PROPOSAL INSTALASI SISTEM SCADA

Heru Dwi Wahjono : Disain Sistem SCADA di Instalasi Pengolahan Air ... JJAAII VVooll..44,, NNoo..11 22000088

56

DISAIN SISTEM SCADA DI INSTALASI PENGOLAHAN AIR BERSIH UNTUKKEBUTUHAN DOMESTIK DI SUATU KAWASAN INDUSTRI

Oleh :Heru Dwi Wahjono

Peneliti Pusat Teknologi Lingkungan, BPPT

Abstract

Industrial area represents location where some industries operate in one same arearegion. Usually an industrial area besides there are factory also there are office andhousing. To fulfill domestic clean water required by housing and office, usually theorganizer of industrial area have developed a Water Treatment Plant (WTP) with sourceof raw water which come from a river emitting a stream of around area. The increasing ofdomestic clean water needs has pushed management to increase the production of cleanwater by the existing WTP. Besides that, to increase the quality of clean water service tothe domestic exist in industrial area, hence felt important to develop a system of SCADAto manage existing process in the WTP. As step early is to identify and plan the designsystem of SCADA for domestic WTP. From the result of development planning, theSCADA can be developed step by step according to the project plan and existing budget.

Kata kunci : Water Treatment Plant (WTP), Instalasi Pengolahan Air (IPA), KebutuhanAir Bersih Domestik Perumahan, Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA).

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kawasan Industri seperti Pulogadung,Cikarang, Jababeka, dan MM2100 merupakankawasan industri besar di Jawa Barat yang telahmenerapkan pengembangan kawasan industriyang berwawasan lingkungan. Sebagai bentukkepedulian terhadap lingkungan di kawasanindustri ini telah membangun dan mengoperasi-kan beberapa unit Instalasi Pengolahan AirLimbah (IPAL) dan beberapa unit InstalasiPengolahan Air Bersih (IPA) di lingkungannya.

Dari hasil survei studi kasus yang telahdilakukan di Kawasan Industri Jababeka,menunjukkan bahwa untuk memenuhi kebutuhanair bersih perkantoran dan perumahan, kawasanindustri ini telah memiliki dan mengelola unitInstalasi Pengolahan Air Bersih (WTP) dengantotal kapasitas produksi kurang lebih 205 liter /detik1). Untuk mempertahankan dan meningkat-kan kualitas pelayanan penyediaan air bersih,pihak manajemen kawasan telah melakukanpenyempurnaan teknologi yang digunakan untukmengolah air baku yang semakin hari semakinmenurun kualitasnya.

Saat ini tahapan proses pengolahanyang dilakukan di WTP semakin lengkap terbuktidengan kualitas air bersih yang dihasilkan hinggasaat ini telah memenuhi baku mutu yangdisyaratkan oleh pemerintah sesuai dengan SKMenteri Kesehatan No. 416/MENKES/1991. Halini tidak lepas dari sistem pengoperasian yangtelah memenuhi standar KAN (Komite Akreditasi

Nasional) dan Pedoman Kebijakan Mutu ISO9001:2000 yang telah diperoleh WTP ini.

Untuk lebih meningkatkan pelayanandalam pengadaan air bersih dirasa perlu untukmeningkatkan pula sistem pengoperasian danpemantauan di unit WTP domestik melalui suatusistem pengendalian dan pemantauan padasetiap tahapan prosesnya. Dengan menerapkanteknologi SDADA (Supervisory Control And DataAcquisition), lingkup operasi dan pengawasanterhadap proses di WTP dapat dikendalikandalam satu ruangan kendali dengan mudah.

1.2. Tujuan dan Sasaran

Kegiatan ini bertujuan untuk merancangsuatu sistem SCADA yang dapat diaplikasikan diInstalasi Pengolahan Air suatu kawasan industriyang melayani kebutuhan air bersih domestik.Adapun sasarannya adalah teridentifikasikannyakondisi existing peralatan dan perencanaanperalatan yang mendukung perancangan sistemSCADA di setiap tahapan proses di WTP ini.

1.3. Lingkup Kegiatan

Lingkup kegiatan yang dilaksanakanpada perancangan sistem SCADA adalah : Melakukan survei kondisi existing untuk

mengamati proses pengolahan air yang ada. Inventarisasi peralatan-peralatan proses

yang terdiri dari pompa, dosing, blower, dansensor-sensor yang telah terpasang.

Lokasi kerja meliputi keseluruhan unit prosesdi WTP, yaitu : Air Baku (Raw Water Intake),


57

Bahan Kimia dan ruang Dosing (Chemical &Dosing Room), Flokulator, Clarifier, Filtrasi(Filtration), ruang disinfeksi (Disinfectionroom), Bak penampung (Reservoir), danruang pompa distribusi (Water Supply Pump)1). Gambar 1 menunjukkan denah lokasimasing-masing unit proses di WTP domestik.

Menyusun perencanaan sistem hardwaredan software untuk SCADA dengan usulantahapan pembangunan.

2. METODOLOGI

Pelaksanaan kegiatan perancangansistem SCADA untuk WTP domestik mengikutimetodologi sebagai berikut :1) Survei Lapangan. Survei ini dilakukan untuk

mengetahui secara detail tentang keadaan dilokasi WTP domestik, khususnya mengenaiproses pengolahan air bersih, jumlahperalatan unit proses yang ada (existingsystems), fungsi dan kondisi peralatan unitproses serta memperoleh masukan dalammelakukan identifikasi kebutuhanpengembangan sistem baru (proposedsystem).

2) Analisa Sistem. Analisa sistem dilakukanterhadap proses pengolahan air untukmenentukan parameter pantau dan lokasipemantauan di setiap tahapan proses.Analisis dilakukan juga terhadap peralatansensor yang ada untuk mengetahui metodemonitoring dan pengembangannya.

3) Rancangan/Disain Sistem. Perancangansistem hardware dan sistem softwareSCADA untuk mendukung monitoring dancontroling peralatan yang ada secara onlinedan realtime.

3. TINJAUAN LITERATUR

SCADA adalah suatu sistem yangdirancang untuk melakukan pengawasan danpengendalian suatu proses secara terintegrasi,yang mencakup fungsi monitoring danpengumpulan data. Supervisory Controlmencakup kemampuan untuk melakukanperintah Start / Stop, mengubah parameter suatuproses serta mengubah set point alarm.Sedangkan Data Acquisition adalah kemampuanuntuk merekam dan menampilkan kondisi danjalannya suatu proses sehingga data yangdirekam dapat ditampilkan untuk evaluasi lebihlanjut 2).

Keuntungan menggunakan SCADAantara lain dapat memaksimalkan produksi,memperbaiki kualitas produksi dan mengurangibiaya operasi dan perawatan. Selain itu,keuntungan yang paling utama adalah dapatmengetahui keseluruhan sistem proses secaralangsung (online dan real time) sehingga dapatmembantu dan mempermudah manajemendalam mengambil keputusan berkaitan denganproses pelayanan air bersih di lingkungan suatukawasan perumahan.

Sistem instrumentasi dan kendali diinstalasi pengolahan air bersih memiliki tujuanuntuk mengoperasikan dan mengendalikanfasilitas pengolahan yang ada mulai dari intake /sumber air baku sampai dengan pendistribusiandengan aman, reliabilitas dan secara bersamaandapat membantu manajemen dalam melaksana-kan pengelolaan sebuah instalasi pengolahan air2). Diagram alir monitoring dan controling untukWTP perumahan beserta parameter pemantauandan pengendalian yang seharusnya dilakukan disetiap tahapan proses pengolahan airditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 1. Denah Lokasi Masing-Masing Unit Proses Di WTP Domestik


58

Gambar 2. Diagram Alir Monitoring dan Controling Untuk WTP


59

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Tahap pekerjaan yang dilaksanakanuntuk kegiatan perencanaan disain sistemSCADA di WTP domestik adalah sebagai berikut:

4.1. Survei dan Analisa Sistem Proses

Agar sistem SCADA yang diterapkandapat bekerja sesuai dengan tujuan dan sasaranyang diharapkan, maka telah dilakukan surveidan analisa terhadap masing-masing proseskerja di unit WTP domestik. Kegiatan inibertujuan untuk mendapatkan parameterpemantauan kualitas dan kuantitas air sertaparameter fisik yang berkaitan dengan sistemkontrol peralatan di WTP domestik. Gambar 3berikut ini adalah diagram alir proses pengolahanair di WTP domestik dan posisi peletakan sensorkualitas air.

Lokasi penempatan unit sensor kualitasdan kuantitas air ditinjau berdasarkan arah alirandan proses pengolahan air pada WTP adalahsebagai berikut : N0 (Node 0) diletakkan di intake air baku

dengan memasang sensor kualitas air (pHdan NTU) untuk mengetahui perubahankualitas dengan segera. CCTV cameradigunakan untuk melihat situasi di sekitarlokasi intake. Wireless digunakan sebagaisistem media pengiriman data kualitas dandata gambar ke ruang kontrol.

N1 (Node 1) diletakkan di saluran dari intakeair baku menuju unit prasedimentasi di dalamhalaman WTP dengan memasang sensorkualitas air (pH dan NTU).

N2 (Node 2) diletakkan di bagian akhir arahaliran bak prasedimentasi denganmemasang sensor kualitas air (pH, NTU,Flow, Level, dan Residual Chlorine).

N3 (Node 3) diletakkan di bak flocculatordengan memasang sensor pH untukmengetahui besar dosis penambahankoagulan yang diperlukan dari tangkikoagulan di dalam ruang bahan kimia.

N4 (Node 4) diletakan di bak clarifier denganmengamati kualitas air (NTU, pH, dan TSS)

N5 (Node 5) diletakkan di outlet masing-masing grafitasi filter dengan mengamatihead lost/level meter serta nilai NTU untukmengetahui kinerja media pada masing-masing filter, sehingga operator akan tahukapan penggantian media filter diperlukan.

N6 (Node 6) diletakkan di bak reservoirdengan memasang sensor NTU, ResidualChlorine, pH dan level meter.

N7 (Node 7) diletakkan di saluran distribusike tenant dengan mengamati Flow rate,Tekanan dan Residual Chlorine.

N8 (Node 8) diletakkan di ruang bahan kimiadengan memasang sensor Flow rate danLevel meter untuk mengetahui stok bahankimia di setiap tangki koagulan yang ada.

Gambar 3. Diagram Alir Proses Pengolahan Air dan Posisi Sensor Kualitas Air


60

Sistem media pengiriman data untuk lokasiN1 sampai lokasi N8 adalah denganmemakai sistem jaringan kabel.

Sedangkan untuk mengetahui statuskerja (On/Off) peralatan pompa air baku, pompabooster chlorine, pompa backwash pompadistribusi, pompa dosing koagulan, mixerflocculator dan mixer clarifier yang ada di WTPperumahan akan digunakan inverter yang adaatau dengan membuat inverter baru untukperalatan yang belum memilikinya.

4.2. Rancangan Sistem

Berdasarkan hasil analisa sistem prosespengolahan air di WTP domestik, kemudiandilakukan perencanaan dan disain terhadapsistem monitoring dan control di WTP domestik.Disain sistem SCADA dapat dikelompokkan kedalam tiga kelompok disain, yaitu :a. Parameter Kualitas/Kuantitas Air. Disain

sistem untuk monitoring dan control datakualitas dan kuantitas air yang ada di setiapproses WTP, yang meliputi parameter sepertipH, kekeruhan, TSS, residual chlorine,flow/debit, tekanan dan tinggi muka air (level)

b. Status Peralatan Pompa. Disain sistemuntuk monitoring dan control peralatankelistrikan yang terdiri dari pompa air, pompadosing, blower udara, mixer, & konsumsienergi listrik.

c. Software SCADA. Disain sistem softwareuntuk monitoring dan controling sistemSCADA di WTP. Disain ini terdiri daridiagram pengoperasian software danrancangan user interface software.

Gambar 4 di bawah ini adalah hasilperencanaan disain terhadap proses pengolahanair di WTP perumahan dan posisi peletakansensor kualitas air disesuaikan dengan layoutproses di lokasi WTP. Kondisi existing lokasiyang sudah memiliki sensor kualitas air danlokasi penempatan sensor baik yang sudah adamaupun yang baru dapat dilihat dari gambar inijuga.

Perhitungan jumlah titik / nodemonitoring kualitas air pada WTP domestik(Tabel 1) telah disesuaikan dengan jumlahtahapan proses pengolahan air, dimana kondisiexisting proses pengolahan air tersebut dilakukansecara paralel dua line proses. Warna hijau padagambar menunjukkan kondisi existing peralatansensor yang ada dan warna biru menunjukkanperencanaan disain pengembangan peralatansensor yang akan diusulkan untuk melengkapisistem SCADA.

Tabel 1. Jumlah Sensor Yang Diintegrasidi WTP Domestik

No Sensor Existing Rencana1. pH 1 102. Turbidity/Kekeruhan (NTU) 4 223. Flow meter (Debit) 7 44. Level meter 16 245. Residual Chlorine 1 36. TSS - 27. Pressure meter 1 18. CCTV Camera - 1

Gambar 4. Perencanaan Disain Penempatan Peralatan Sensor di WTP Domestik


61

Foto-foto peralatan, lokasi dan jumlahparameter ukur di masing-masing titikpemantauan di WTP Domestik adalah sebagaiberikut :

Intake RW – NO :pH (1),NTU (1),CCTV Cam (1),Wireless (1)

Saluran AB - N1 :pH (1), NTU (1)

Bak Prased. - N2 :pH (1),NTU (1),Flow (1),Level (1),Residual Chlorine(1)

Flocculator - N3 :pH (4)

Clarifier - N4 :pH (2),NTU (2),TSS (2)

Grafitasi Filter - N5:Headlost/LevelMeter (16),NTU (16)

Reservoir - N6 :pH (1),NTU (1),Residual Chlorine(1)Level Meter (1)

Sal. Distribusi - N7 :Flow (1),Pressure Meter (1),Residual Chlorine(1)

Ruang B.Kimia - N8:Flow (2),Level Meter (6)

Peralatan kelistrikan seperti pompa danmixer yang dimonitoring status kerjanya di setiaptahapan proses pengolahan air dapatdikelompok-kan ke dalam beberapa jenis pompa,yaitu : pompa air baku, pompa booster chlorine,pompa backwash, pompa distribusi, pompadosing koagulan, mixer flocculator, mixer clarifier,kompresor, blower, dan electrict valve. Jumlahmasing-masing peralatan ditunjukkan pada tabel2.

Tabel 2. Jumlah Peralatan Kelistrikan PompaYang Diintegrasi di WTP Domestik

No. Peralatan Jumlah (unit)1. Pompa air baku 62. Pompa booster chlorine 23. Pompa backwash filter 64. Pompa distribusi 95. Pompa dosing koagulan 26. Mixer flocculator 47. Mixer clarifier 28. Blower udara 29. Kompresor 210. KWH meter 211. Electric Valve 6

Melalui inverter status operasi pompaakan dikirimkan ke ruang control. Gambar 5menunjukkan kondisi existing peralatankelistrikan seperti pompa dan lainnya di lokasiWTP domestik. Status pemakaian daya listrikoleh peralatan pompa dan lainnya selama prosespengolahan air di KWH induk dan di KWH dalamruang distribusi juga dapat ditampilkan ke dalamsistem software SCADA. Gambar 6 menunjukkanlokasi rencana penempatan control panel yangsudah ada dan yang direncanakan untukdibangun di WTP domestik. Masing-masingpanel akan terhubung membentuk jaringan keruang kontrol utama.


62

Gambar 5. Existing Peralatan Kelistrikan di WTP Domestik

Foto-foto peralatan kelistrikan di masing-masing lokasi pengolahan air di WTP Domestikadalah sebagai berikut :

Pompa air baku(PAB)

Pompa boosterchlorine (PBC)

Pompa backwashfilter (PBW)

Pompa distribusi(PD)

Pompa dosingkoagulan (DSP)

Mixer flocculator(MXF)

Inverter Pompa


63

Mixer clarifier(MXC)

Electric Valve

KWH meter

Blower udara(BLW)

Gambar 6. Rencana Posisi Control Panel Sistem SCADA di WTP Domestik

Masing-masing control panel yang terdiridari beberapa LC (Lean Control) berfungsi untukmengendalikan proses pengambilan data olehsistem data logger di masing-masing lokasipenempatan sensor. Melalui kontrol panel inidata yang diambil kemudian dikirimkan ke pusatdata di ruang kontrol. Data yang diterima,kemudian diolah oleh program database,sehingga dapat digunakan untuk menampilkanhasil pemantauan data pengukuran kualitas airdan status peralatan kelistrikan melalui layarmonitor, panel monitor atau web browser yangada di lokasi WTP Domestik. Diagram alir prosespengambilan data oleh Lean Control, pengolahan

data dengan database software dan penampilandatanya dapat dilihat seperti pada gambar 7.

Lean Control yang digunakan memiliki 8port output, 8 por t input, 16 virtual output coildan 16 input contact yang dapat digunakan untukberkomunikasi dengan peralatan monitoring atauperalatan kelistrikan lainnya. Setiap perubahandata hasil pengukuran sensor dan statusperalatan kelistrikan yang ditimbulkan olehpompa dan lainnya akan membangkitkanevent/sinyal LC dan mengirimkan status baruuntuk dibaca oleh event handler di data loggeryang kemudian diteruskan ke pusat data untukdisimpan ke dalam database


64

Visualizing & analysisVisualizing & analysisData collectionData collection

Control PC

Shop Floor Ethernet LAN

Ethernet LAN

PLC LINK

Master PLC

LC1 LC2

Any Web Browser

M/C PLC1 M/C PLC2

Vi-Panel Virtual PLC

MS-SQL 2000

LC-LogLC Data Logger

iP-Coni-Panel Display

Controller

MS-InternetInformation

Server

iP-Webi-Panel

WebInterface

OPC-LogOPC Data

Logger

OPCServer

Visualizing & analysisVisualizing & analysisData collectionData collection

Control PC

Shop Floor Ethernet LAN

Ethernet LAN

PLC LINK

Master PLC

LC1 LC2

Any Web BrowserAny Web Browser

M/C PLC1 M/C PLC2

Vi-Panel Virtual PLC

MS-SQL 2000

LC-LogLC Data Logger

iP-Coni-Panel Display

Controller


Server

iP-Webi-Panel

WebInterface


Server

iP-Webi-Panel

WebInterface

OPC-LogOPC Data

Logger

OPCServer

Gambar 7. Diagram Alir Sistem Pengolahan Data 3)

4.3. Perencanaan Pengembangan Sistem

Perencanaan pengembangan dilakukanberdasarkan disain yang telah disempurnakandan disepakati oleh pengelola WTP Domestik.Pengembangan dilakukan sesuai dengantahapan sebagai berikut :

a. Tahap 1 : Integrasi peralatan yang sudahada meliputi peralatan sensor dan peralatanpompa dan lain-lain. Pada tahap pertama iniperlu dilakukan pekerjaan-pekerjaan : Membuat protocol komunikasi

disesuaikan dengan peralatan sensoryang ada.

Membuat sistem controler / data loggeruntuk membaca status kerja peralatanpompa yang ada.

Mengembangkan software SCADA versipertama untuk montioring data. Prototipesoftware SCADA terlihat seperti padagambar 8.

b. Tahap 2 : Integrasi peralatan baru meliputisensor, level meter sesuai perencanaandisain untuk melengkapi pengamatanterhadap kualitas air. Pada tahap kedua iniperlu dilakukan pekerjaan-pekerjaan : Membuat protocol komunikasi sesuai

dengan peralatan sensor yang baru. Upgrade pengembangan software

SCADA versi kedua untuk montioringdata.

c. Tahap 3 : Pengembangan sistem controlinghardware melalui software SCADA versiketiga. Pada tahap ketiga ini pekerjaan lebihdititikberatkan pada masalah kontrol jarakjauh untuk peralatan yang sudah terpasangpada pekerjaan tahap 1 dan 2 menggunakansistem jaringan dengan beberapa LC (LeanControl).

4.4. Perencanaan Impelentasi dan Uji Coba

Pekerjaan implementasi di lapangandilakukan sesuai dengan tahapan perencanaanpembangunan, yakni :

a. Tahap 1 : Pemasangan kembali / reinstall peralatan

sensor yang ada ke sistem control / datalogger yang baru sehingga dapatdimonitor di ruang control.

Integrasi peralatan kelistrikan pompa danlain-lain agar dapat dimonitor statuskerjanya di ruang control.

Instalasi sistem software SCADA versipertama yang mampu memonitorkualitas air dan status pompa di setiapproses pengolahan air.

b. Tahap 2 : Pemasangan peralatan sensor baru

untuk lokasi pengamatan sesuai denganrencana pengembangan ke sistemcontrol / data logger sehingga dapatdimonitor di ruang control.


65

Instalasi sistem software SCADA versikedua yang mampu memonitor kualitasair secara keseluruhan dan status pompadi setiap proses pengolahan air.

c. Tahap 3 : Pemasangan sistem control / data logger

yang mampu mengontrol pengambilandata kualitas air dan mengendalian kerjaperalatan pompa dari ruang kontrolmelalui komputer.

Instalasi sistem software SCADA versiketiga yang mampu memonitor danmengontrol kualitas air secarakeseluruhan dan status pompa di setiapproses pengolahan air.

5. KESIMPULAN

1. Dalam literatur “Japan Water WorksAssociation” disarankan memantauberbagai macam parameter kualitas air disetiap proses pengolahan air. SistemSCADA yang dirancang tidak memantausemua parameter yang disarankan olehliteratur ini, namun hanya memantaubeberapa parameter yang dianggap palingpenting dan mewakili di setiap prosespengolahan air di WTP domestik.

2. Sistem SCADA untuk WTP domestikdirancang agar dapat menggunakanperalatan sensor yang ada di pasaran.

Perbedaan sistem komunikasi dari berbagaivendor peralatan sensor dapat diatasidengan melakukan pekerjaan interfacingdengan panduan dari buku manual operasiyang diterbitkan oleh masing-masingvendor.

3. Sistem LC yang digunakan dirancang agardapat dikonfigurasi dengan mudah yangdisesuaikan dengan peralatan sensor yangdigunakan.

4. Media komunikasi menggunakan kabel UTPadalah solusi termurah pada saatimplementasi di lapangan. Namun demikianpenggunaan media komunikasi denganteknologi wireless dimungkinkan untukmenghubungkan peralatan komunikasi yangterletak jauh dari ruang kontrol, misalnyaperalatan CCTV untuk mengirimkan datavisualisasi lokasi intake sumber air baku.

DAFTAR PUSTAKA

1. PT. Jababeka - 2007, Survei KondisiExisting WTP Perumahan di PT. JababekaTahun 2007,

2. Japan Water Works Association - 1978,Design Criteria for Waterworks Facilities -Chap.10. Measuring Instruments

3. SEI – 2007, I – Panel System, SystemEngineering Integrator.

Gambar 8. Prototipe Software SCADA


66

LAMPIRAN

Gam

bar 9

. Exi

stin

g da

n Pe

renc

anaa

n Pe

rala

tan

Sens

or d

i WTP

Dom

estik


67

Gam

bar 1

0. E

xist

ing

Pera

lata

n K

elis

trik

an d

i WTP

Dom

estik


68

Gam

bar 1

1.Re

ncan

a Po

sisi

Con

trol

Pan

el S

iste

mLe

an C

ontr

ol (L

C)S

CA

DA

di W

TPD

omes

tik

PROPOSAL INSTALASI SISTEM SCADA

Documents