Kendali Uncoiler Pada Sistem Proses Recoiling Divisi Colled Rolling Mill PT. Krakatau Steel (persero),Tbk

Danviero Yuzwan P, Ri MunartoJurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng TirtayasaJl.Jend. Sudirman Km. 03 Cilegon, Banten-IndonesiaEmail: Yuzwan19@gmail.com

Abstrak Penggunaan baja lembaran dingin (coil) dewasa ini menunjukkan peningkatan, hal ini dikarenakan baja lembaran dingin lebih mudah dimanfaatkan contohnya untuk industri otomotif dan pembungkus makanan. Pada laporan ini akan dibahas pada proses recoiling yang merupakan proses finishing dalam pembuatan baja coil. Untuk menghasilkan suatu produk baja coil yang berkualitas, diperlukan pengendalian pada uncoiler agar gulungan coil mudah dibuka dan diproses. Pengendalian uncoiler tersebut menggunakan motor DC. Terdapat 2 jenis konfigurasi kecepatan putaran uncoiler yaitu low speed (ketebalan coil 1,7-3,00 mm) dan high speed (ketebalan coil kurang dari 1,6 mm). Kata kunci Uncoiler, Proses Recoiling, Thyristor Power Supply I. PENDAHULUANDivisi Cold Rolling Mill (CRM) adalah divisi pengerolan baja lembaran dingin. Produk hasil dari CRM berupa CRC (Cold Rolled Coil) yang pada umumnya diperlukan untuk pembuatan kaleng makanan dan minuman maupun bagian dari mobil dan part lain yang menggunakan baja tipis. Pada pembuatan baja tipis di divisi CRM, proses yang tidak kalah penting adalah proses recoiling. Proses recoiling adalah proses akhir (finishing) dalam pembuatan baja tipis, yaitu proses untuk membuka gulungan coil dan merapihkan sisi samping pada coil sesuai pesanan. Oleh karena itu, apabila dalam proses lain dalam pembuatan baja sudah sempurna, namun dalam proses recoiling tidak sempurna, maka baja tersebut bisa gagal karena tidak sesuai pesanan.Tujuan yang ingin dicapai dari pelaksanakan kerja praktek ini adalaha. Mengetahui proses-proses yang terjadi pada proses produksi baja lembaran dingin (coil).b. Mempelajari proses pengolahan baja pada recoiling linec. Mengetahui prinsip kerja dari uncoilerd. Mempelajari pengendalian motor DC dengan menggunakan thyristor power supply.e. Dapat mengetahui paramater yang dikendalikan dan masalah yang terjadi, serta sistem proteksi pada thyristor power supply.

II. DASAR TEORIA. Sistem kendaliDalam bidang kontrol dan instrumentasi, masalah otomasi adalah keharusan. Hal ini untuk memenuhi tingkat kehandalan dari sistem yang dikontrol. Dalam pengontrolan secara otomasi ini peran operator dalam sistem kontrol manual digantikan oleh suatu alat yang disebut kontroler. Pada pembahasan ini loop kontrol yang digunakan adalah loop tertutup kaskade. Merupakan suatu sistem kendali yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik (feedback), diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan. Terdapat 2 jenis pengontrolan loop tertutup, yaitu feedback dan feed forward. Kontrol kaskade adalah kontrol yang melibatkan penggunaan dua buah pengontrol dengan keluaran dari pengontrol pertama merupakan titik pengaturan bagi pengontrol kedua. Loop umpan balik untuk salah satu pengontrol berada di dalam loop umpan balik untuk pengontrol yang lain. Sistem seperti ini dapat menghasilkan perbaikan karakteristik respon sistem terhadap gangguan yang muncul.B. Sistem InstrumentasiMaksud dari sistem instrumentasi yang digunakan untuk melakukan pengukuran adalah untuk memberikan suatu nilai numerik yang sesuai dengan variabel yang diukur. Sebuah sistem instrumentasi umumnya terdiri dari tiga elemen utama, yaitu : peralatan masukan, pengkondisi sinyal (signal conditioning) atau peralatan pengolah, dan peralatan keluaran (output).C. Filter PasifFilter dalam bidang elektronika adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengambil/melewatkan tegangan output pada frekuensi tertentu yang diinginkan dan untuk membuang ke ground tegangan output pada frekuensi tertentu yang tidak diiginkan.Untuk membuat suatu filter pasif dapat digunakan komponen pasif (R, L, C). Pada dasarnya filter pasif dapat dikelompokan berdasarkan respon frekuensi yang di saring (filter) menjadi 4 kelompok. 1) Filter Lolos Bawah (Low Pass Filter, LPF) 2) Filter Lolos Atas (High Pass Filter, HPF) 3) Filter Lolos Rentang (Band Pass Filter, BPF) 4) Filter Tolak Rentang (Band Stop Filter atau Notch Filter)

D. Penguat OperasionalPenguat operasional (OP-AMP) berfungsi untuk menguatkan sinyal dengan gain tertentu. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional:

Gambar 1 Simbol Penguat OP AmpPada rangkaian penguat, digunakan jenis penguat inverting dan penguat non inverting. Hal ini digunakan untuk mengubah saturasi positif dan saturasi negatif. Op-Amp yang digunakan adalah jenis LM747, LM311, OPC2. E. ThyristorSCR atau Thyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karakteristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). Berikut ini diagram dan skema SCR:

Gambar 2 Diagram dan skema SCR

F. Konverter 3 Fasa Gelombang PenuhPenyearah 3 fasa terkendali sistem jembatan merupakan penyearah 3 fasa gelombang penuh. Berikut ini rangkaian Konverter 3 Terkendali Gelombang Penuh:

Gambar 3 Rangkaian Konverter 3 Terkendali Gelombang Penuh Penggunaan sumber 3 fasa, maka tegangan masing masing fasa yang rapat akan mengurangi tegangan riak yang terjadi. Berbeda apabila hanya menggunakan konverter satu fasa yang masih terdapat tegangan riak yang lebih besar apabila disearahkan, disebabkan karena tegangan kurang rapat. Selain itu pula, peran thyristor digunakan untuk mengendalikan output dari tegangan yang disearahkan, hal ini karena prinsip kerja thyristor yang diaktifkan dengan cara mengatur (sudut penyalaan). Berdasarkan gambar diatas, maka semakin kecil nilai (sudut penyalaan) nilai output tegangan akan semakin besar.

G. Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Untuk mengatur putaran mandrel pada uncoiler, digunakan motor DC shunt. Motor DC digunakan sebab dalam penggunaannya lebih mudah dibandingkan motor AC, khususnya untuk mengatur putaran motor dan membalik arah putaran motor. Pada motor DC shunt, karakteristik antara arus jangkar dan kecepatan adalah konstan, jadi dengan peningkatan arus jangkar maka kecepatan motor juga akan bertambah secara konstan. Berikut ini adalah gambar karakteristik dari motor DC shunt :

Gambar 4 Karakteristik motor DC shuntSelain itu, alasan digunakannya motor DC pada uncoiler ini adalah peralatan pabrik yang mayoritas berasal dari perancis, dan teknologi pada saat itu masih menggunakan motor DC. Berikut ini adalah motor DC yang digunakan pada uncoiler:

Gambar 5 Bentuk fisik motor DC pada uncoiler

III. PEMBAHASAN

A. Proses Recoiling LineRecoiling Line mempunyai fungsi untuk merapikan sisi strip dan memotong atau menyambung strip sesuai dengan berat coil yang ditentukan dan menghilangkan strip yang termasuk kategori off gauge. Selain itu, Recoiling Line ini juga terdapat fasilitas oiler untuk memberi lapisan oli pada permukaan strip. Perbedaan dengan preparation line adalah pada line ini ketebalan strip yang diproses adalah 0,2 3 mm. Berikut ini adalah skema recoiling line:

Gambar 6 Skema Recoiling Line

Gambar 7 Grafik Produksi Recoiling Line

Proses ini dimulai dengan meratakan permukaan strip lalu pengecekan ketebalan strip pada thickness gauge, bila ketebalan tidak memenuhi dilakukan pemotongan. Lebar strip diratakan dengan side trimmer sekaligus menghilangkan cacat-cacat pada tepi strip. Untuk mencegah karat, permukaan strip diberi oli pada oiler.Proses akhir ini adalah pemotongan panjang sesuai keinginan konsumen, setelah itu dibungkus (packing) dan siap dikirimkan.

B. UncoilerUncoiler merupakan sebuah alat berfungsi untuk melepaskan gulungan dari gulungan baja/coil, dibuka gulungan yang utuh untuk disalurkan melalui roll treading ke motor recoiler (menggulung kembali). Berikut ini adalah bentuk fisik dari uncoiler :

Gambar 8 Bentuk Fisik UncoilerUncoiler pada bagian recoiling line ini sebagai finish product, sesuai dengan yang dipesan oleh customer, untuk hasil sempurna sesuai dengan ukuran tebal, berat dan lebar. Uncoiler merupakan bagian yang penting pada pabrik baja, yaitu digunakan sebagai awal masuk coil, membuka coil, apabila tidak ada uncoiler maka coil tidak dapat di proses.Berikut ini adalah Langkah kerja uncoiler (Sequences) :1. Coil dimasukan pada coil car (kendaraan coil).2. Dimasukan dengan program auto, men-centerkan posisi coil ke mandrel uncoiler.3. Coil masuk ke dalam mandrel uncoiler, supaya coil dapat ditahan maka menggunakan hold down roll agar tidak terjadi lose wrap.4. Motor di jog untuk disalurkan ke roll berikutnya.5. Coil yang sudah terlepas gulungannya menuju ke side trimmer.

Pada uncoiler, sisi mekanik memiliki 2 speed yang terdapat di dalam gearbox. Speed tersebut antara lain : Low Speed : digunakan untuk coil tebal. Yaitu memiliki ketebalan diatas 1,7 3,0 mm. Kecepatan motor mencapai 275 mpm. High Speed : digunakan untuk coil tipis. Yaitu memiliki ketebalan kurang dari 1,6 mm. Kecepatan motor mencapai kecepatan maksimum yaitu sebesar 550 mpm.

C. Thyristor power supplyThyristor power supply (TPS) berfungsi menghasilkan arus searah yang selanjutnya digunakan oleh modul DC. Arus searah untuk motor diperoleh dari pengubahan arus listrik 3 fasa (3) menjadi arus listrik searah oleh suatu converter. Berikut ini adalah blok diagram TPS :

Gambar 9 Blok Diagram TPS1. Control AdapterMengatur sudut penyalaan thyristor, dapat diatur berdasarkan referensi kecepatan yang diminta dan feedback dari motor yang diatur.2. Power CircuitUntuk menyearahkan tegangan jala-jala yang masuk oleh thyristor menjadi tegangan DC, terdiri dari sejumlah thyristor yang saling dihubungjembatankan untuk menyearahkan tegangan 3 fasa yang masuk.Feedback dalam hal ini diperlukan sebagai indikasi bahwa putaran motor telah mencapai kecepatan seperti yang dikehendaki. Sehingga apabila feedback masih berbeda dengan referensi kecepatan yang diberikan, control adapter circuit akan terus memerintahkan firing circuit untuk menyalakan thyristor agar kecepatan motor terpenuhi seperti yang diminta.Berdasarkan blok TPS, tegangan jala-jala yang masuk disearahkan oleh thyristor di dalam power circuit tersebut menjadi tegangan DC. Besarnya arus DC/ tegangan DC yang dihasilkan tergantung dari sinyal kontrol yang masuk, sinyal tersebut mengendalikan suatu multivibrator (pulse generator) pada firing circuit agar dapat menimbulkan pulsa-pulsa yang sinkron untuk mengendalikan kerja thyristor-thyristor tersebut.

Terdapat 2 jenis converter TPS, yaitu :a. Single converter TPS Untuk single converter, pengaturan motor DC diperoleh dari pengaturan pada sudut penyalaan (triggering) untuk masing-masing thyristor. SCR1 dan SCR2 harus dalam penyalaan bersamaan, begitu pula dengan SCR3 dengan SCR4 dan SCR5 dengan SCR6. Maka motor akan berputar dari polaritas A ke B.

Gambar 10 Rangkaian Single Converterb. Dual converter TPSAdalah konfigurasi TPS yang menghasilkan tegangan output terkontrol dengan polaritas tegangan yang dapat dibalik. Fungsi dari dual converter ini adalah untuk mencatu tegangan motor DC pada saat pengoperasiannya memerlukan pembalikan arah motor DC.

Gambar 11 Rangkaian Dual ConverterDual converter digunakan untuk mendapatkan gerakan motor DC yang memerlukan pembalik arah putaran, dipasang suatu dual converter dengan 12 buah thyristor. Aturan sudut penyalaan thyristor sama dengan penyalaan thyristor pada susunan single converter. Pada dual converter terdapat dua konfigurasi yaitu forward bridge (thyristor pada sisi kiri) dan reverse bridge (thyristor sisi kanan).Pada laporan ini akan tipe TPS yang digunakan adalah Ansaldo tipe ZRVMA1. Berikut ini adalah bentuk fisik dari TPS Card Ansaldo tipe ZRVMA1.

Gambar 12 Bentuk Fisik TPS Card Ansaldo tipe ZRVMA1D. Kendali motor pada UncoilerTPS card Ansaldo tipe ZRVMA1 memiliki dua konfigurasi loop, yaitu loop kecepatan (speed loop) dan loop arus (current loop). Loop kecepatan berfungsi untuk menyesuaikan sinyal dari penjumlahan sinyal proporsional dan integral dan berfungsi sebagai referensi kecepatan dari tachometer. Berikut ini adalah gambar rangkaian dari loop kecepatan:

Gambar 13 Rangkaian Lup kecepatan

Untuk mengontrol kecepatan motor tidak cukup hanya menggunakan loop kecepatan saja. Namun juga menggunakan loop arus. Sebab motor DC shunt akan menghasilkan arus jangkar (Ia) yang akan dijadikan referensi untuk dimonitor. Berikut ini adalah rangkaian monitoring arus Ia:

Gambar 14 Rangkaian Monitoring Arus IaInput loop arus adalah pengukuran besar arus jangkar dengan milliamperemeter. Selain itu pula loop arus mendapat masukan dari loop kecepatan yang akan memproses koreksi kecepatan. Berikut ini adalah gambar rangkaian dari loop arus:

Gambar 15 Rangkaian Lup Arus

Output dari loop arus adalah tegangan control (Vcon) yang selanjutnya menuju rangkaian firing circuit. Seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

Gambar 16 Rangkaian Firing Circuit

Input sudut dan Vcon akan melalui transistor V46, V47, V45, V52, V54, V55, V53, V60, V61, V62, V63. Setelah itu dioperasikan NAND oleh komponen gerbang logika IC1, IC2, IC4, IC5, IC7, IC8, sehingga output akan menjadi H1, H2, H3, H4, H5, H6 yang akan diteruskan untuk menuju konfigurasi forward (1F 6F) atau reverse (1R-6R) ke rangkaian thyristor sistem jembatan dual converter pada gambar 11. Setelah menjelaskan tentang bagaimana cara mengatur putaran motor dan mengubah arah putaran motor pada pembahasan diatas. Selanjutnya akan dibahas bagaimana pengaturan kecepatan motor terhadap putaran uncoiler. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa fungsi dari uncoiler adalah untuk membuka gulungan coil sehingga membutuhkan putaran motor tertentu. Pada sistem mekanik uncoiler yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa terdapat dua konfigurasi kecepatan yaitu low speed dan high speed. Pada pengaturan low speed, pengaturan kecepatan motor adalah kecepatan dasar motor (base speed), jadi rangkaian thyristor power supply akan mengatur sudut penyalaan agar kecepatan motor mencapai kecepatan dasar (base speed). Sedangkan pada pengaturan high speed kecepatan motor diatur menjadi 2 kali kecepatan base speed. Kecepatan motor yang berbeda akan memproses ketebalan coil yang berbeda. Pada low speed akan memproses ketebalan diatas 1,7 mm 3,00 mm, sedangkan high speed memproses ketebalan coil kurang dari 1,6 mm. Perbedaan kecepatan ini bertujuan agar tension pada coil akan tetap sehingga coil tidak kusut dan ketebalan tidak berubah. Sebab pada proses recoiling line ini terdapat pula recoiler untuk penggulungan kembali coil yang telah diproses, sehingga akan terjadi gaya tarik antara uncoiler dan recoiler. Seperti yang ditunjukan dalam skema proses recoiling gambar 6. Oleh karena itu kecepatan antara uncoiler dan recoiler juga harus seimbang.Untuk mengantipasi hal hal yang tidak diinginkan, pada rangkaian thyristor power supply memiliki beberapa sistem proteksi, antara lain:a. Proteksi Overvoltage ArmatureProteksi ini bertujuan untuk mencegah efek akibat terjadi kelebihan tegangan pada jangkar. Apabila terjadi kelebihan tegangan, maka motor akan terus menerus berputar tanpa bisa dikendalikan. Jadi, rangkaian proteksi inni akan langsung menghentikan pasokan listrik ke motor.b. Proteksi kegagalan ventilasiVentilasi yang dimaksud adalah pendingin untuk motor DC. Oleh karena penggunaan motor yang terus menerus, dibutuhkan ventilasi untuk pendingin motor. Sistem proteksi ini akan memeriksa catu daya ke kipas pendingin radiator yang berisi thyristor yang disimpan. Ketika kipas dinyalakan, optoinsulator pada kartu transduser (ZTDMA1) mulai melakukan saturasi transistor dan akan menyalakan LED sebagai indikator. Ketika tidak ada listrik, optoinsulator memblok, sehingga tidak ada indikasi.c. Sinyal kecepatan nolSistem proteksi ini dilakukan ketika motor berhenti mendadak dan tidak ada sinyal dari tachometer. Sehingga tidak ada feedback kecepatan dari tachometer. Apabila hal ini terjadi, maka relay pada rangkaian thyristor power supply akan memutus sambungan (normally open) terminal input.d. Proteksi OverspeedProteksi overspeed ini akan aktif apabila kecepatan motor melebihi batas maksimum yang ditentukan. Nilai batas tersebut (disebut pula nM) dapat disesuaikan dengan cara memotong RP8 dengan jangkauan operasi antara 30% dan 120% dari kecepatan nominal motor. Sehingga relay aktif (normally open) dan memblok rangkaian regulasi. e. Proteksi OvercurrentProteksi ini terjadi apabila terdapat kelebihan arus jangkar pada motor, yang akan mengakibatkan kecepatan motor menjadi tidak konstan. Sehingga relay aktif (normally open) dan memblok rangkaian regulasi. f. Koreksi arah siklus sinyal Rangkaian sensor siklus arah sinyal terletak pada kartu penggeser fasa. Pada kartu regulator hanya ada LED yang menyala, yang menunjukkan bahwa urutan fasa benar. Jika urutan fasa catu daya sinkron transformator tidak benar, LED tetap kondisi off dan tidak ada pasokan listrik ke pembangkit pulsa.g. Proteksi tidak ada arus medanRangkaian yang memeriksa keberadaan arus medan disesuaikan pada kartu penggeser regulator-fasa dari exciter, pada kartu regulator hanya ada LED yang menyala, menunjukkan bahwa tidak ada arus medan. Sehingga, relay K4 aktif (normally open) dan rangkaian regulasi tersebut akan diblokir. IV. PENUTUPA. KESIMPULAN1.Recoiling line (REC) berfungsi untuk merapikan sisi strip dan memotong atau menyambung strip sesuai dengan berat coil yang ditentukan dan menghilangkan strip yang termasuk kategori off gauge. Selain itu, terdapat fasilitas oiler untuk memberi lapisan oli pada permukaan strip2.Uncoiler merupakan sebuah alat berfungsi untuk melepaskan gulungan dari gulungan baja/coil. Uncoiler digerakkan dengan menggunakan motor DC, terdapat dua jenis kecepatan putaran uncoiler untuk memproses baja, yaitu Low Speed dan High Speed. Low Speed memiliki kecepatan mencapai 275 mpm digunakan untuk ketebalan baja diatas 1,7 3,0 mm. High Speed memiliki kecepatan mencapai kecepatan maksimum yaitu sebesar 550 mpm digunakan untuk ketebalan baja kurang dari 1,6 mm. 3.Thyristor power supply (TPS) berfungsi menghasilkan arus searah yang selanjutnya digunakan oleh modul DC. Arus searah untuk motor diperoleh dari pengubahan arus listrik 3 fasa (3) menjadi arus listrik searah oleh suatu converter. 4.Parameter yang dikendalikan dalam uncoiler adalah kecepatan putaran motor, arah putaran motor dan tension. Sistem proteksi yang terdapat pada uncoiler antara lain, Proteksi Overvoltage Armature, Proteksi kegagalan ventilasi, Sinyal kecepatan nol, Proteksi Overspeed, Proteksi Overcurrent, Koreksi arah siklus sinyal, dan Proteksi tidak ada arus medan.

B. SARANBerdasarkan kerja praktik yang dilakukan sebaiknya pada sistem kendali uncoiler digunakan sistem kendali yang lebih terbarukan, hal ini bertujuan untuk mencapai proses yang optimal dan efisien, sebab dalam proses baja lembaran dingin dilakukan dalam beberapa tahap proses (sequence). Untuk mengendalikan putaran uncoiler, sebaiknya menggunakan motor yang lebih mudah perawatannya agar maintenance mudah dilakukan dan dapat di minimalisir.DAFTAR PUSTAKAOgata, K., Teknik Kontrol Automatik Jilid I, Jakarta: Erlangga,1984Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika jilid I edisi ketiga, Jakarta: Erlangga, 1985Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika jilid II edisi ketiga, Jakarta: Erlangga, 1985Zuhal, Prinsip Dasar Elektroteknik , Jakarta: Gramedia. 2008 http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/filter-pasif/ diakses pada tanggal 22 oktober 2014 pukul 19.04http://andri19921119.blogspot.com/p/filter-aktif-dan-filter-pasif.html diakses pada tanggal 22 oktober 2014 pukul 20.30https://www.academia.edu/6039559/Modul4-konverter-ac-dc-3-fasa-lanjut diakses pada tanggal 28 oktober 2014 pukul 22.34http://etekno.blogspot.com/2012/01/kerja-praktek-di-krakatau-stell-divisi.html diakses pada tanggal 21 september 2014 pukul 16.30http://blog-deyen.blogspot.com/2012/11/apa-itu-tranducer.html diakses pada tanggal 23 oktober 2014 pukul 21.30

M

A

B

+

-

DC Motor

U

V

W

M

A

B

+

-

DC Motor

U

U

V

V

W

W

+

-

M

A

B

+

-

DC Motor

U

V

W

M

A

B

+

-

DC Motor

U

U

V

V

W

W

+

-