Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PENGEMBANGAN SIK UNTUK SAFETY CRITICALPROCESSES DAN SPIN-OFF-NYA UNTUK INDUSTRI KECIL
DAN MENENGAH
Widi Setiawan * dan Syarip **
'P2PN - BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314"P3TM - BATAN, JI. Babarsari, Yogyakarta 55010
Abstrak
Sejak tahun 1994 telah dimulai upaya penguasaan dan pengembangan Sistem Instrumentasi danKendali (SIK) untuk reaktor riset, yang merepresentasikan safety critical processes, dengansasaran terwujudnya sebuah sistem yang mendudukkan operator sebagai pengamat, pengoptimasidan manager pad a saat adanya gangguan/kecelakaan. Dalam upaya tersebut dilakukan pembagianatas dua lingkup permasalahan. Pertama masalah penempaan kemampuan rancangbangunlrekayasa SIK (overall system) yang memenuhi standard nuklir. Kedua adalah masalahupaya inovasi pada setiap bagian SIK untuk mewujudkan daya saing pasar melalui keunggulanproduk dalam bentuk integrasi teknologi dan peningkatan kandungan lokal . Sejak tahun 2003BAT AN telah pula mulai mewujudkan saran a pengembangan dan pengujian sistem kendaliterdistribusi (Distributed Control System - DCS) untuk SIK reaktor daya yang terdiri dari prototipeemulator sistem kendali terdistribusi yang digabung dengan real-time simulator untuk PressurizedWater Reactor (PWR). Pemanfaatan jangka pendek penelitian dan pengembangan SistemInstrumentasi dan Kendali di BATAN ditujukan baik untuk reaktor riset yang telah ada diIndonesia maupun untuk masyarakat dalam wujud spin-off. Mengingat tugas pengembanganeducational, technological & industrial infrastructure yang diemban oleh pemerintah an tara lainlembaga riset, dalam makalah ini dilaporkan kegiatan penelitian dan pengembangan dalam lingkupSIK safety critical processes yang dilakukan BATAN bersama perguruan tinggi, sertakemungkinan untuk memperluas spin-off litbang tersebut bagi industri kecil dan menengah sertarumah sakit.
1. Pendahuluan
Sistem lnstrumentasi & Kendali (SIK) didominasi oleh teknologi elektronik dan
Komputer yang sangat cepat berkembang atau dengan kat a lain memiliki faktor
kadaluarsa (obsolescence factor) yang dapat menjadi masalah besar bagi
kelangsungan operasi reaktor nuklir. Suatu perangkat disebut telah kadal uarsa j ika
terjadi kerusakan tidak dapat diperbaiki karena suku cadang sudah tidak
diproduksi. Permasalahan kadaluarsa tersebut berakibat perlunya import
perangkat pengganti yang terkait dengan biaya tinggi serta plant down-time.
Jika technological & industrial infrastructure untuk SIK dapat ditumbuhkan ke
arah kemampuan untuk mendukung SIK dari I'eaktor nuklir maupun safety critical
industrial processes yang tidak menggunakan reaksi nuklir seperti industri
petrokimia, industri perminyakan, dan industri pengolahan limbah B3, bahkan
pembangkit listrik berbahan bakar fosil, misalnya berupa services, komponen dan
kemampuan rancang bangun substitusi fungsional (refurbishing) tersedia di dalam
negeri, permasalahan kadaluarsa akan dapat diatasi.
Oleh karena itu, kemampuan rancang-bangun refurbishing SIK reaktor riset
merupakan faktor yang cukup dominan dalam upaya untuk menjaga kelangsungan
pengoperasian dan perawatan reaktor-reaktor nuklir yang telah beroperasi di
Indonesia (reaktor "Kartini" di Yogyakarta, TRIGA MARK II di Bandung, dan
Reaktor Serba Gooa "G.A. Siwabessy" di Serpong).
Demikian pula dalam rangka mempersiapkan program Pembangkit Listrik Tenaga
Nuklir (PL TN), terutama agar dapat memaksimalkan kandungan lokal dalam
setiap phase dari program PLTN dan menjamin operasi yang aman dan efisien
serta menjamin perawatan selama masa operasi PLTN, perlu dilakukan upaya alih
teknologi secara sistematis melalui pengembangan educational, technological &
industrial infrastructure.
Ini berarti bahwa realisasi upaya alih teknologi, tel utama dalam lingkup SIK perlu
dilaksanakan secara serentak, tidak hanya di BATAN, tetapi juga di perguruan
tinggi bahkan industri.
Sejak tahoo 1994 telah dimulai upaya penguasaan dan pengembangan Sistem
Instrumentasi dan Kendali (SIK) untuk reaktor riset dengan sasaran terwujudnya
sebuah sistem yang mendudukkan operator sebagai pengamat, pengoptimasi dan
manager pada saat adanya gangguan/kecelakaan. Dalam upaya tersebut telah
dilakukan pembagian permasalahan atas kemampuan rancang-bangun/rekayasa
SIK (overall system) yang memenuhi standard nuklir serta kemampuan meraih
inovasi pada setiap bagian SIK untuk mewujudkan daya saing pasar melalui
keunggulan produk dalam bentuk integrasi teknologi dan peningkatan kandungan
lokal (gambar 1) /1/.
53
Lingkup kegiatan Litbang SIK reaktorI
• Pengemba~an untuk memperolehPenempaan kemampuan daya saing dan kemampuanRancang Bangun Overall-System meningkatkan kandungan lokal
Peningkatan kandungan \okalinstr. Ukur & Kendali
KualitasNuklir
Pengembangan sisteminformasi proses
Pengembangan sistem operasiMulti-vendor
system
CIM : computer Pengembangan sistem yg
integrated manufacuring terkait dgn keselamatan
Gambar 1: Skema lingkup kegiatan penelitian dan pengembangan SIK reaktor
nuklir
Partisipasi nasional yang besar dalam rancang-bangun SIK dari PLTN pertama
kemungkinan sulit dicapai. Namun hal tersebut tidak berlaku dalan1 rancang
bangun nuclear power plant training simulator (NPPTS). Proyek NPPTS dapat
dipandang sebagai kendaraan untuk alih teknologi di bidang SIK bagi negara yang
akan membangun PLTN pertamanya.
Oleh karena itu dalam rangka mempersiapkan kemampuan partisipasi nasional
tersebut, sejak tabun 2003 BAT AN telah mulai mewujudkan sarana
pengembangan dan pengujian system kendali terdistribusi (Distributed Control
System - DCS) untuk SIK reaktor daya yang terdiri dari prototipe emulator sistem
kendali terdistribusi yang digabung dengan real-time simulator untuk Pressurized
Water Reactor (PWR) /2/.
Mengingat tugas pengembangan educational, technological & industrial
infrastructure kegiatan terse but dilakukan dengan melibatkan perguruan tinggi,
saat ini terutama Universitas Gadjah Mada dan perguruan tinggi dengan titik-berat
pendidikan ketrampilan seperti Politeknik Muhammadiyah Yogyakarta dan
Akademi Teknik Mesin Industri, serta dengan mengupayakan spin-off berupa
dukungan integrasi teknologi bagi masyarakat industri. Pemanfaatan jangka
54
pendek penelitian dan pengembangan SIK di BAT AN diberikan baik pada reaktor
riset yang telah ada di Indonesia maupun kepada masyarakat dalam wujud spin
off Dalam makalah ini dilaporkan kegiatan penelitian dan pengembangan yang
dilakukan BAT AN bersama perguruan tinggi, serta dibahas tentang kemungkinan
untuk memperluas spin-offuntuk industri kecil dan menengah serta rumah sakit.
2. Kegiatan Penguasaan Rancang-Bangun Overall System yang MemenuhiStandard Nuklir
Pengembangan SIK reaktor untuk safety critical industrial processes memerlukan
sarana untuk :
• Menggali permasalahan dalam SIK untuk safety critical industrial
processes .
• Menemukan solusi permasalahan, baik berupa metoda ataupun teknik barn
• Pengujian fungsi, unjuk kerja, dan keandalan prototype hasil
Dayareaktor
implementasi metodalteknik baru tersebut atau hasil peningkatan
kandunganlokal.
Oleh karena itu sasaran pertama dari upaya penguasaan kemampuan rancang
bangun overall system yang memenuhi standard nuklir adalah mewujudkan
sebuah prototipe SIK berbasis komputer dan berstruktur terdistribusi yang
diinstalasi di reaktor "Kartini" dan saat ini dipergunakan sebagai Instrumentation
and Control (I&C) Development System dengan obyek kendali reaktor "Kartini"
sebagai representasi dari safety critical industrial processes (gambar 2).
Isistem proteksiL I SistemInformasi Proses 1I Reaktor __ , L.§~~~en.mental !, , - --.- ..- --'Permintaanl Eksperimental J ! I .
Daya" . r-~---·L_.--
Sistem Kendali hReaktor IEksperimental l."Kartini" I
Gambar 2: Diagram blok Instrumentation and Control (I&C) Development System
dengan obyek kendali reaktor "Kartini"
55
Instrumentation and Control (l&C) Development System dirancang dengan
mempertimbangkan kemungkinan pengembangan fasilitas berikut :
(1) Sistem keselamatan (antara lain Sistem Proteksi Reaktor, dalam hal In!
selain reaktor dapat pula safety critical industrial processes lain)
(2) Sistem kendali (terutama nucleonic control system yang dapat
diaplikasikan baik di reaktor maupun di proses indusri yang menggunakan
metoda nuklir seperti industri kelapa sawit, kertas, petrokimia)
(3) Sistem Informasi Proses
(4) Sistem Proteksi Radiasi (untuk proses nuklir atau proses industri non
nuklir yang menggunakan nucleonic control system atau metoda nuklir
lainnya).
Teknologi yang dipergunakan pada konfigurasi standard dari Instrumentation and
Control (l&C) Development System adalah sbb.:
(1) Sistem Proteksi Reaktor :
Dirancang menurut National Standard ANSI/ANS-15.5.l978 : Criteria for the
reactor safety systems of research reactors, sistem proteksi untuk reaktor riset
terdiri dari :
a) Protective instrument system yang terdiri dari beberapa protective
instrument subsystems dan decision logic units. Sedangkan setiap
protective instrument subsystem terdiri dari decision logic units untuk
subsystem level dan beberapa protective instrument charmels yang terdiri
dari sensor, signal conditioners dan trip unit.
b) Safety shutdown equipment yang terdiri dari magnet power supply, magnet
current switches yang digerakkan oleh decision logic units atau manual
initiation, magnets dan safety rods.
56
r---------CONTROL --:SYSTEM --:CONTROLLERINPUTS -. ----------
------ --.-.: DRIVE
- - - - - - -L_~~~~~:_.CONTROL SYSTEM INTERLOCKS :
I I ~
I iMAGNETS
rnmLm: DECISION :'LOGIC UNITS :
/S~:J==~=~OTHER ..., OTHERSUBSYSTEMS: DECISION • SUBSYSTEMS
: LOGIC UNITS :'(SUDSYSTIZM LEVEL>:1----------------
t
~>-
'"
II'"
I-'
~w z >-z -<
ffi
X'"'-' =>
>- ~:z: ~ ~=> ~~ ~ ~w
> ~>= ~~
-- -
Gambar 3: Diagram blok sistem proteksi reaktor menurut National Standard
ANSI! ANS-15.5.1978 : Criteria for the reactor safety systems of research
reactors
(2) Sistem kendali :
Sistem kendali dirancang dengan basis kendali digital. Untuk mempermudah
pengUJlan algoritma kendali, dipergunakan personal computer sebagai
hardware platform, yang berfungsi pula untuk akuisisi dan penampil safety
related parameters. Rancangan terse but memungkinkan pula penggunaan
microcontroller sebagai hardware platform untuk kendali dengan komputer
akuisisi dan penampil safety related parameters sebagai host.
57
Komputerakuisisi &kendali
rJ~~_~oq_NM=i-o-o6--j.__ .._._-_ ..._---_._~
I .I Modul penggerakI 3 batang kendal i
CompensatedIoization Chamber
Fission Chamber
FluksNeutron
Gambar 4: Diagram blok sistem kendali daya reaktor riset "Kartini"
Fasilitas standard sistem kendali start-up dan daya tetap yang telah menjalani
masa pakai 10 tahun (sejak 1994) mempergunakan algoritma kendali
gabungan on-off controller dengan Proportional derivative untuk start-up dan
Proportional-Integral-derivative untuk kendali daya tetap. Kedua algoritma
diuji-coba di reaktor 'Kartini' sejak 1994 hingga sekarang dengan unjuk kerja
kendali sbb.: Jangka waktu start-up (mulai batang kendali safety naik sid
reaktor dalam keadaan kritis) = ±10 menit, Rise-time = 3,7 menit, Overshoot
= <5%, Settling-time = 4 menit.
(3) Sistem Informasi Proses:
Sistem ini mempunyai struktur terdistribusi (Distributed Control System
DeS) yang terdiri dari komputer akuisisi parameter proses, komputer akuisisi
parameter keselamatan & kendali daya, analisator vibrasi dan trouble shooting
expert system sebagai embedded controllers yang dikoordinasi oleh sebuah
komputer sistem informasi proses yang terhubung dengan jaringan komputer
P3TM BAT AN.
58
RS-485 bus
Ethernet blls(?*~
K ,tfiiiiI S· ,~A-Ai-~omp~ lstem ~,'t~Y"~Inf()rn\~~roses ,~
i·-·· .1-···"1 L -1 1.. - ,1 ] - 1
I Komputer i Analisator i Komputer I! Trouble shootingi akuisisi ! Vibrasi (FFT & ! akuisisi & II expert system
]!EEE.488;;~-·" pattern recognition) ! kendal i !C·--··-··l···--··--··
ir:DV·Mi6t~················-1·---r;~ SIK
Y i ! Np·IOOO I
- MUX -.--. Pompa. 1·1~1[. ....._J pondmgm I
t ttt Plimer I Modul penggerakSuhu bahan bakar 3 batang kendaliSuhll inlet pondingin prim or
Suhu outJct pcndingin primer
Dobit pOlldillgill primorDebit pendingin sokunderPosisi ATR
Gambar 5: Diagram blok sistem informasi proses reaktor riset "Kartini"
Sistem ini memungkinkan pengembangan :
• Jaringan komputer untuk struktur Des sebagaimana jaringan pada industri
pada umumnya (tidak sarna dengan office LAN). Berdasarkan bandwidth
dan target level-nya, jaringan DeS terse but dibagi atas information
network, control network, danjieldbus network.
• Intelligent process information system untuk mewujudkan SIK yang
memposisikan operator sebagai pengamat, pengoptimasi dan manager
dalam keadaan daruratlkecelakaan.
• Intelligent local controller (bagian dari intelligent process information
system). Saat ini dikembangkan:
a) Analisator vibrasi lengkap dengan fasilitas pattern recognition
berbasis artificial neural network (ANN) yang menggunakan metoda
error backpropagation dalam proses pembelajarannya. Perangkat tsb
terkait dengan fasilitas untuk predictive maintenance bagi komponen
komponen reaktor.
b) Trouble shooting expert system untuk sistem instrumentasi dan
kendali.
• Teknik minimasi derau liar dengan filter digital pada intelligent local
controller. Saat ini dikembangkan aplikasi Finite Impulse Response (FIR)
59
dan 3 jenis Infinite Impulse Response (UR), y.i. Butterworth, Chebyshev
dan Elliptic.
(4) Sistem proteksi radiasi :
Sistem ini terdiri dari beberapa pengukur radiasi gamma lengkap dengan
alarm yang memungkinkan dihubungkan dengan embedded controller yang
dikoordinasi oleh komputer informasi proses.
Selain dengan cara pengukuran, upaya minimasi terhadap penerimaan radiasi
dari pekerja dilakukan pula dengan mempergunakan perangkat robotik. Oleh
karena itu saat ini dikembangkan pula perangkat robotik yang diawali dengan
rancang-bangun robotic arm untuk pemeriksaan tangki reaktor.
3. Kegiatan Untuk Mewujudkan Daya Saing Pasar
Instrumentation and Control (I&C) Development System dipergunakan sebagai
sarana untuk meraih inovasi pada setiap bagian SIK reaktor riset. Hasil yang telah
dicapai adalah sistem kendali start-up dan daya tetap, real-time simulator untuk
pengujian sistem kendali, sistem kendali robotic arm, analisator vibrasi l-sumbu clan
data acquisition system berbasisjaringan komputer.
Sistem kendali start-up dan dava tetap
Saat ini pengembangan sistem kendali start-up dan daya tetap ditekankan pada
algoritma kendali Fuzzy. Algoritma kendali start-up mempergunakan Fuzzy
controller dengan masukan fuzifikasi berupa posisi batang kendali dan perioda.
Sedangkan algoritma kendali daya tetap menerapkan Fuzzy controller dengan
masukan fuzifikasi daya linier dan perioda reaktor. Kedua algoritma telah diuji
coba di reaktor 'Kartini' dengan hasil sbb. : Jangka waktu start-up (mulai batang
kendali safety naik sid reaktor dalam keadaan kritis) = 115 detik, Rise-time = 100
detik , Overshoot = 3,5%, Settling-time = 280 detik
Untuk perbaikan unjuk kerja system kendali dengan algoritma FIIZ::;Y amlroller telah
dilakukan pengukuran noise floor dan ha17Jlonic di.rlorliol1 dari analog-Io-digital converter
60
(ADC), analisis shlbilitas (utk pengendalian TRIGA 2000 Bandung) dan tevlSl
tethadap bagian defuzifikasi.
Real-time simulator reaktor berbasis persamaan kinetika titik
Persamaan kinetika titik yang mengkorelasikan fluks neutron dengan reaktivitas
dan menggunakan besaran parameter fisika reaktor Kartini :
i~I(.~) ~ =;(" (.} - -_.i-:li"''''~ - (~\s} II..
s~ .• 4.603s~";' 5,366$4 -I- 1,776s.l 1-0,18355: -t 0,0055195 + 4,348,,10':
3,89\h: 100$$' •.O,(lU7179s~" O,0296s~ .,.O,02855s': +O,(){)623SsS + O.0003603~: .;-3,966~ -Q06s
Fungsi alih tetsebut dituliskan dalam real-time Simulink .. Dalam pemodelan real-time,
model dalam Simulink diubah terlebih dahulu dalam mode External. Masukan sistem
betasal dati blok Analog Input dati Real time Windows Tar;get . Blok tetsebut merupakan
getbang sinyal analog dati petangkat ketas Analog-to-Digital COntJerter(ADC) ke dalam
Simulink.
Keluatan sistem melalui blok Analog Output yang berpetan sebagai getbang sinyal
analog dati Simulink ke petangkat ketas Digital-to-Analog Converter (DAC). Dalam
penelitian digunakan petangkat ketas ADC-DAC add-on card PCL 711B dati
Advantech.
Berikut ditampilkan frequency response teoritis yang diperoleh dari MA TLAB
danfrequency response hasil pengukuran terhadap real-time simulator persamaan
kinetika :
61
· ..__ - ------1Diagram Bode FUflg$l Plndah
Rcaktor Sccara Roal Tlmo
I
Dia{](.m [Iodo Fungsi Pindah RoaktDrSacal'3 FIe.• 1 Time
"
Gambar 6a: Frequency response teoritis Gambar 6b: Frequency responsehasil pengukuran
~b:;il "Cf\9ukur~n "'lWaktOl I\~rtini don Real Tilnc
Simut::1Cr
::I~~-=---·_·_·~1~ r-------'::::------.".~----13 ------------
o )t) IW_.~----,-.....-.,~---_.•._-- ...__ ..
Gambar 6c: Hasil pengujian terhadap masukan reaktivitas yang diubah terhadapwaktu
Pengujian system kendali digital berbasis personal computer yang dilengkapi
ADC dan DAC dilakukan dengan actuator berupa stepper motor. Diagram blok
pengujian sbb. :
62
a...C
RNI 'Time $1n.ul;\1arR&.Ihnt TRIeu.
Gambar 7: Diagram blok pengujian sistem kendali dengan bantuan real-time
simulator
Sarana uii system kendali aras air steam generator
Gambar 8:Sistem kendali::!r~s~ir sIp-am
pZR
1------------,SIMULINK MODEL:II1
IIII,1
II,1
II1iI,I
Feedwater
control system DC motor,
poweramplifier.potensio
Dalam penelitian ini digunakan model pembangkit uap dengan fungsi alih yang
diturunkan oleh Irving (1979) berupa fungsi alih orde empat. Untuk daya penuh
(100%) didapatkan fungsi alih sbb.:
0.058 0.47 0.105s
G pla1ll (s) = -s - - -3-.4-s -+-1+ -s-2+-0-.0~-~6--99-3-s-+0.2896
Fungsi alih orde empat tersebut kemudian direduksi menjadi orde dua dengan
mengabaikan bagian terakhir dari fungsi alih orde empat, yang memiliki pengaruh
sangat kecil pada respon ketinggian aras air :
63
G (s) = 0.058 _ 0.47plant 3 4 1s . s+
Persamaan fungsi alih tersebut diimplementasikan dalam real-time simulink
MA TLAB sebagaimana pada real-time simulator untuk reaktor.
Diagram pengujian kendali digital berbasis DAP (Data Acquisition Processor)
dan aktuator berupa motor DC :
Set point Sistem
kendalidalamDAP
Gambar 9: Diagram blok pengujian sistem kendali dengan bantuan real-timesimulator
Sarana uji tersebut telah dipergunakan untuk mengembangkan sistem kendali
MPCS (Model Predictive Control System) berbasis DSP56001 Motorola untuk
pengendalian aras permukaan air dalam steam generator dengan masukan berupa
sinyal analog aras permukaan air steam generator dari keluaran DAC pada real
time simulator /3/. Keluaran kendali tersebut berupa sinyal analog utk DC motor
driver.
Sistem kendali robotic arm
Pengembangan robot pemegang ultrasonic transmitter & receiver untuk non
destructive test terhadap tangki reaktor direalisasi dalam dua kelompok :
1. pengembangan perangkat lunak kendali posisi dan end-effector trajectory.
2. rancang-bangun mekanik dan elektronik robot
Pengendalian posisi end-effector dari robotic arm menggunakan metoda forward
kinematics yang menggunakan masukan berupa sudut setiap joint dan metoda
inverse kinematics yang menggunakan masukan berupa posisi end-effector dalam
koordinat Cartesian.
64
Pengembangan kendali end-effector trajectory diarahkan ke pengendalian pada
operational space trajectories (dengan penekanan pada position and orientation
trajectories). Namu sebagai langkah awal dikembangkan terlebih dahulu kendali
dengan basis joint space trajectories dengan gerakan point-to-point.
Pengembangan perangkat lunak kendali dilakukan dengan bantuan robotic arm
CS-311 yang dapat digerakan dengan 5 derajat kebebasan.
Algoritma kendali Fuzzy untuk mengendalikan sudut joint telah pula
dikembangkan dan diuji cob a pada obyek kendali stepper motor 14/.
Man-Machine Interface) terhadap sistem penampil safetv related varameter
Dengan basis sistem akuisisi dan penampil safety related parameter pada
Instrumentation and Control (I&C) Development System telah dikembangkan
sistem akuisisi dan penampil safety related parameter untuk reaktor TRIGA 2000
Bandung .
4. Sertifikasi
Salah satu faktor penting agar sebuah produk dapat menembus pasar nasional
maupun intemasional adalah sertifikasi yang menunjukkan kelayakan operasional
dan keselamatan. Terlebih lagi pada para 3.01 dari Code of Design on the Safety
of Nuclear Power Plants (IAEA Safety Series no. 50-C-D) disebutkan bahwa
untuk sistem yang berperan penting bagi keselamatan diperlukan suatu proses
pengembangan yang terstruktur untuk menjamin bahwa design requirements
diidentifikasi, dirancang, diimplementasikan secara benar, dan menunjukkan
fungsi sebagaimana yang direncanakan/diperlukan.
Oleh karena itu hasil pengembangan system instrumentasi dan kendali reactor
harus memperoleh sertifikasi dari lembaga sertifikasi tingkat nasional maupun
intemasional. Dalam rangka persiapan sertifikasi tersebut, penerapan program
jaminan kualitas dilakukan pada semua kegiatan dengan tujuan Ill:
1. verifikasi kelayakan rancangan dari sistem keselamatan
65
2. menjamin bahwa sistem keselamatan sesuai dengan semua standard yang
dipergunakan dan design requirements.
Pada tahap pertama, direncanakan pengajuan sertifikasi untuk sistem kendali start
up dan daya tetap. Oleh karena itu perlu dilakukan review internal terhadap
prototype versi 1 dan 2, dilanjutkan review oleh International Atomic Energy
Agency (IAEA).
5. Spin-Off
Sarana uli untuk sistem kendali evaporator
Simulator ini berbasis real-time Real time Windows Tm;get dari MATLAB dengan ADC
dan DAC add-on card PCL-711 sebagai antar-muka dengan sistem kendali yang
sesungguhnya. Persamaan untuk Separator Level, evaporator, Heater Steam Jacket dan
Condenser diwujudkan dalam real-time simulink MATLAB sebagaimana pada real-time
simulator untuk reaktor .
~-a;-OlingVate-r
F200, T200
~am PIOO
FtOO ¢ TIOO
E lI.apor ator
Conde-nsat
Gambar 10: Evaporatoryang dimodelkan secara real-time
Computer based truck-scale
Jembatan timbang dilengkapi dengan load-cell berbasis ADC dan
microprocessor. Data dari load cell dikirim secara serial ke komputer penimbang
yang dilengkapi dengan perangkat lunak basis data penimbangan. Komputer
tersebut berhubungan melalui jaringan komputer dengan komputer di keuangan
yang dilengkapi dengan basis data pembayaran. Contoh realisasi di pabrik tapioka
66
Komputer di Ruang
Bagian Keuangan
dan glukosa Wonogiri atas kerjasama dengan PT AKML. Teknologi yang
dipergunakan dalam sistem ini adalah signal conditioning untuk sinyal DC dari
sensor piezoelectric, Microprocessor system yang dilengkapi Analog-to-Digital
Convertion dan serial I/O dengan standard bus RS-485, teknik akuisisi data
digital dengan menggunakanpersonal computer, dan distributed data base.
PC based truck scale:
Komputer di Ruang
Petugas Penimbang
~~~ =
.~J ..'" Ethernet bus l
Gambar 11: Computer truck scale yang diinstalasi di pabrik tapioka dan glukosaWonogiri
Kendali suhu pengecoran logam
Burner dikendalikan oleh motorized valve untuk mencapai suhu pengecoran yang
stabil pada nilai tertentu. Motorized valve digerakkan oleh motor DC dan kendali
digital dengan umpan balik dari pengukuran suhu dengan sensor thermocouple
atau pyrometer.
BurnerTungkuPengecoran
thermocouple
Gambar 12: Spin-offuntuk pengendalian suhu pada tungku pengecoran
67
Teknologi yang dipergunakan adalah signal conditioning untuk sinyal dari sensor
thermocouple atau pyrometer, microcontroller system atau personal computer
yang dilengkapi dengan ADC, DAC dan stepper motor driver, serta antar-muka
jaringan komputer atau serial I/O dengan standard bus RS-485, digital filtering,
anti-aliasing filtering, digital PID atau Fuzzy Controller, penampilan dalam
bentuk numeric dan trend curve.
Sistem kendali pneumatic
Sistem kendali dengan digital I/O untuk menggerakkan selenoid valve dan
memantau posisi obyek yang ditransmisikan oleh sistem pneumatic dengan sensor
optik atau microswitch. Contoh realisasi adalah sistem transfer sample untuk
Neutron Activation Analysis di reaktor Kartini sebagai hasil bimbingan teknologi
SIK kepada PT AKML. Teknologi yang dipergunakan adalah personal computer
yang dilengkapi digital input dengan optical isolation dan digital output dengan
aktuator semiconductor relay untuk selenoid valve serta penampilan diagram alir
proses.
DSP based Electro Cardio Graph
Alat perekam sinyal PQRST berbasis digital signal processor DSP56001 dengan
fasilitas pattern recognition dalam domain frekuensi. DSP5600 1 menghitung FFT
untuk mengubah sinyal dalam domain waktu ke domain frekuensi, sedangkan
pattern recognition menggunakan Back Propagation articial neural network. Alat
ini dapat diintegrasikan dengan jaringan komputer sehingga dapat dipergunakan
untuk pemantauan sejumlah pasien dari sebuah komputer sistem informasi pasien.
Perangkat ini menggunakan teknologi signal processing dan sistem akuisisi
berbasis personal computer dan Digital Signal Processor.
Pep-empaan kemampuan mechanical workshop di masyarakat
Pembuatan perangkat yang diperlukan dalam pengendalian proses nuklir dan
robotik oleh mechanical workshop milik usaha kecil menengah (UKM) dan
lembaga pendidikan ketrampilan atas dasar rancangan dan supervisi dari P2PN
BAT AN.
68
Pembuatan panel diagram alir proses
Panel berupa susunan modul-modul plat dari bahan Alumunium sebagai front
panel sehingga mudah untuk rekonfigurasi diagram alir proses.
Gambar 13: Contoh panel diagram alir yang dibuat bersama perguruan tinggi dengantitik-berat pendidikan ketrampilan
Pembuatan control rod drive mechanism
Permasalahan pada pembuatan control rod drive mechanism meliputi pembuatan
rack gear, cylindrical gear, konstruksi untuk menggabungkan motor yang telah
dilengkapi reduction gear, ten-turn potentiometer, cylindrical gear dan rack gear.
6. Kesimpulan
Mengingat tugas pengembangan educational, technological & industrial
infrastructure yang diemban oleh pemerintah antara lain lembaga riset, hasil
penguasaan dan pengembangan Sistem Instrumentasi dan Kendali (SIK) untuk
reaktor riset, yang merepresentasikan safety critical processes, serta hasil upaya
mewujudkan sarana pengembangan dan pengujian sistem kendali terdistribusi
(Distributed Control System - DCS) untuk SIK reaktor daya yang terdiri dari
prototipe emulator sistem kendali terdistribusi yang digabung dengan real-time
simulator untuk Pressurized Water Reactor (PWR) perlu lebih memperhatikan
pemanfaatanjangka pendek yang lebih menyentuh masyarakat dalam wujud spin
off seiring dengan pemanfaatan jangka pendek yang ditujukan kepada reaktor riset
yang telah ada di Indonesia.
69
Pemanfaatan spin-off tersebut sebaiknya diutamakan bagi industri kecil dan
menengah dengan pertimbangan bahwa posisi finansial industri kecil dan
menengah terutama dalam konteks investasi untuk pencarian daya saing melalui
penelitian dan pengembangan serta peran mereka dalam fondasi perekonomian
nasional.
Karena ada kesamaan dalam hal teknologi yang dipergunakan serta mengingat
syarat proven technology bagi perangkat nuklir, bagi BAT AN akan diperoleh
keuntungan jangka pendek berupa bukti uji unjuk kerja dan keandalan bagi
teknologi yang akan diterapkan dalam reaktor nuklir atau safety critical processes
lainnya.
Acuan
11/ Widi Setiawan, "Usulan Program Kegiatan Tahun 2005 Pengembangan
Teknologi dan Rekayasa Sistem Instrumentasi dan Kendali untuk reaktor
Riset", 23 Maret 2004, Forum Peer Group BAT AN.
/2/ Widi Setiawan, "Usulan Program Kegiatan Tahun 2005 Rancang-bangun
sarana pengembangan dan pengujian system kendali terdistribusi dengan
obyek kendali real-time simulator untuk pressurized water reactor", 23 Maret
2004, Forum Peer Group BAT AN.
/3/ Wiku Lulus Widodo, Widi Setiawan, BaIza Achmad, "Rancang bangun Sistem
Kendali Prediktif Model (Model based Predictive Controller - MPC) berbasis
DSP56001 Motorola - diimplementasikan sebagai pengendali ketinggian
permukaan air pada pembangkit uap PLTN tipe PWR), 12 Juli 2004, Seminar
Pengembangan Instrumentasi & Kendali Nuklir 2004.
/4/ Meilana, Adi Susanto, Widi Setiawan, "Rancang bangun Kendali Fuzzy
Dengan Aktuator Motor Stepper (tahap awal sistem kendali posisi target
iradiasi tiga sumbu), 12 Juli 2004, Seminar Pengembangan Instrumentasi &Kendali Nuklir 2004.
70
Garis besar perjalanan penelitian dan pengembangan SIK untuk prosesnuklir di BAT AN sejak 1994
Thn. Kegiatan Hasil
anggaran 1994/1995~Penguasaan rekayasa overall ~SIK berbasis personal komputer
system
dan berstruktur terdistribusi
~Pengembangan kendali daya yang saat ini dipergunakan
dan start-up automatissebagai Instrumentation and
Control (I&C) DevelopmentSystem di reaktor "Kartini".~Sistem Kcndali nucleonic
(nucleonic control system)untuk pengendalian dayareaktor pada keadaan start-updan daya tetap (denganalgoritma gabungan directcontrol dan PO untuk start-upserta algoritma PID untuk dayatetap).1995/1996~Pengembangan maintenance ~Analisator vibrasi berbasis
expert svstem yang terdiri daripersonal computer sebagai
fasiiitas untuk predictivebagian dari fasilitas predictive
maintenance, preventive
maintenance.maintenance dan trouble shootin~.1996/1997
~Pengembangan analisator ~Analisator vibrasi (real-time)vibrasi dilanjutkan dengan basis
berbasis DSP5600 I Motorola
Digital Signal Processordengan I-axis accelerometer
DSP56001 Motorola.~Simulator analitis untuk reaktor
~Pengembangan metoda simulasi Kartini (dengan sistem operasi
proses untuk optimasiDOS pada Personal Computer)
parameter kendali : simulator teras reaktor Kartini berbasiskinetika titik dengan umpanbalik suhu. Suhu dihitung daritluks neutron dan distribusitluks untuk reaktor homogen.1997/1998~Pengembangan Sistem Kendali ~Kendali daya dan start-up
nucleonic (nucleonic controlautomatis dengan algoritma
system) dengan algoritma Fuzzyfuzzy controller.
Controller (diterapkan pada
~Perangkat lunak data-basekasus pengendal ian daya
pengkabelan lengkap denganreaktor pada keadaan start-up
fasilitas searching dengan datadan daya tetap)
entry melalui bar-code.~
Upaya mewujudkan fasilitastrouble shooting dimulai daripengembangan perangkat lunakdata-base lengkap denganfasilitas searching dengan dataentry melalui bar-code.
71
Thn. ~Kegiatan ~Hasil
anggaran 1998/1999~Revisi perangkat keras maupun~Embedded acquisition system
perangkat lunak SIK dengan
dengan Analog-to-Digitalsasaran berupa kesiapan untuk
Converter berupa add-on cardsertifikasi.
dan Digital Multimeter yangdikendalikan melalui IEEE-488bus.~
Sentralisasi pengkabelandengan menerapkan rakterminal.1999/2000
~Pengujian lapangan analisator ~Dipero1eh hasil uji cobavibrasi
analisator vibrasi pada kasus~
Pengembangan trouble karakterisasi redaman fondasi
shooting expert system.terhadap gempa bumi dan
vibrasi pompa pendingin kalangprimer (primary loop) reaktor.~Trouble shooting expert system
berbasis fault-tree untuk catudaya AC/DC dari I&CDevelopment System2000~Pengembangan fasilitas ~Data vibrasi sensor laju alir
predictive maintenance y.i.pada kalang primer dan
perangkat untuk identifikasi
sekunder.
sistem reaktor (primary loop dan secondary loop) terutamauntuk early fault detection(analisator vibrasi diuji-cobapada kasus karakterisasi vibrasikomponen lain y.i. sensor lajualir).2001
~Studi eksperimental terhadap ~Perangkat lunak 3 jenis filtermasalah rancang-bangun 3 jenis
IIR (Infinite Impulse Response)filter IIR (Infinite Impulse
: Butterworth, Chebyshev danResponse) : Butterworth,
Elliptic dengan Digital SignalChebyshev dan Elliptic dengan
Processor (DSP5600 IDigital Signal Processor
Motorola) sebagai hardware(DSP5600 1 Motorola) sebagai
platform. Upper Cut-Offhardware platform.
frequency = 5 Hz.~
Pengembangan trouble ~Trouble shooting expert systemshooting expert system untuk
untuk catu daya AC/DC daricatu daya AC/DC dari I&C
I&C Development SystemDevelopment System
berbasis back-propagationdilanjutkan dengan basis
artificial neural networkartificial neural network
dengan struktur 16-10-1.~
Peningkatan kandungan loka1, ~Modul percobaan embeddedterutama perangkat keras
controller berbasis algoritmaembedded controller pada
Fuzzy controller pad a hardwareprocess level.
platform berupamicrocontroller 8031 dari Intel(d iterapkan untuk kasus
72
Thn.anggaran
2002
2003
~ Kegiatan
~
~ Pengembangan metodaoptimasi kendali Fuzzv yangmengarah ke penurunan fuzzyrule dan membershio functionsecara heuristic.
~ Pengembangan bagian akuisisidari sistem pembatas denganteknik real-time programmingpada real-time operating systemOS-9 dan VME-bus computerVM62 sebagai hardwareplatform.
~ Pengembangan sistem kendalimanual reaktor TRIGA2000
(kerma P2PN dan P3TkN)~ Rancang-bangun sistem akuisisi
dan MMI (Man-MachineInterface) untuk sistempenampil safety relatedparameter reaktor TRIGA2000Bandung (kerma P2PN, P3TM,P3TkN)
~ Pengembangan metoda simulasiproses untuk optimasiparameter kendali difokuskanpad a pengembangan simulatorproses dalam keadaan start-uoberbasis artificial neuralnetwork
~ Pengembangan sarana ujisystem kendali steam generatorserta saran a uji system kendalifluks neutron pada reaktor daya(tahap I)
~ Hasil
~ pengendalian daya reaktor)~ Rancangan algoritma neuro
fuzzy untuk penurunanfuzzyrule dan membership functionsecara heuristic.
~ Perangkat lunak untuk akuisisisinyal analog dengan real-timeoperating system OS-9 danVME- bus computer VM62sebagai hardware platform.
~ Sistem kendali manual reaktorTRIGA2000
~ Sistem akuisisi dan MMI (ManMachine Interface) lIntuksistem penampil safety relatedparameter reaktor TRIGA2000Bandung
~ Simulator reaktor "Kartini"
dalam keadaan start-up (subkritis) dan kritis berbasisartificial neural network.
~ Steam generator real-timesimulator berbasis modelsimulink utk transfer function
dari steam generator yangdiabaikan bagian orde 3 nya.Transfer function ygdipergunakan mengandllngbagian integral, non-minimumphase system dan orde 1
~ Sistem kendali PID digital danSistem kendali MPCS (ModelPredictive Control System)untuk pengendalian araspermukaan air dalam steamgenerator dengan masukanberupa sinyal analog araspermukaan air steam generatordari keluaran DAC pada realtime simulator. Keluaran
kendali tersebut berupa sinyalanalog utk DC motor driver.
~ Embedded controller untukreactor control rod drivesystem
73