Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Sistem Pemanasan Air Menggunakan Scada Software dengan Wonderware Intouch T1 612007712 BAB II
BAB II
SISTEM PEMANASAN AIR
Konsep dasar sistem pemanasan air ini memiliki 3 tahapan utama yang
saling berhubungan. Tahapan pertama, yaitu operator menjalankan sistem melalui
HMI InTouch. Operator akan memilih pada tampilan di layar HMI untuk dapat
mengoperasikan sistem pemanas air. Kemudian tahapan kedua, sistem akan
berjalan sesuai dengan kontrol pada HMI yang dioperasikan oleh operator. Proses
yang dijalankan pada sistem meliputi pengisian air, pemanasan air, dan
pengeluaran air. Tahapan ketiga, operator yang mengoperasikan HMI dapat
mengontrol dan mengawasi jalannya proses kerja sistem pada layar HMI.
Sehingga operator dapat memantau kapasitas air dan suhu yang ada pada tangki
air. Pada bab ini akan dijelaskan hubungan antara tiga tahapan utama tersebut
sehingga membentuk suatu sistem secara keseluruhan. Akan dijelaskan pula
prinsip kerja sistem sehingga alat dapat bekerja secara otomatis.
Gambar 2.1. Konsep Sistem
2.1.
Gambaran Sistem
Sistem pemanasan air adalah sistem yang bekerja untuk memanaskan air
pada suhu tertentu. Sistem di buat untuk dapat bekerja secara otomatis dan
5
jalannya proses kerja sistem dapat di kontrol dan di pantau oleh operator. Sistem
pemanasan air ini dapat memanaskan air secara otomatis sesuai dengan suhu yang
sebelumnya sudah ditentukan oleh operator. Sistem ini juga dapat mendeteksi
secara otomatis batas air yang ada pada tangki, sehingga operator tidak perlu
mengontrol secara manual untuk menghidupkan atau mematikan aliran air pada
keran air. Sistem dapat bekerja secara otomatis maksudnya di sini adalah proses
pengisian, pemanasan dan pengosongan air pada tangki akan dapat bekerja dan
berhenti dengan sendirinya, pada saat air sudah mencapai batas atas, air akan
berhenti mengalir, saat memanaskan air sesuai dengan suhu yang ditentukan
dengan elemen pemanas maka akan mati jika sudah mencapai target suhu, dan
dapat mengisi tangki dengan air saat tangki sudah mencapai batas bawah air.
Sistem ini juga menggunakan HMI untuk memudahkan operator dalam
mengoperasikan dan mengawasi jalannya proses kerja sistem, sehingga operator
dapat mengetahui kapasitas air dan suhu yang ada pada tangki
2.2.
Prinsip Kerja Sistem
Pada dasarnya sistem pemanasan air memiliki prinsip kerja untuk
memanaskan air sesuai dengan suhu yang ditentukan. Proses pemanasan air ini
dibuat agar dapat berjalan secara otomatis, supaya dalam proses pemanasan air
dapat berjalan dengan lebih aman.
Pada prinsip kerja sistem pemanasan air ini pertama – tama operator akan
menjalankan sistem melalui layar HMI, operator akan memilih pada menu di layar
HMI untuk dapat mengoperasikan sistem pemanas air dan selanjutnya sistem
dapat bekerja secara otomatis. Sistem akan mengaktifkan solenoid valve electric
yang ada di bagian atas tangki untuk mengalirkan air ke dalam tangki dan akan
mati jika sudah mencapai batas atas air. Setelah itu pemanas akan aktif dan
memanaskan air sesuai dengan suhu yang sudah ditentukan oleh operator dan
pemanas akan mati saat mencapai target suhu. Jika suhu mengalami penurunan
pada batas bawah suhu yang ditentukan operator, maka pemanas akan aktif
kembali memanaskan air sampai mencapai target suhu awal yang sebelumnya
sudah ditentukan.
6
Apabila operator ingin mengeluarkan air, maka operator akan memilih
proses pengosongan air pada layar HMI, dan sistem akan mengaktifkan solenoid
valve electric yang ada di bagian bawah tangki untuk mengalirkan air keluar dari
tangki dan akan mati saat air sudah mencapai batas bawah air. Selanjutnya secara
otomatis solenoid valve electric yang ada di bagian atas tangki akan kembali aktif
untuk mengalirkan air ke dalam tangki dan proses kerja sistem akan terulang
kembali.
2.3.
Metode Pengukuran Suhu
Hal yang paling penting pada sistem pemanasan air ini adalah metode atau
cara yang digunakan untuk mengukur besarnya suhu air yang dihasilkan. Untuk
mengukur besarnya suhu air yang ingin dicapai dengan menggunakan suatu alat
pengukur suhu yang disebut termokopel. Ada berbagai macam tipe termokopel
yang dapat digunakan untuk mengukur suhu, namun yang di pakai pada sistem ini
adalah termokopel tipe K. Termokopel tipe K dapat membaca suhu mulai dari 200 – 1250oC dan mempunyai sensitivitas 40,44 µV/oC [13]. Nilai tegangan yang
dihasilkan termokopel terlalu kecil, sehingga membutuhkan modul penguat
termokopel agar nilai tegangan yang dihasilkan dapat terbaca oleh voltmeter dan
PLC analog. Penguat termokopel yang digunakan pada sistem ini adalah IC
AD595A yang mempunyai sumber tegangan 5 VDC, suhu yang dapat terbaca
mulai dari 0 – 300oC. Dalam sistem yang mempunyai suhu maksimal 70oC ini,
termokopel akan membaca suhu air yang ada di dalam tangki dan mengeluarkan
data berupa tegangan yang akan masuk ke IC di pin 1 dan 14. Keluaran data dari
IC di pin 8 dan 9 ini akan masuk ke PLC analog pada pin V IN dan data akan di
olah menjadi data dalam bentuk bit yang bisa dideteksi oleh PLC utama, dan data
yang masuk akan dikonversikan nilainya berupa nilai suhu.
2.4.
Komponen Pembentuk Sistem
Sistem pemanasan air otomatis ini memiliki beberapa komponen yang
tersusun dalam membentuk suatu kesatuan sistem. Fungsi yang pertama adalah
7
proses pengisian tangki dengan air dari keran PDAM. Oleh karena itu dalam
fungsi ini dibutuhkan solenoid valve electric berukuran 1/2 inch dan
menggunakan catu daya sebesar 220 VAC untuk membuka katup dan
mengalirkan air ke dalam tangki. Pada tangki terdapat saklar transistor bagian atas
yang berfungsi untuk mendeteksi adanya air yang mencapai batas atas tangki,
saklar transistor menggunakan catu daya sebesar 24 VDC.
Fungsi yang kedua adalah proses pemanasan air dan menjaga kestabilan
suhu air, untuk memanaskan air dibutuhkan elemen pemanas yang menggunakan
catu daya sebesar 220 VAC dan untuk membaca suhu dibutuhkan termokopel
dengan menggunakan tipe K. Karena elemen pemanas dan solenoid valve electric
menggunakan catu daya dari tegangan jala – jala PLN, maka pengendalian
komponen tersebut harus menggunakan kontaktor untuk elemen pemanas dan
relay untuk solenoid valve electric yang akan berfungsi sebagai pemutus dan
penghubung tegangan, juga sebagai pengaman arus balik. Nilai tegangan yang
dihasilkan termokopel terlalu kecil, agar nilai tegangan yang dihasilkan dapat
terbaca oleh sistem, maka diperlukan modul penguat termokopel yang
menggunakan catu daya 5 VDC. Keluaran dari penguat termokopel akan masuk
ke PLC analog dan data akan di olah menjadi data dalam bentuk bit yang bisa
dideteksi oleh PLC utama.
Fungsi yang ketiga adalah proses pengosongan air dari tangki. Oleh karena
itu dalam fungsi ini dibutuhkan solenoid valve electric berukuran 1/2 inch dan
menggunakan catu daya sebesar 220 VAC untuk membuka katup dan
mengalirkan air ke luar tangki. Pada tangki terdapat saklar transistor bagian
bawah yang berfungsi untuk mendeteksi adanya air yang mencapai batas bawah
tangki, saklar transistor menggunakan catu daya sebesar 24 VDC.
Pada sistem ini terdapat perangkat lunak yang ada pada PLC sebagai
pembentuk sistem pengontrolan dan HMI InTouch sebagai user interface (UI)
untuk operator.
8
Gambar 2.2. Blok Diagram Sistem
Berikut ini adalah komponen – komponen yang digunakan untuk
merancang dan merealisasikan sistem pemanasan air.
1.
Modul Mekanik
Modul mekanik berupa tangki air dengan dimensi tinggi 50 cm dan
diameter 40 cm.
2.
PLC OMRON CPM2A-40CDR-A
PLC ini digunakan sebagai pengendali utama sistem yang
menggunakan serial port RS-232 sebagai komunikasi data dan
mempunyai 40 I/O yang terdiri dari 24 input dan 16 ouput.
9
3.
PLC Analog OMRON C200H-MAD01
PLC analog ini digunakan untuk membaca suatu nilai keluaran
yang dihasilkan oleh sistem berupa tegangan atau arus, agar data yang
diterima dapat diolah menjadi data dalam bentuk bit yang dapat dideteksi
oleh PLC utama. PLC analog ini mempunyai 3 I/O yang terdiri dari 2
input dan 1 output.
4.
HMI Wonderware InTouch
HMI ini digunakan untuk dapat memudahkan operator dalam
melakukan pengawasan dan pengendalian pada sebuah sistem. HMI yang
digunakan merupakan Wonderware InTouch versi 10.1.
5.
Saklar Transistor
Saklar transistor digunakan untuk mendeteksi batas air dalam
proses pengisian dan pengosongan air. Transistor yang digunakan
merupakan transistor PNP dengan seri TIP32C dan menggunakan
tegangan 24 VDC.
6.
Kontaktor
Kontaktor merupakan saklar yang berfungsi sebagai pemutus dan
penghubung tegangan arus kuat. Digunakan sebagai pengaman elemen
pemanas terhadap PLC dan menggunakan tegangan 220 VAC.
7.
Relay
Relay merupakan saklar yang berfungsi sebagai pemutus dan
penghubung tegangan dari PLC ke komponen – komponen, menggunakan
tegangan 24 VDC.
8.
Elemen Pemanas
Elemen pemanas berfungsi untuk memanaskan air menggunakan
tegangan 220 VAC.
10
9.
Solenoid Valve Electric
Solenoid valve electric berfungsi untuk membuka dan menutup
katup yang akan mengalirkan air dari keran PDAM ke tangki untuk bagian
pengisian dan mengalirkan air keluar tangki untuk bagian pengosongan
dengan di picu oleh tegangan 220 VAC.
10.
Termokopel
Termokopel yang digunakan merupakan termokopel tipe K,
berfungsi untuk membaca suhu dengan mengkonversikan nilai tegangan
menjadi suhu.
11.
Modul Penguat Termokopel
Modul penguat termokopel yang digunakan adalah IC AD595A
dengan sumber tegangan 5 VDC, berfungsi untuk memperkuat nilai
tegangan yang dikeluarkan oleh termokopel.
12.
Panel Box
Panel box digunakan sebagai papan hubung yang berisi komponen
– komponen listrik dan juga berfungsi sebagai pengaman dan kerapihan
suatu instalasi listrik.
13.
Tombol Push Button
Tombol push button digunakan secara manual untuk mengaktifkan
mesin pengisian air, pengosongan air, untuk pilihan batas suhu yang
diinginkan, dan sebagai tombol darurat (emergency) atau mematikan
mesin.
14.
Catu daya
Sistem ini menggunakan 3 buah catu daya yaitu catu daya 220
VAC, 24 VDC dan 5 VDC. Dimana catu daya 220 VAC merupakan
sumber tegangan utama pada sistem dan sumber tegangan pada elemen
11
pemanas, kontaktor dan solenoid valve electric. Catu daya 24 VDC
merupakan sumber tegangan pada saklar transistor dan relay. Catu daya 5
VDC merupakan sumber tegangan pada modul penguat termokopel.
12
SISTEM PEMANASAN AIR
Konsep dasar sistem pemanasan air ini memiliki 3 tahapan utama yang
saling berhubungan. Tahapan pertama, yaitu operator menjalankan sistem melalui
HMI InTouch. Operator akan memilih pada tampilan di layar HMI untuk dapat
mengoperasikan sistem pemanas air. Kemudian tahapan kedua, sistem akan
berjalan sesuai dengan kontrol pada HMI yang dioperasikan oleh operator. Proses
yang dijalankan pada sistem meliputi pengisian air, pemanasan air, dan
pengeluaran air. Tahapan ketiga, operator yang mengoperasikan HMI dapat
mengontrol dan mengawasi jalannya proses kerja sistem pada layar HMI.
Sehingga operator dapat memantau kapasitas air dan suhu yang ada pada tangki
air. Pada bab ini akan dijelaskan hubungan antara tiga tahapan utama tersebut
sehingga membentuk suatu sistem secara keseluruhan. Akan dijelaskan pula
prinsip kerja sistem sehingga alat dapat bekerja secara otomatis.
Gambar 2.1. Konsep Sistem
2.1.
Gambaran Sistem
Sistem pemanasan air adalah sistem yang bekerja untuk memanaskan air
pada suhu tertentu. Sistem di buat untuk dapat bekerja secara otomatis dan
5
jalannya proses kerja sistem dapat di kontrol dan di pantau oleh operator. Sistem
pemanasan air ini dapat memanaskan air secara otomatis sesuai dengan suhu yang
sebelumnya sudah ditentukan oleh operator. Sistem ini juga dapat mendeteksi
secara otomatis batas air yang ada pada tangki, sehingga operator tidak perlu
mengontrol secara manual untuk menghidupkan atau mematikan aliran air pada
keran air. Sistem dapat bekerja secara otomatis maksudnya di sini adalah proses
pengisian, pemanasan dan pengosongan air pada tangki akan dapat bekerja dan
berhenti dengan sendirinya, pada saat air sudah mencapai batas atas, air akan
berhenti mengalir, saat memanaskan air sesuai dengan suhu yang ditentukan
dengan elemen pemanas maka akan mati jika sudah mencapai target suhu, dan
dapat mengisi tangki dengan air saat tangki sudah mencapai batas bawah air.
Sistem ini juga menggunakan HMI untuk memudahkan operator dalam
mengoperasikan dan mengawasi jalannya proses kerja sistem, sehingga operator
dapat mengetahui kapasitas air dan suhu yang ada pada tangki
2.2.
Prinsip Kerja Sistem
Pada dasarnya sistem pemanasan air memiliki prinsip kerja untuk
memanaskan air sesuai dengan suhu yang ditentukan. Proses pemanasan air ini
dibuat agar dapat berjalan secara otomatis, supaya dalam proses pemanasan air
dapat berjalan dengan lebih aman.
Pada prinsip kerja sistem pemanasan air ini pertama – tama operator akan
menjalankan sistem melalui layar HMI, operator akan memilih pada menu di layar
HMI untuk dapat mengoperasikan sistem pemanas air dan selanjutnya sistem
dapat bekerja secara otomatis. Sistem akan mengaktifkan solenoid valve electric
yang ada di bagian atas tangki untuk mengalirkan air ke dalam tangki dan akan
mati jika sudah mencapai batas atas air. Setelah itu pemanas akan aktif dan
memanaskan air sesuai dengan suhu yang sudah ditentukan oleh operator dan
pemanas akan mati saat mencapai target suhu. Jika suhu mengalami penurunan
pada batas bawah suhu yang ditentukan operator, maka pemanas akan aktif
kembali memanaskan air sampai mencapai target suhu awal yang sebelumnya
sudah ditentukan.
6
Apabila operator ingin mengeluarkan air, maka operator akan memilih
proses pengosongan air pada layar HMI, dan sistem akan mengaktifkan solenoid
valve electric yang ada di bagian bawah tangki untuk mengalirkan air keluar dari
tangki dan akan mati saat air sudah mencapai batas bawah air. Selanjutnya secara
otomatis solenoid valve electric yang ada di bagian atas tangki akan kembali aktif
untuk mengalirkan air ke dalam tangki dan proses kerja sistem akan terulang
kembali.
2.3.
Metode Pengukuran Suhu
Hal yang paling penting pada sistem pemanasan air ini adalah metode atau
cara yang digunakan untuk mengukur besarnya suhu air yang dihasilkan. Untuk
mengukur besarnya suhu air yang ingin dicapai dengan menggunakan suatu alat
pengukur suhu yang disebut termokopel. Ada berbagai macam tipe termokopel
yang dapat digunakan untuk mengukur suhu, namun yang di pakai pada sistem ini
adalah termokopel tipe K. Termokopel tipe K dapat membaca suhu mulai dari 200 – 1250oC dan mempunyai sensitivitas 40,44 µV/oC [13]. Nilai tegangan yang
dihasilkan termokopel terlalu kecil, sehingga membutuhkan modul penguat
termokopel agar nilai tegangan yang dihasilkan dapat terbaca oleh voltmeter dan
PLC analog. Penguat termokopel yang digunakan pada sistem ini adalah IC
AD595A yang mempunyai sumber tegangan 5 VDC, suhu yang dapat terbaca
mulai dari 0 – 300oC. Dalam sistem yang mempunyai suhu maksimal 70oC ini,
termokopel akan membaca suhu air yang ada di dalam tangki dan mengeluarkan
data berupa tegangan yang akan masuk ke IC di pin 1 dan 14. Keluaran data dari
IC di pin 8 dan 9 ini akan masuk ke PLC analog pada pin V IN dan data akan di
olah menjadi data dalam bentuk bit yang bisa dideteksi oleh PLC utama, dan data
yang masuk akan dikonversikan nilainya berupa nilai suhu.
2.4.
Komponen Pembentuk Sistem
Sistem pemanasan air otomatis ini memiliki beberapa komponen yang
tersusun dalam membentuk suatu kesatuan sistem. Fungsi yang pertama adalah
7
proses pengisian tangki dengan air dari keran PDAM. Oleh karena itu dalam
fungsi ini dibutuhkan solenoid valve electric berukuran 1/2 inch dan
menggunakan catu daya sebesar 220 VAC untuk membuka katup dan
mengalirkan air ke dalam tangki. Pada tangki terdapat saklar transistor bagian atas
yang berfungsi untuk mendeteksi adanya air yang mencapai batas atas tangki,
saklar transistor menggunakan catu daya sebesar 24 VDC.
Fungsi yang kedua adalah proses pemanasan air dan menjaga kestabilan
suhu air, untuk memanaskan air dibutuhkan elemen pemanas yang menggunakan
catu daya sebesar 220 VAC dan untuk membaca suhu dibutuhkan termokopel
dengan menggunakan tipe K. Karena elemen pemanas dan solenoid valve electric
menggunakan catu daya dari tegangan jala – jala PLN, maka pengendalian
komponen tersebut harus menggunakan kontaktor untuk elemen pemanas dan
relay untuk solenoid valve electric yang akan berfungsi sebagai pemutus dan
penghubung tegangan, juga sebagai pengaman arus balik. Nilai tegangan yang
dihasilkan termokopel terlalu kecil, agar nilai tegangan yang dihasilkan dapat
terbaca oleh sistem, maka diperlukan modul penguat termokopel yang
menggunakan catu daya 5 VDC. Keluaran dari penguat termokopel akan masuk
ke PLC analog dan data akan di olah menjadi data dalam bentuk bit yang bisa
dideteksi oleh PLC utama.
Fungsi yang ketiga adalah proses pengosongan air dari tangki. Oleh karena
itu dalam fungsi ini dibutuhkan solenoid valve electric berukuran 1/2 inch dan
menggunakan catu daya sebesar 220 VAC untuk membuka katup dan
mengalirkan air ke luar tangki. Pada tangki terdapat saklar transistor bagian
bawah yang berfungsi untuk mendeteksi adanya air yang mencapai batas bawah
tangki, saklar transistor menggunakan catu daya sebesar 24 VDC.
Pada sistem ini terdapat perangkat lunak yang ada pada PLC sebagai
pembentuk sistem pengontrolan dan HMI InTouch sebagai user interface (UI)
untuk operator.
8
Gambar 2.2. Blok Diagram Sistem
Berikut ini adalah komponen – komponen yang digunakan untuk
merancang dan merealisasikan sistem pemanasan air.
1.
Modul Mekanik
Modul mekanik berupa tangki air dengan dimensi tinggi 50 cm dan
diameter 40 cm.
2.
PLC OMRON CPM2A-40CDR-A
PLC ini digunakan sebagai pengendali utama sistem yang
menggunakan serial port RS-232 sebagai komunikasi data dan
mempunyai 40 I/O yang terdiri dari 24 input dan 16 ouput.
9
3.
PLC Analog OMRON C200H-MAD01
PLC analog ini digunakan untuk membaca suatu nilai keluaran
yang dihasilkan oleh sistem berupa tegangan atau arus, agar data yang
diterima dapat diolah menjadi data dalam bentuk bit yang dapat dideteksi
oleh PLC utama. PLC analog ini mempunyai 3 I/O yang terdiri dari 2
input dan 1 output.
4.
HMI Wonderware InTouch
HMI ini digunakan untuk dapat memudahkan operator dalam
melakukan pengawasan dan pengendalian pada sebuah sistem. HMI yang
digunakan merupakan Wonderware InTouch versi 10.1.
5.
Saklar Transistor
Saklar transistor digunakan untuk mendeteksi batas air dalam
proses pengisian dan pengosongan air. Transistor yang digunakan
merupakan transistor PNP dengan seri TIP32C dan menggunakan
tegangan 24 VDC.
6.
Kontaktor
Kontaktor merupakan saklar yang berfungsi sebagai pemutus dan
penghubung tegangan arus kuat. Digunakan sebagai pengaman elemen
pemanas terhadap PLC dan menggunakan tegangan 220 VAC.
7.
Relay
Relay merupakan saklar yang berfungsi sebagai pemutus dan
penghubung tegangan dari PLC ke komponen – komponen, menggunakan
tegangan 24 VDC.
8.
Elemen Pemanas
Elemen pemanas berfungsi untuk memanaskan air menggunakan
tegangan 220 VAC.
10
9.
Solenoid Valve Electric
Solenoid valve electric berfungsi untuk membuka dan menutup
katup yang akan mengalirkan air dari keran PDAM ke tangki untuk bagian
pengisian dan mengalirkan air keluar tangki untuk bagian pengosongan
dengan di picu oleh tegangan 220 VAC.
10.
Termokopel
Termokopel yang digunakan merupakan termokopel tipe K,
berfungsi untuk membaca suhu dengan mengkonversikan nilai tegangan
menjadi suhu.
11.
Modul Penguat Termokopel
Modul penguat termokopel yang digunakan adalah IC AD595A
dengan sumber tegangan 5 VDC, berfungsi untuk memperkuat nilai
tegangan yang dikeluarkan oleh termokopel.
12.
Panel Box
Panel box digunakan sebagai papan hubung yang berisi komponen
– komponen listrik dan juga berfungsi sebagai pengaman dan kerapihan
suatu instalasi listrik.
13.
Tombol Push Button
Tombol push button digunakan secara manual untuk mengaktifkan
mesin pengisian air, pengosongan air, untuk pilihan batas suhu yang
diinginkan, dan sebagai tombol darurat (emergency) atau mematikan
mesin.
14.
Catu daya
Sistem ini menggunakan 3 buah catu daya yaitu catu daya 220
VAC, 24 VDC dan 5 VDC. Dimana catu daya 220 VAC merupakan
sumber tegangan utama pada sistem dan sumber tegangan pada elemen
11
pemanas, kontaktor dan solenoid valve electric. Catu daya 24 VDC
merupakan sumber tegangan pada saklar transistor dan relay. Catu daya 5
VDC merupakan sumber tegangan pada modul penguat termokopel.
12