-
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.