Post on 19-Jun-2019
Oleh:
Mahsun Abdi / 2209106105 Dosen Pembimbing:
1. Dr.Ir. Mochammad Rameli
2. Ir. Rusdhianto Effendie, MT.
PERANCANGAN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) PADA SIMULATOR PLANT TURBIN DAN
GENERATOR UNTUK PENGENDALIAN FREKUENSI MENGGUNAKAN KONTROLER PID
Tugas Akhir
• Sistem SCADA banyak dijumpai pada suatu perusahaan pembangkit Jaringan Listrik Tegangan Tinggi dan Tegangan Menengah (Power Transmission and Distribution) dan beberapa aplikasi yang dipakai untuk memonitor dan mengontrol areal produksi yang cukup luas
• RTU merupakan salah satu bagian dari SCADA yang berfungsi sebagai unit terminal jarak jauh yang menghubungkan beberapa sensor pengukuran.
• Selain itu juga dibutuhkan suatu antarmuka manusia mesin yang mendukung sistem SCADA untuk menampilkan proses yang terjadi pada plant.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang Pendahuluan
Latar belakang
• Letak ruang kontrol dengan plant umumnya berjauhan sehingga membutuhkan suatu unit control yang berada dekat plant.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang Pendahuluan
Permasalahan
• Perancangan HMI menggunakan Wonderware. • Pengendalian frekuensi menggunakan kontroler PID. • Menggunakan virtual plant Turbin dan Generator di PT
Indonesia Power Sub Unit PLTU Perak untuk pengendalian frekuensi.
• Protokol komunikasi antara HMI dan RTU menggunakan Ethernet.
• Protokol komunikasi antara RTU dan virtual plant menggunakan serial.
• Perancangan RTU menggunakan modul Microcontroller AVR based on Ethernet ATMEGA128.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang Pendahuluan
Batasan Masalah
• Meningkatkan efektifitas sistem kontrol pada sebuah pembangkit listrik pada umumnya dan di PT Indonesia Power Sub Unit PLTU Perak pada khususnya untuk plant Turbin dan Generator.
• Merancang sebuah RTU • Dapat mengkomunikasikan antara HMI dan plant melalui
RTU dengan menggunakan protokol komunikasi ethernet
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang Pendahuluan
Tujuan
• Remote Terminal Unit (RTU) salah satu bagian dari sistem kontrol jarak jauh yang ditempatkan dekat objek yang dikontrol dan merupakan antar muka antara objek yang dikontrol dengan master station
• RTU memiliki bagian terintegrasi diantaranya modul CPU berupa mikrokontroler, modul komunikasi, modul pengolah sinyal analog dan digital, serta modul power supply.
• RTU memiliki beberapa fungsi utama diantaranya sebagai pengolah sinyal, kontrol plant, dan sebagai pengukur.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang
Remote Terminal Unit (RTU)
• Perubahan beban akan mempengaruhi kecepatan putaran turbin.
• Mekanisme pengaturan dilakukan untuk menjaga agar putaran turbin uap terjaga konstan saat terjadi perubahan beban dengan cara mengatur bukaan control valve.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang
Plant Turbine Generator
Wonderware InTouch merupakan salah satu software Human Machine Interface yang banyak digunakan di dunia industri. Aplikasi ini terdiri atas 3 komponen penyusun utama yaitu: • InTouch Application Manager • InTouch WindowMaker • InTouch WindowViewer Setiap objek dalam halaman kerja WindowMaker harus memiliki identitas supaya dapat digunakan dalam pemrograman atau lebih dikenal inisialisasi objek. Objek disebut tag, dan nama objek disebut tagname. Semua tagname yang telah dibuat dalam suatu aplikasi dapat dilihat pada Tagname Dictionary. Setelah mengisi nama tag, user harus menentukan tipe dari tag.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang
Wonderware Intouch
• Kepserver adalah salah satu server OPC yang menyediakan konektivitas langsung antara ratusan PLC yang berbeda, perangkat, dan sistem, dan berbagai macam aplikasi klien OPC
• Sedangkan omniserver adalah program yang dapat mengkonfigurasi untuk berkomunikasi dengan berbagai perangkat yang belum memiliki driver agar bisa menuliskan data.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang
KEPserverEx V4 dan Omniserver
• Kontroler PID merupakan kontroler yang berfungsi mengubah sinyal kesalahan (error) menjadi sinyal kontrol. Kontroler ini tersusun dari kontroler proporsional ditambah integral ditambah derivative (PID) yang merupakan salah satu mekanisme umpan balik yang banyak digunakan dalam sistem pengaturan industri. Sebuah kontroler PID menghitung nilai kesalahan sebagai perbedaan antara keluaran terukur dengan masukan yang diinginkan.
• Hubungan sinyal kesalahan dan sinyal kontrol pada kontroler tipe-PID standar dapat dinyatakan dengan Persamaan
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem Teori Penunjang
Kontroler PID
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem
HMI
(Wonderware) RTU HMI Virtual
plant (Matlab)
I/O Analog
I/O Digital
ethernet serial
Perancangan RTU memiliki Komponen pendukung: • Minimum Sistem ATmega 128 • Modul serial RS 232 (IC Max 232) • Modul Serial to Ethernet (Modul WIZ110SR) • Modul DAC (IC DAC0808N) + Op Amp (ICLF351N) • Regulator 5 Volt (IC L7805).
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem
Arsitektur RTU
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem
Perancangan HMI pada Wonderware Intouch
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem
Pemodelan Virtual Plant Turbin Generator
Blok Diagram Turbin Generator (P. Kundur: Power System Stability and Control)
Pemodelan Turbin Non-Reheat (P. Kundur: Power System Stability and Control)
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem
Pemodelan Virtual Plant Turbin Generator
Blok diagram pemodelan Turbin Generator
spesifikasi respon transient sebagai berikut: Xss = 50 Yss = 50 K = 1 Y(τ) = 0,632 . 50 = 31,6 Time Constant (τ) = 3,6 s Rise Time (Tr) = 7,91 s Settling Time (Ts)(±5%) = 10,8 s Delay Time (Td) = 2,5 s Sedangkan untuk respon Steady State memiliki nilai %error = 0 untuk hasil simulasi
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian Perancangan Sistem
Komunikasi Data
Format protokol data host message list di Omniserver berupa: AA{KP}BB{KI}CC{KD}DD{MAIN_PALEP}EE{SP_FREK}{$CR}
Sedangkan pada unsolicited message list, format datanya: FF{FLOW}GG{FREK}HH{OMEGA}II{PALEP}JJ{POWER}
KK{PRESS}LL{RPM}{$CR}
Menghasilkan respon mirip orde 1 dengan spesifikasi transient untuk kecepatan respon (τ) sebesar 3,6 s akan menghasilkan settling time sebesar 10,8 s. sedangkan pada respon Steady State yang diukur melalui %error posisi keadaan tunak adalah nol atau tidak ada eror untuk hasil simulasi matlab.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian
Pengujian dan analisis plant saat open loop
Dirancang kontroler PI dengan metode tunning. KP = 3,5 τ i = 0,435 s.
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian
Pengujian dan analisis plant saat close loop
Vaef
if
w Ea ia
TM
Flow Steam53,3 Kg/s Kecepatan Generator
3000 RPM
Va138000 V
2*pi/60
rpm to radian
2
per unitmulti
4.246
if
ia
Va
Day a
ia Va Pf (sqr3)
6.13
Zr
Input Flow
F LP
F HP
Turbin Reheater
0.267s+0.325
0.0001
Transfer exciter
0.528s+0.0502
1
Transfer armature
10s+3.4
1
Transfer Turbin Generator
if ia
TL
Torsi Lawan
Tegangan output
13800
Set point Vref
50
Set PointFrekuensi
60
RPM1RPM
Product
60
Pressure
PI(s)
PI Controllerturbine generator1
PI(s)
PI Controller
4.289e+007
P43Mw
input pressure
in slider
out f low
% slider
Main Valve
10.43
Km
Frekuensi
2/120
F=nP/120
input pressureout f low
Valv e Position
Control ValvePressure to flow
100
% to %
74.08
% bukaan valve
Pressure outmain v alv e
Penutup Hasil Perancangan dan Pengujian
Pengujian dan analisis Komunikasi Data
warna hijau = data yang diterima (Update Interval) dari mikrokontroler
warna hitam = data yang dikirim (Write Delay) ke mikrokontroler
Monitoring transfer data saat update interval=100 ms dan write delay=100ms
Monitoring transfer data saat update interval = 150 ms dan write delay = 100ms
1. Komunikasi antara HMI dan plant dengan perantara RTU dapat dilakukan jika tag name antara HMI Wonderware Intouch telah terdaftar pada OPC dan protokol Omniserver, sedangkan toolbox pada Virtual Plant di Matlab juga harus sesuai dengan Address name OPC serta protokol Omniservernya juga.
2. Hasil respon open loop system menghasilkan respon mirip orde 1 sehingga dirancanglah kontroler PI untuk mengendalikan control valve.
3. Respon closed loop dengan kontroler PI yang telah dirancang, dengan nilai KP = 2 dan τi = 0,39 detik tetap menghasilkan sistem orde 1 dengan spesifikasi respon transien sesuai yang diinginkan yaitu rise time = 5,713 detik, settling time = 7,8 detik, sedangkan spesifikasi respon transient menghasilkan eror steady state (%e) = 0, dan tidak memiliki overshoot.
4. Kontroler PI yang telah dirancang dapat mengatasi perubahan beban sesuai dengan batasan maksimal beban yang ada di lapangan yaitu maksimal 43 MW.
5. Penambahan parameter τi menyebabkan sistem memiliki respon lebih cepat namun akan berosilasi. Karena itu perlu ditambahkan parameter derivative pada kontroler PID untuk meredam osilasi. Kontroler PID ini memiliki nilai masing masing parameter KP=25, τi=0,48 detik dan τd=7 detik.
6. Kontroler PID hasil pengembangan kontroler PI juga menghasilkan sistem orde 1 dengan spesifikasi respon transien tidak jauh dari hasil respon kontroler PI yaitu rise time = 5,41 detik, settling time = 7,38 detik, sedangkan spesifikasi respon transien menghasilkan eror steady state (%e) = 0, dan tidak memiliki overshoot. juga dapat mengatasi perubahan beban.
7. Perbandingan hasil respon kontroler PI dan PID tidak memiliki perbedaan yang jauh, namun kontroler PID menghasilkan respon yang relatif lebih cepat 0,5 detik.
8. Pembuatan hardware RTU pada tugas akhir ini dapat diselesaikan namun dalam integrasinya dengan HMI maupun Virtual Plant belum diperoleh hasil maksimal dikarenakan belum sempurnanya software konfigurasi untuk dapat mentransfer data.
Penutup
Kesimpulan