncoiler maka coil tidak dapat di proses.Berikut ini
adalah Langkah kerja uncoiler (Sequences) :1. Coil dimasukan pada
coil car (kendaraan coil).2. Dimasukan dengan program auto,
men-centerkan posisi coil ke mandrel uncoiler.3. Coil masuk ke
dalam mandrel uncoiler, supaya coil dapat ditahan maka menggunakan
hold down roll agar tidak terjadi lose wrap.4. Motor di jog untuk
disalurkan ke roll berikutnya.5. Coil yang sudah terlepas
gulungannya menuju ke side trimmer.
Pada uncoiler, sisi mekanik memiliki 2 speed yang terdapat di
dalam gearbox. Speed tersebut antara lain : Low Speed : digunakan
untuk coil tebal. Yaitu memiliki ketebalan diatas 1,7 3,0 mm.
Kecepatan motor mencapai 275 mpm. High Speed : digunakan untuk coil
tipis. Yaitu memiliki ketebalan kurang dari 1,6 mm. Kecepatan motor
mencapai kecepatan maksimum yaitu sebesar 550 mpm.
C. Thyristor power supplyThyristor power supply (TPS) berfungsi
menghasilkan arus searah yang selanjutnya digunakan oleh modul DC.
Arus searah untuk motor diperoleh dari pengubahan arus listrik 3
fasa (3) menjadi arus listrik searah oleh suatu converter. Berikut
ini adalah blok diagram TPS :
Gambar 9 Blok Diagram TPS1. Control AdapterMengatur sudut
penyalaan thyristor, dapat diatur berdasarkan referensi kecepatan
yang diminta dan feedback dari motor yang diatur.2. Power
CircuitUntuk menyearahkan tegangan jala-jala yang masuk oleh
thyristor menjadi tegangan DC, terdiri dari sejumlah thyristor yang
saling dihubungjembatankan untuk menyearahkan tegangan 3 fasa yang
masuk.Feedback dalam hal ini diperlukan sebagai indikasi bahwa
putaran motor telah mencapai kecepatan seperti yang dikehendaki.
Sehingga apabila feedback masih berbeda dengan referensi kecepatan
yang diberikan, control adapter circuit akan terus memerintahkan
firing circuit untuk menyalakan thyristor agar kecepatan motor
terpenuhi seperti yang diminta.Berdasarkan blok TPS, tegangan
jala-jala yang masuk disearahkan oleh thyristor di dalam power
circuit tersebut menjadi tegangan DC. Besarnya arus DC/ tegangan DC
yang dihasilkan tergantung dari sinyal kontrol yang masuk, sinyal
tersebut mengendalikan suatu multivibrator (pulse generator) pada
firing circuit agar dapat menimbulkan pulsa-pulsa yang sinkron
untuk mengendalikan kerja thyristor-thyristor tersebut.
Terdapat 2 jenis converter TPS, yaitu :a. Single converter TPS
Untuk single converter, pengaturan motor DC diperoleh dari
pengaturan pada sudut penyalaan (triggering) untuk masing-masing
thyristor. SCR1 dan SCR2 harus dalam penyalaan bersamaan, begitu
pula dengan SCR3 dengan SCR4 dan SCR5 dengan SCR6. Maka motor akan
berputar dari polaritas A ke B.
Gambar 10 Rangkaian Single Converterb. Dual converter TPSAdalah
konfigurasi TPS yang menghasilkan tegangan output terkontrol dengan
polaritas tegangan yang dapat dibalik. Fungsi dari dual converter
ini adalah untuk mencatu tegangan motor DC pada saat
pengoperasiannya memerlukan pembalikan arah motor DC.
Gambar 11 Rangkaian Dual ConverterDual converter digunakan untuk
mendapatkan gerakan motor DC yang memerlukan pembalik arah putaran,
dipasang suatu dual converter dengan 12 buah thyristor. Aturan
sudut penyalaan thyristor sama dengan penyalaan thyristor pada
susunan single converter. Pada dual converter terdapat dua
konfigurasi yaitu forward bridge (thyristor pada sisi kiri) dan
reverse bridge (thyristor sisi kanan).Pada laporan ini akan tipe
TPS yang digunakan adalah Ansaldo tipe ZRVMA1. Berikut ini adalah
bentuk fisik dari TPS Card Ansaldo tipe ZRVMA1.
Gambar 12 Bentuk Fisik TPS Card Ansaldo tipe ZRVMA1D. Kendali
motor pada UncoilerTPS card Ansaldo tipe ZRVMA1 memiliki dua
konfigurasi loop, yaitu loop kecepatan (speed loop) dan loop arus
(current loop). Loop kecepatan berfungsi untuk menyesuaikan sinyal
dari penjumlahan sinyal proporsional dan integral dan berfungsi
sebagai referensi kecepatan dari tachometer. Berikut ini adalah
gambar rangkaian dari loop kecepatan:
Gambar 13 Rangkaian Lup kecepatan
Untuk mengontrol kecepatan motor tidak cukup hanya menggunakan
loop kecepatan saja. Namun juga menggunakan loop arus. Sebab motor
DC shunt akan menghasilkan arus jangkar (Ia) yang akan dijadikan
referensi untuk dimonitor. Berikut ini adalah rangkaian monitoring
arus Ia:
Gambar 14 Rangkaian Monitoring Arus IaInput loop arus adalah
pengukuran besar arus jangkar dengan milliamperemeter. Selain itu
pula loop arus mendapat masukan dari loop kecepatan yang akan
memproses koreksi kecepatan. Berikut ini adalah gambar rangkaian
dari loop arus:
Gambar 15 Rangkaian Lup Arus
Output dari loop arus adalah tegangan control (Vcon) yang
selanjutnya menuju rangkaian firing circuit. Seperti yang
ditunjukkan pada gambar dibawah ini:
Gambar 16 Rangkaian Firing Circuit
Input sudut dan Vcon akan melalui transistor V46, V47, V45, V52,
V54, V55, V53, V60, V61, V62, V63. Setelah itu dioperasikan NAND
oleh komponen gerbang logika IC1, IC2, IC4, IC5, IC7, IC8, sehingga
output akan menjadi H1, H2, H3, H4, H5, H6 yang akan diteruskan
untuk menuju konfigurasi forward (1F 6F) atau reverse (1R-6R) ke
rangkaian thyristor sistem jembatan dual converter pada gambar 11.
Setelah menjelaskan tentang bagaimana cara mengatur putaran motor
dan mengubah arah putaran motor pada pembahasan diatas. Selanjutnya
akan dibahas bagaimana pengaturan kecepatan motor terhadap putaran
uncoiler. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa
fungsi dari uncoiler adalah untuk membuka gulungan coil sehingga
membutuhkan putaran motor tertentu. Pada sistem mekanik uncoiler
yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa terdapat dua konfigurasi
kecepatan yaitu low speed dan high speed. Pada pengaturan low
speed, pengaturan kecepatan motor adalah kecepatan dasar motor
(base speed), jadi rangkaian thyristor power supply akan mengatur
sudut penyalaan agar kecepatan motor mencapai kecepatan dasar (base
speed). Sedangkan pada pengaturan high speed kecepatan motor diatur
menjadi 2 kali kecepatan base speed. Kecepatan motor yang berbeda
akan memproses ketebalan coil yang berbeda. Pada low speed akan
memproses ketebalan diatas 1,7 mm 3,00 mm, sedangkan high speed
memproses ketebalan coil kurang dari 1,6 mm. Perbedaan kecepatan
ini bertujuan agar tension pada coil akan tetap sehingga coil tidak
kusut dan ketebalan tidak berubah. Sebab pada proses recoiling line
ini terdapat pula recoiler untuk penggulungan kembali coil yang
telah diproses, sehingga akan terjadi gaya tarik antara uncoiler
dan recoiler. Seperti yang ditunjukan dalam skema proses recoiling
gambar 6. Oleh karena itu kecepatan antara uncoiler dan recoiler
juga harus seimbang.Untuk mengantipasi hal hal yang tidak
diinginkan, pada rangkaian thyristor power supply memiliki beberapa
sistem proteksi, antara lain:a. Proteksi Overvoltage
ArmatureProteksi ini bertujuan untuk mencegah efek akibat terjadi
kelebihan tegangan pada jangkar. Apabila terjadi kelebihan
tegangan, maka motor akan terus menerus berputar tanpa bisa
dikendalikan. Jadi, rangkaian proteksi inni akan langsung
menghentikan pasokan listrik ke motor.b. Proteksi kegagalan
ventilasiVentilasi yang dimaksud adalah pendingin untuk motor DC.
Oleh karena penggunaan motor yang terus menerus, dibutuhkan
ventilasi untuk pendingin motor. Sistem proteksi ini akan memeriksa
catu daya ke kipas pendingin radiator yang berisi thyristor yang
disimpan. Ketika kipas dinyalakan, optoinsulator pada kartu
transduser (ZTDMA1) mulai melakukan saturasi transistor dan akan
menyalakan LED sebagai indikator. Ketika tidak ada listrik,
optoinsulator memblok, sehingga tidak ada indikasi.c. Sinyal
kecepatan nolSistem proteksi ini dilakukan ketika motor berhenti
mendadak dan tidak ada sinyal dari tachometer. Sehingga tidak ada
feedback kecepatan dari tachometer. Apabila hal ini terjadi, maka
relay pada rangkaian thyristor power supply akan memutus sambungan
(normally open) terminal input.d. Proteksi OverspeedProteksi
overspeed ini akan aktif apabila kecepatan motor melebihi batas
maksimum yang ditentukan. Nilai batas tersebut (disebut pula nM)
dapat disesuaikan dengan cara memotong RP8 dengan jangkauan operasi
antara 30% dan 120% dari kecepatan nominal motor. Sehingga relay
aktif (normally open) dan memblok rangkaian regulasi. e. Proteksi
OvercurrentProteksi ini terjadi apabila terdapat kelebihan arus
jangkar pada motor, yang akan mengakibatkan kecepatan motor menjadi
tidak konstan. Sehingga relay aktif (normally open) dan memblok
rangkaian regulasi. f. Koreksi arah siklus sinyal Rangkaian sensor
siklus arah sinyal terletak pada kartu penggeser fasa. Pada kartu
regulator hanya ada LED yang menyala, yang menunjukkan bahwa urutan
fasa benar. Jika urutan fasa catu daya sinkron transformator tidak
benar, LED tetap kondisi off dan tidak ada pasokan listrik ke
pembangkit pulsa.g. Proteksi tidak ada arus medanRangkaian yang
memeriksa keberadaan arus medan disesuaikan pada kartu penggeser
regulator-fasa dari exciter, pada kartu regulator hanya ada LED
yang menyala, menunjukkan bahwa tidak ada arus medan. Sehingga,
relay K4 aktif (normally open) dan rangkaian regulasi tersebut akan
diblokir. IV. PENUTUPA. KESIMPULAN1.Recoiling line (REC) berfungsi
untuk merapikan sisi strip dan memotong atau menyambung strip
sesuai dengan berat coil yang ditentukan dan menghilangkan strip
yang termasuk kategori off gauge. Selain itu, terdapat fasilitas
oiler untuk memberi lapisan oli pada permukaan strip2.Uncoiler
merupakan sebuah alat berfungsi untuk melepaskan gulungan dari
gulungan baja/coil. Uncoiler digerakkan dengan menggunakan motor
DC, terdapat dua jenis kecepatan putaran uncoiler untuk memproses
baja, yaitu Low Speed dan High Speed. Low Speed memiliki kecepatan
mencapai 275 mpm digunakan untuk ketebalan baja diatas 1,7 3,0 mm.
High Speed memiliki kecepatan mencapai kecepatan maksimum yaitu
sebesar 550 mpm digunakan untuk ketebalan baja kurang dari 1,6 mm.
3.Thyristor power supply (TPS) berfungsi menghasilkan arus searah
yang selanjutnya digunakan oleh modul DC. Arus searah untuk motor
diperoleh dari pengubahan arus listrik 3 fasa (3) menjadi arus
listrik searah oleh suatu converter. 4.Parameter yang dikendalikan
dalam uncoiler adalah kecepatan putaran motor, arah putaran motor
dan tension. Sistem proteksi yang terdapat pada uncoiler antara
lain, Proteksi Overvoltage Armature, Proteksi kegagalan ventilasi,
Sinyal kecepatan nol, Proteksi Overspeed, Proteksi Overcurrent,
Koreksi arah siklus sinyal, dan Proteksi tidak ada arus medan.
B. SARANBerdasarkan kerja praktik yang dilakukan sebaiknya pada
sistem kendali uncoiler digunakan sistem kendali yang lebih
terbarukan, hal ini bertujuan untuk mencapai proses yang optimal
dan efisien, sebab dalam proses baja lembaran dingin dilakukan
dalam beberapa tahap proses (sequence). Untuk mengendalikan putaran
uncoiler, sebaiknya menggunakan motor yang lebih mudah perawatannya
agar maintenance mudah dilakukan dan dapat di minimalisir.DAFTAR
PUSTAKAOgata, K., Teknik Kontrol Automatik Jilid I, Jakarta:
Erlangga,1984Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika jilid I edisi
ketiga, Jakarta: Erlangga, 1985Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika
jilid II edisi ketiga, Jakarta: Erlangga, 1985Zuhal, Prinsip Dasar
Elektroteknik , Jakarta: Gramedia. 2008
http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/filter-pasif/
diakses pada tanggal 22 oktober 2014 pukul
19.04http://andri19921119.blogspot.com/p/filter-aktif-dan-filter-pasif.html
diakses pada tanggal 22 oktober 2014 pukul
20.30https://www.academia.edu/6039559/Modul4-konverter-ac-dc-3-fasa-lanjut
diakses pada tanggal 28 oktober 2014 pukul
22.34http://etekno.blogspot.com/2012/01/kerja-praktek-di-krakatau-stell-divisi.html
diakses pada tanggal 21 september 2014 pukul
16.30http://blog-deyen.blogspot.com/2012/11/apa-itu-tranducer.html
diakses pada tanggal 23 oktober 2014 pukul 21.30
M
A
B
+
-
DC Motor
U
V
W
M
A
B
+
-
DC Motor
U
U
V
V
W
W
+
-
M
A
B
+
-
DC Motor
U
V
W
M
A
B
+
-
DC Motor
U
U
V
V
W
W
+
-