bms - Teknik Elektro Undip

MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK
BURNING MANAGEMENT SYSTEM (BMS) PADA FURNACE
DI BAGIAN 260F101 LOC III PT PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP
1
Duta Ardhana1, Iwan Setiawan, S.T., M.T. 2
Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Jl. Prof.Sudharto ,SH – Tembalang , Semarang
2
ABSTRAK
Salah satu produk unggulan PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap yang memiliki kualitas dunia
adalah pelumas. Dalam proses produksi bahan dasar pelumas (lube base) dibutuhkan berbagai langkah proses
yang pastinya memerlukan langkah-langkah pemanasan yang dilakukan oleh furnace (dapur). Furnace
merupakan alat pemanas raksasa yang melakukan proses pembakaran fuel gas/fuel oil dalam skala yang besar.
Untuk melakukan proses pembakaran tersebut tentunya memiliki resiko yang sangat tinggi jika tidak
menggunakan teknologi yang handal. Oleh karena itu, proses pembakaran pada furnace diatur oleh Burning
Management System (BMS).
BMS adalah suatu sistem berbasis PLC (Programmable Logic Controller) yang mengatur semua
kegiatan yang ada di furnace. Dengan logic-logic yang sudah di-setting dalam diagram laddernya, sistem ini
mengatur mulai dari pembersihan furnace, pengecekan parameter-parameter yang berkaitan dengan proses di
furnace, penyalaan, hingga shutdown. Dengan adanya BMS ini, penggunaan furnace pada proses produksi
menjadi lebih aman dan terkendali.
Kata kunci: furnace, Burning Management System, PLC.
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap
merupakan
salah
satu
industri
yang
menggunakan sistem kendali otomatis dalam
proses produksinya. Sistem kendali otomatis
sangat diperlukan dalam operasi-operasi
industri misalnya untuk pengontrolan tekanan,
temperature, level, kelembapan, viskositas dan
laju alir dalam proses produksi. Otomatisasi
saat ini tidak hanya diperlukan sebagai
pendukung keamanan operasi, faktor ekonomi
maupun mutu produksi, namun telah menjadi
suatu kebutuhan pokok bagi proses industri.
LOC (Lube Oil Complex ) III adalah
bagian dari Kilang I PT PERTAMINA RU IV
yang memproduksi lube base (bahan dasar oli).
Di dalam LOC III terdapat Furnace 260F101
yang merupakan dapur tempat memasak feed
reactor pada proses hydrotreating. Proses
pembakaran pada furnace diatur oleh Burning
Management System (BMS). BMS adalah
suatu sistem berbasis PLC (Programmable
Logic Controller) yang mengatur semua
kegiatan yang ada di furnace. Dalam
kinerjanya, BMS memiliki 8 modul yang saling
terkait yaitu : modul pembersihan udara
(purging), modul memulai pembakaran, modul
penyalaan/ pemantikan (ignition), modul
pembakaran gas, modul pembakaran minyak,
modul mendeteksi api utama, modul menutup
minimum, modul pembakaran gas buangan.
Modul-modul tersebut berperan penuh dalam
proses menyalakan api pada furnace, jika proses
pada modul-modul tersebut telah terlalui
dengan baik maka kendali dapat diambil alih
oleh operator pada control room dengan DCS.
1.2.
Tujuan Kerja Praktek
Tujuan dari pelaksanaan kerja praktek ini
adalah sebagai berikut:
1. Mahasiswa dapat menerapkan ilmu yang
telah didapatkan selama perkuliahan dalam
dunia kerja dengan baik.
2. Menciptakan
hubungan
baik
antara
Perguruan Tinggi dengan Pihak Perusahaan.
3. Mengetahui sistem dan lingkungan kerja PT.
Pertamina (Persero) RU IV Cilacap.
4. Mengetahui struktur, fungsi, dan sistem
kerja Burning Management System (BMS)
pada Furnace di Bagian 260F101 LOC III
Cilacap.
1.3.
Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang berkaitan
dengan makalah kerja praktek ini adalah
sebagai berikut :
1. Makalah kerja praktek ini akan membahas
tentang garis besar struktur, fungsi, dan
sistem kerja Burning Management System
(BMS) pada Furnace di Bagian 260F101
LOC III Cilacap.
2. Tidak akan terlalu membahas tentang proses
produksi dan PLC secara mendalam pada
PT. Pertamina (Persero) RU IV Cilacap.
II. DASAR TEORI
2.1. Programmable Logic Controller (PLC)
Programmable logic controller (PLC)
merupakan komponen utama dalam lingkungan
Computer Integrated Manufacturing (CIM)
yang dapat mewujudkan informasi real time
dimana semua informasi tersimpan. Konsep
dari PLC adalah programmable, menunjukkan
kemampuannya yang dapat dengan mudah
diubah-ubah sesuai program yang dibuat dan
kemampuannya dalam hal memori program
yang telah dibuat. Logic, menunjukkan
kemampuannya dalam memproses input secara
aritmatik,
yakni
melakukan
operasi
membandingkan, menjumlahkan, mengalikan,
membagi, mengurangi dan negasi serta
controller, menunjukkan kemampuan dalam
mengontol dan mengatur proses sehingga
menghasilkan output yang diinginkan.
2.1.1. Struktur PLC
Secara umum PLC dibagi menjadi tiga
bagian utama, yaitu modul input, CPU dan
modul output serta dilengkapi dengan unit catu
daya / power supply, sebagaimana digambarkan
dalam digram blok sebagai berikut:
Gambar 2.1 Diagram blok sistem PLC
Sedangkan gambar berikut merupakan
contoh bentuk PLC jenis CQM, dimana setiap
unit-unitnya telah tersusun secara modular.
Gambar 2.2 PLC jenis GE Fanuc IC200UDR005
Komponen-komponen PLC terdiri dari:
a. Power Supply Unit
Unit
ini
berfungsi
untuk
memberikan sumber daya pada PLC
sehingga memungkinkan PLC dapat bekerja.
Unit ini biasanya sudah berupa switching
power supply. Catu daya yang digunakan
sebesar 220 V dengan arus yang
bervariasi tergantung konsumsi PLC, dan
juga menghasilkan tegangan DC -24V dan
24 V. Catu daya biasanya berada pada modul
yang terpisah.
b. CPU (Central Prossesing Unit) PLC
Unit ini merupakan otak dari PLC. Di
unit inilah program yang telah dibuat dolah
sesuai dengan hukum kontrol logika
sehingga sistem kontrol yang telah kita
desain dapat bekerja sesuai dengan
keinginan kita. Di samping itu PLC juga
melakukan pengawasan
atas semua
operasional kerja dari PLC, transfer
informasi melalui internal bus antara PLC,
memori, dan unit I/O.
c. Memory Unit
Untuk menyimpan program yang
telah dibuat maka diperlukan suatu unit
memori elektronik. Selain untuk menyimpan
program kerja, memori juga digunakan untuk:
• Menyimpan data dan status input/output
(interfacing information)
• Menyimpan data/informasi untuk fungsifungsi internal (pewaktu, pencacah, marker
relay,dll)
d. Input / Output (I/O) Unit
Pada umumnya informasi data pada
PLC dinyatakan dalam bentuk tegangan
listrik antara 5 V – 15 V DC, sedangkan
diluar sistem tegangan bisa bervariasi dari 24
V- 240 V DC maupun AC, demikian pula
dengan
arusnya.
Unit
I/O
PLC
dimaksudkan
untuk
interfacing
antara
kedua skala besaran tersebut. PLC yang
modern
biasanya sudah menggunakan
komponen yang mempunyai sifat electricaly
isolated terhadap sistem diluar PLC.
2.2. Control Valve
Valve adalah suatu peralatan mekanis
yang melaksanakan suatu aksi untuk
mengontrol aliran fluida di dalam sistem
perpipaan. Dalam bahasa sederhananya valve
bekerja seperti prinsip keran air.
Sebuah control valve terdiri atas dua
bagian dasar yaitu actuator dan valve. Bagian
actuator adalah bagian yang mengerjaan gerak
buka tutup valve. Dan bagian valve adalah
komponen mekanis yang menentukan besarnya
flow yang masuk ke proses. Berikut gambar
bentuk umum dari sebuah control valve:
Actuator
Actuator adalah bagian dari control
valve sebagai sumber penggerak yang
mengatur travel dari valve stem, dimana
dihubungkan dengan plug yang akan
mengatur aliran yang melalui control
valve.
Prinsip kerja actuator adalah tekanan
sinyal pneumatic (0,2-1 kg/cm2 atau 3-15
psi) yang terakumulasi didalam ruang
(diaphragm
dan
diaphragm
case)
menimbulkan gaya yang bekerja melawan
pegas sehingga akan menggerakkan bagian
stem untuk bergerak membuka atau
menutup valve. Karena konstruksinya,
valve akan menjadi terbuka (air to
open/ATO) dengan naiknya stem dan
adapula yang menjadi tertutup (air to
close/ATC) dengan turunnya stem.
(a)
(b)
Gambar 3.7 (a) Control Valve aksi ATO
(b) Control Valve aksi ATC
Gambar 3.6 Control Valve
Kombinasi actuator dan valve di atas
berfungsi untuk menciptakan aksi dari
pada control valve yaitu:
 Air To Close / ATC / Failure Open:
apabila mendapat signal input, maka
control valve akan menutup. Semakin
besar signal input yang diterima maka
semakin besar pula gerakan stem
kebawah.
 Air To Open / ATO: apabila mendapat
signal input, maka control valve akan
membuka. Semakin besar signal input
yang diterima maka semakin besar
pula gerakan stem keatas.
Gambar 3.8 Control Valve
2.3. Transmitter
Transmitter
pada
prinspnya
merupakan sensor.
Namun,
karena
digunakan dalam skala manufaktur maka
istilah yang digunakan adalah transmitter.
Transmitter pada umumnya digunakan
untuk mengukur level, flow, temperature,
dan
pressure.
Transmisi
sinyalnya
menggunakan sinyal elektrik 4-20mA.
Outputan dari transmitter yang berupa arus
listrik tersebut kemudian dikonversi dengan
I to P converter sehingga dapat mengontrol
bukaan valve control.
2.3.1 Flow transmitter
Merupakan pengukur aliran fluida
pada suatu plant manufaktur. Macammacam flow transmitter yang biasa
digunakan antara lain turbinmeter, orifice,
electromagnetic flow meter, dan lain-lain.
2.3.2 Temperature transmitter
Sebagai pengukur suhu fluida dalam
skala ukur yang sangat tinggi mancapai
ratusan 0C., contohnya thermocouple.
2.3.3 Level Transmitter
Berfungsi untuk mengetahui level
ketinggian fluida pada suatu vessel
(tabung penampung fluida). Contoh
transmitter level yang umum digunakan
adalah displacer yang menggunakan
prinsip perubahan benda terapung/
melayang, ada juga pressure differensial
level transmitter yang menggunakan
prinsip perbedaan tekanan up stream dan
down stream suatu fluida.
2.4. Distributed Control System (DCS)
Berikut adalah contoh konfigurasi
Distributed Control System sehingga dapat
mengontrol valve. DCS yang terdiri atas
HIS (Human Interface System) dan FCS
(Field Control System) berkomunikasi
dengan PLC melalui field bus. Melalui I/O
modul yang dimiliki PLC, kita dapat
mengirimkan sinyal kontrol dari DCS ke
valve dalam bentuk sinyal elektrik (420mA). Sinyal elektrik tersebut kemudian
dikonversi oleh I to P converter menjadi
sinyal pneumatic (0,2-1 kg/cm2) untuk
mengatur bukaan valve.
Sebaliknya,
DCS
mampu
mengirimkan sinyal control karena terjadi
penyimpangan set point terprogram dengan
kondisi nyata di lapangan yang dilaporkan
oleh
transmitter
atau
sesnor
(pressure/temp/flow/level) berupa sinyal
elektrik pula.
Gambar 3.7 Konfigurasi DCS-PLCvalve/transmitter
III. BURNING MANAGEMENT SYSTEM
(BMS) PADA FURNACE 260F101
Furnace 260F101 ini pada prinsipnya
bertugas untuk memanaskan feed reactor pada
proses hydrotreating pengolahan Arabian Light
Crude menjadi lube base. Berikut ini adalah
gambaran proses sederhana dari furnace
260F101.
11A
260
TIC
024
S.P.
260
FIC
008
11A
Furnace
260F101
11A
UV
260 BE
001
Adjustable
TSO
TSO
Minimum Stop
260 FV 008 260 XV 021 260 XV 020
IR
260 BE
002
FG
11A
TSO
260 XV 023
260
PSL
026
Force
Draft Fan
260K151
FO
MS
START
FUEL
GAS
260
HS
056
START
PURGE
260
HS
053
RESET
MIN.FG
FIRING
260
HS
054
BURNING MANAGEMENT/SAFEGUARDING SYSTEM
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
11A
260
XL
017
260
XL
018
260
XL
019
260
XL
018
PURGE
IN
PROGRESS
REQUIRE
PURGE
FLOW
PRESENT
PURGE
READY
SAFE
CONDITION
I-4
I-3
I-5
I-6
Gambar 3.7 Proses sederhana Furnace 260F101
Sebagai bahan bakar pemanas pada
perancangannya ada 2 jenis : fuel gas (FG) dan
fuel oil (FO). Ketika kita menggunakan FO
dibutuhkan middle pressure steam (MS) untuk
mengkabutkannya agar pembakaran yang
terjadi dapat merata. Namun, kondisi di
lapangan tidak demikian karena bahan bakar
yang digunakan hanyalah FG.
Furnace ini juga mendapat injeksi udara
(combustion air) dari fan 260K151 yang
berfungsi sebagai pembersih udara pada furnace
ketika hendak dinyalakan. Di samping itu ia
juga dilengkapi flow indicator controller
(260FIC008) dan temperature indicator
controller (260TIC024) yang bekerja secara
cascade dengan TIC sebagai master controllernya dan FIC sebagai slave controller-nya.
Pressure switch low (260PSL026) sebagai
alarm penanda jika tekanan FG pilot low.
Kemudian ada juga UV 260BE001 serta IR
260BE002 sebagai pendeteksi keberadaan api.
Valve yang digunakan di sini ada dua jenis
yaitu Tight Shut Off (TSO) dan Adjustable
Minimum Stop. Adjustable Minimum Stop tidak
dapat menutup sepenuhnya sehingga masih ada
gas yang tersalurkan dalam jumlah minimum
sedangkan TSO mampu menutup penuh.
Seluruh transmitter dan valve yang ada
terhubung dengan BMS 11A sebagai
pengontrolnya yang berupa PLC-500 LADDER
LOGISTIC buatan Rockwell Software Inc.
3.1 Logika Kerja BMS
Logika-logika kerja BMS ini dibagi
menjadi beberapa modul untuk memudahkan
penjelasan kondisi yang dibutuhkan untuk
setiap modul. Modul-modul dasar ini mengikuti
urutan penyalaan pemanas, juga memasukkan
batasan-batasan yang dibutuhkan untuk
pengoperasian normal.
1. Modul Pengamanan/Pembersihan Udara
Disebut juga purging, modul ini baru dapat
bekerja jika syarat berikut telah terpenuhi :
 Kompresor ForceDraft Fan 260K151 ON
 Katub FO (260XV024), katub FG
(260XV020,021), katub gas pilot
(260XV023), dan katub gas buangan
(260CV009) CLOSED
 Katub valve control FG (260FV008)
CLOSED MINIMUM.
Setelah syarat di atas terpenuhi maka
teknisi akan menekan tombol Start Purge
(260HS053). Dengan ditekannya tombol
tersebut maka Katub Force Draft Fan akan
membuka penuh. Proses pembersihan
furnace dari gas-gas yang mudah terbakar
berlangsung. Diikuti dengan aktifnya
indikator Require Purge Flow Present
(260XL018) dan Purge in Progress
(260XL017). Lalu Timer Purge mulai
menghitung mundur hingga 5 menit. Saat
waktu 5 menit sudah selesai dihitung timer,
2.
3.
4.
5.
maka katub FD Fan tertutup lagi dan
indikator Purge Ready (260XA019) dan
Safe Condition (260XL014) ON.
Modul Memulai Pembakaran
Setelah proses purging di atas selesai.
Teknisi akan menekan tombol Fuel Gas
Start (260HS056) sehingga indikator pilot
(260XL-023) ON dan pressure low pilot
(260PSL026) OFF. Kemudian BMS akan
mengirimkan pulsa “Start Ingniter” pada
modul pemantikan/penyalaan/ignition.
Modul Penyalaan/Pemantikan
Disebut juga ignition yang mana setelah
mendapat pulsa “start igniter” ia akan
membuka katub TSO Pilot (260XV023)
sehingga fuel gas dapat mengalir dalam
jumlah yang kecil tentunya. Seperti prinsip
pada korek gas, pilot gas yang sudah dibuka
ini perlu dipantik dengan busi pemantik
yang menyala sesaat dengan periode 10
detik.
Saat
percobaan
pemantikan
berlangsung, timer Trial for Ingition aktif
mulai menghitung selama 5 detik untuk
mengaktifkan busi pemantik, setelah 5 detik
terlewati maka busi akan mati. Jika belum
nyala juga apinya maka busi akan aktif lagi
pada periode 10 detik setelah yang pertama.
Modul Mendeteksi Api
Ada 2 detektor api yang digunakan yaitu
UV detector (260BE001) dan IR detector
(260BE002). Ketika salah satu atau kedua
detector mendeteksi api. Maka ia akan
mengirimkan sinyal “Flame present” pada
modul selanjutnya. Jika tidak maka ia
mengirimkan sinyal “Flame Failure”
sehingga BMS akan mengulangi urutan
kerja dari awal purging.
Modul Pembakaran Gas
Setelah mendapat sinyal “Flame Present”
maka Katub TSO Main Valve FG
(260XV020 dan 021) terbuka. Katub valve
control (260FV008) menutup minimum.
Selama api masih terdeteksi maka sinyal
“Flame on” dikirimkan. Kemudian jika
bersamaan dengan itu tombol Reset
Minimum FG (260HS054) ditekan, maka
kendali dapat diambil alih DCS oleh
operator di control room.
Syarat Tombol Start Purge dapat bekerja:
- Kompresor Force Draft menyala 260K-151
- Katub :
Bahan bakar minyak
260XV-024
Bahan bakar gas
260XV-020,
021, & 022
Pemantik (ignition/pilot)
260XV-023
TSO gas buangan
260CV-009B
dan 044B
dalam keadaan tertutup.
- Katub valve kontrol FG
tertutup minimum
260FV-008
Tombol Start Purge (260HS-053) ditekan
Modul Pengamanan / Pembersihan Udara
- Katub FD Fan terbuka penuh
- Indikator “Require Purge Flow Present” on
- Indikator “Purge in Progress” on
- Purge Timer mulai hitung 5 menit
- Indikator “Purge Ready” on
(setelah timer selesai menghitung 5 menit)
- Indikator “Safe Condition” on
260FIC-010
260XA-018
260XA-017
260XA-019
260XL-014
Tombol Fuel Gas Start (260HS-056) ditekan
Modul Memulai Pembakaran
Sinyal
“Flame Failure”
- Indikator “Pilot” on
- Indikator pressure low pilot off
260XV-023
260PSL-026
260PAL-026
Pulsa “Start Igniter” dikirimkan
Sinyal
“Flame Failure”
Modul Penyalaan / Pemantikan
- Katub TSO Pilot / Ignition membuka
260XV-023
- Busi pemantik menyala dgn periode 10 detik
- Trial for Ignition Timer mulai hitung 5 detik
MODUL MENDETEKSI API bekerja dalam logika OR
- UV detektor
260BE-001 / 260BAL-001
- IR detektor
260BE-002 / 260BAL-002
Sinyal “Flame Present” dikirimkan
Modul Pembakaran Gas
- Katub TSO Main Valve FG membuka
MODUL MENUTUP MINIMUM
- Katub Valve Control Fuel Gas
260XV-020
260XV-021
260FV-008
MODUL MENDETEKSI API bekerja dalam logika OR
- UV detektor
260BE-001 / 260BAL-001
- IR detektor
260BE-002 / 260BAL-002
Sinyal “Flame On” dikirim DAN
Tombol Reset Minimum Fuel Gas (260HS-054) ditekan
Operasi (Control Room)
Kendali diambil alih oleh OPERASI
(DCS - Distributed Control System)
Gambar 3.7 State Chart BMS
IV. Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan diatas maka dapat
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Burning Management System (BMS)
merupakan suatu sistem yang mengatur
mulai dari pembersihan furnace, pengecekan
parameter-parameter yang berkaitan dengan
proses di furnace, penyalaan api,
safeguarding system, dan shutdown system.
2. Kinerja BMS ini dikendalikan oleh PLC
(Programmable Logic Control) yang telah
diprogram sedemikian rupa sehingga ia
bekerja dengan logika diagram ladder yang
ada di dalamnya.
3. Dengan adanya BMS ini, proses penggunaan
furnace lebih aman dari segi keselamatan
kerja maupun keselamatan proses produksi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Setiawan, Iwan., Kontrol PID untuk Proses
Industri. Elex Media Computindo, Jakarta,
2008.
[2] Setiawan, Iwan., Programmable Logic
Controller (PLC) dan Teknik Perancangan
Sistem
Kontrol.
Penerbit
Andi,
Yogyakarta, 2008.
[3] Ogata, Katsuhiko., Teknik Kontrol
Automatik Jilid 1, Erlangga, Bandung,
1994.
[4] Ferry R., Sumardi., Sistem Kontrol
Otomatis Mesin Final Test Lampu FL
Berbasis PLC GE FANUC, Tugas Akhir
S1, Universitas Diponegoro, 2004.
[5] samsulrajab.blogspot.com
BIODATA
Duta Ardhana (L2F007026)
Penulis dilahirkan 20 tahun
yang lalu di Semarang tanggal
15 Juni 1990. Ia menempuh
pendidikan di SD Pedurungan
Tengah 02 Semarang, SMP 2
Semarang, SMA 3 Semarang,
dan sekarang sedang menyelesaikan pendidikan
jenjang strata 1 di konsentrasi kontrol, Jurusan
Teknik Elektro Universitas Diponegoro.
Dengan mottonya You’ll reach your dream, if
You’re sure, ia bercita-cita menjadi bisnisman
pembela umat.
Semarang, Maret 2011
Mengetahui dan mengesahkan
Dosen pembimbing
Iwan Setiawan ,S.T.,M.T.
NIP 19730926 2000121001