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.