RANCANGBANGUN SISTEM MONITORING KINERJA MOTOR POMPA PENDINGIN SEKUNDER REAKTOR KARTINI BERBASIS MIKROKONTROLER
Dany Hanifudin Arkan, Adi Abimanyu, Muhtadan
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Jalan Babarsari PO BOX 6101 Ykbb Yogyakarta 55181, [email protected], [email protected], [email protected].
ABSTRAK
Selama ini proses monitoring kondisi motor pompa pendingin sekunder Reaktor Kartini masih dilaksanakan secara konvensional. Pengembangan sistem monitoring secara konvensional menjadi otomatis merupakan salah satu langkah untuk meningkatkan kinerja, efisiensi, keselamatan serta menejemen perawatan peralatan. Penelitian ini mengusulkan pembuatan suatu sistem monitoring data tegangan tiap fasa, vibrasi, dan suhu pada motor pompa pendingin sekunder Reaktor Kartini serta waktu pengambilan data sehingga proses monitoring dapat dilakukan secara real-time. Data dibaca dari sensor dan dikirimkan menuju komputer menggunakan metode komunikasi serial RS-485 serta ditampilkan pada sebuah LCD 20x4 dengan kontroler berupa Arduino Mega 2560. Pengujian menunjukkan nilai error sensor tegangan sebesar 1,83 %. Error sensor suhu sebesar 0,64 %. Error sensor vibrasi sebesar 5,92 %.
Kata kunci : monitoring, tegangan, suhu, vibrasi, RS-485, Arduino Mega 2560.
ABSTRACT
Until now, process of monitoring the condition of Kartini Reactor secondary cooling pump motor is still implemented conventionally. Development of conventional monitoring system to be automatic is one step to improve performance, efficiency, safety and management of maintenance. This research is proposed to produce a monitoring system of each phase, vibration, and temperature data on the Kartini Reactor secondary cooling pump motor and data retrieval time so that the monitoring process can be done in real-time. The data is read from the sensors and transmitted to the computer using RS-485 serial communication method and displayed on a 20x4 LCD with an Arduino Mega 2560 controller. The test results shows voltage sensor error value of 1.83%. Temperature sensor error of 0.64%. Vibration sensor error of 5.92%.
Keyword : monitoring, voltage, temperature, vibration, RS-485, Arduino Mega 2560.
PENDAHULUAN
Reaktor nuklir adalah tempat untuk berlangsungnya reaksi nuklir yang terkendali. Reaksi nuklir yang berupa reaksi fisi, berlangsung di dalam teras reaktor. Pada reaksi ini dibebaskan energi yang sangat besar sehingga perlu pengamanan yang sangat ketat[1]. Di Indonesia terdapat beberapa reaktor nuklir yang sudah dibangun salah satunya adalah Reaktor Kartini yang ada di Pusat Sains dan Teknologi Akselerator – BATAN Yogyakarta.
Reaktor Kartini adalah reaktor penelitian yang dirancang oleh BATAN dengan daya 250 kW untuk penelitian, pelatihan dan pendidikan. Reaktor tersebut baru diizinkan untuk dioperasikan pada daya 100 kW. Reaktor Kartini merupakan reaktor Triga Mark II dengan kolam terbuka, berpendingin air ringan. Pada Reaktor Kartini terdapat komponen utama dan komponen pendukung agar reaktor dapat bekerja sebagaimana mestinya. Komponen-
komponen tersebut antara lain teras reaktor, moderator, batang kendali, sistem pendingin dan sistem pendukung lainnya. Pada Reaktor Kartini memiliki 2 macam sistem pendingin yaitu sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder.
Sistem pendingin primer mengalirkan air panas dari tangki reaktor menuju sistem penukar panas atau Heat Exchanger (HE) menggunakan pompa primer.
Di dalam HE, air panas dari tangki reaktor didinginkan menggunakan air pendingin sekunder pada sistem pendingin sekunder, selanjutnya panas dibuang ke lingkungan[2].
Dalam rangka mengupayakan peningkatan kinerja, efisiensi dan keselamatan serta manajemen perawatan pengoperasian sistem pompa pendingin sekunder Reaktor Kartini, maka diperlukan fasilitas sistem monitoring yang handal dan dapat memonitoring keadaan pompa secara terus menerus.
Salah satu langkah yang dapat diambil untuk mencapai kondisi tersebut adalah dilakukan
pengembangan fasilitas sistem monitoring motor pompa pendingin Reaktor Kartini secara real time.
Selama ini proses monitoring masih dilakukan secara konvensional oleh operator Reaktor Kartini melalui pengamatan secara langsung di lokasi. Hal ini dinilai kurang efektif dan efisien.
Sulistyo dkk., (2006). Dari Pusat Reaktor Serba Guna-BATAN, dalam penelitiannya yang berjudul Rancang bangun sistem monitoring motor pompa pada sistem pendingin primer dan sekunder RSG-GAS, mengembangkan sistem monitoring secara konvensional menjadi sistem monitoring berbasis mikrokontroler yang mampu memonitor kondisi motor pompa pendingin reaktor baik dalam kondisi operasi, tidak operasi maupun saat mengalami gangguan. Data hasil monitoring dikirim dari mikrokontroller menuju PC menggunakan sistem komunikasi RS232 sehingga kondisi motor pompa dapat dipantau melalui ruang kendali. Hasil data yang ditampilkan pada PC berupa nyala lampu indikator yang menyatakan bahwa motor dalam keadaan on, off atau terjadi gangguan. Kekurangan dari penelitian ini, sistem tidak dapat mengetahui parameter operasi pompa karena hanya berfokus pada status motor[3].
Marsudi dan Rochim (2012). Dari Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, dalam penelitiannya yang berjudul Pemasangan sistem monitor pada sistem bantu reaktor kartini.
Bertujuan untuk memonitoring parameter dari sistem bantu reaktor meliputi monitor daerah dek reaktor, ruang pneumatik, ruang pompa primer dan demineralizer, ruang pompa sekunder, ruang blower, dan daerah pintu masuk reaktor. Monitoring dilakukan dengan menggunakan kamera CCTV.
Hasil dari monitoring berupa video yang ditampilkan pada layar monitor ruang kendali menggunakan Digital Video Recorder (DVR). Kekurangan dari penelitan ini, data yang dihasilkan berupa gambar visual[4].
Budi Yanto Husodo dan Ridwan Effendi (2013). Dari Universitas Mercu Buana, dalam penelitiannya yang berjudul Perancangan sistem kontrol dan pengaman motor pompa air terhadap gangguan tegangan dan arus berbasis Arduino.
Bertujuan untuk mengontrol motor pengisi tandon air secara otomatis serta sistem pengamanan terhadap arus dan tegangan lebih. Hasil dari penelitian ini adalah pengisian air dapat dilakukan dengan otomatis menggunakan Arduino dan level sensor. Arus dan tegangan nominal diatur sebesar 1 A dan 220 V.
Kontaktor akan trip ketika arus sebesar 2 A (mengindikasikan arus lebih), kemudian untuk tegangan salah satu fasa 180 V kontaktor akan trip (mengindikasikan tegangan kurang) dan pada tegangan salah satu fasa 237 V kontaktor juga akan trip (mengindikasikan tegangan lebih)[5].
Supriyanto (2016). Dari Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN, dalam penelitiannya yang berjudul Rancang bangun sistem monitoring pendingin sekunder dan ventilasi reactor kartini berbasis labview. Bertujuan untuk mengembangkan sistem monitoring konvensional menjadi otomatis berbasis komputer. yang mampu memonitoring kondisi motor pompa pendingin sekunder dan pompa ventilasi reaktor kartini baik pada saat operasi, tidak operasi maupun terjadi gangguan. Dengan super PLC F2424 sebagai pengolah sinyal inputan berupa pembacaan status motor dan arus motor. Sistem komunikasi komputer dengan PLC menggunakan protocol Modbus TCP/IP melalui kabel UTP-RG45 dengan software labview sebagai Human Machine Interface (HMI) serta database MySQL sebagai media penyimpan data. Hasil dari penelitian ini didapatkan sebuah sistem monitoring yang mampu membaca status motor (on /off), arus motor dan alarm trip motor yang dapat diakses melalui perangkat PC yang ada di ruang kendali serta data hasil pembacaan dapat disimpan[6].
Penelitian ini mengusulkan pembuatan sistem monitoring menggunakan Arduino Mega 2560 dengan parameter yang dimonitor adalah tegangan tiap fasa, suhu dan vibrasi. Parameter tersebut ditampilkan pada LCD dan dikomunikasikan menggunakan RS-485 menuju ruang kendali Reaktor Kartini.
Sistem pendingin sekunder Reaktor Kartini Sistem pendingin sekunder berfungsi mengambil panas dari pendingin primer kemudian dibuang ke udara luar. Pembuangan atau pelepasan panas ke lingkungan dilakukan dengan cara menyinggungkan butiran-butiran air dengan udara secara berlawanan arah di dalam menara pendingin, sehingga air akan melepaskan panasnya ke udara secara difusi dan konveksi. Selanjutnya air yang sudah dingin dipompa kembali ke alat pendingin.
Temperatur pendingin sekunder masuk penukar panas ditetapkan sebesar maksimum 40°C[7].
Sistem monitoring
Sistem monitoring merupakan sebuah sistem yang mengumpulkan informasi atau data-data dari lapangan dan kemudian mengirimkan-nya menuju sebuah komputer pusat yang akan mengatur dan mengontrol data-data tersebut (Marshal, 2012). Ada dua elemen dalam aplikasi sistem monitoring, yaitu:
1. Proses/sistem yang akan dipantau dan dikontrol, bisa berupa power plant, sistem pengairan, jaringan komputer, sistem lampu trafik lalu-lintas atau apa saja.
2. Sebuah jaringan peralatan ‘cerdas’ dengan antarmuka ke sistem melalui sensor dan keluaran control[8].
Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah piranti mikrokontroler menggunakan ATMega2560. Modul ini memiliki 54 digital input atau output. Dimana 14 pin digunakan untuk PWM output dan 16 pin digunakan sebagai analog input, 4 pin UART, 16 MHz osilator Kristal, koneksi USB, power jack ICSP header, dan tombol reset. Modul ini memiliki segala yang dibutuhkan untuk memrogram mikrokontroler seperti kabel USB dan catu daya melalui adaptor atau baterai. Semua ini diberikan untuk mendukung pemakaian Arduino, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau listrik dengan adaptor dari AC ke DC atau baterai untuk memulai pemakaian.
Arduino Mega 2560 ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Arduino Mega 2560
METODE PENELITIAN Pembuatan Blok diagram sistem
Gambar 2. Blok diagram sistem
Dari Gambar 2. dapat diketahui bahwa modul akuisisi berada pada local panel atau berdekatan dengan alat yang akan dimonitoring.
Data-data hasil monitoring akan dikirimkan menuju komputer yang berada di ruang kendali melalui komunikasi serial RS-485
Komponen penyusun sistem meliputi Arduino Mega 2560 sebagai modul akuisisi atau komponen yang memberi instruksi pengambilan data, three phase voltage monitor sebagai sensor pembaca tegangan, sensor akselerometer sebagai pembaca vibrasi, sensor thermocouple sebagai pembaca suhu dan LCD sebagai penampil pada local kontroler.
Kemudian sistem juga dilengkapi dengan RTC sebagai penanda waktu pengambilan data dan komunikasi RS485 untuk mengirimkan data menuju ruang kendali.
Perencanaan perangkat keras
Gambar 3. Desain box panel
Box panel terbuat dengan bahan akrilik dengan ketebalan 5 mm yang berdimensi 30 cm
× 25 cm × 20 cm.
Komputer
Perencanaan program pada perangkat lunak Pembuatan program ini berfungsi untuk memberi instruksi-instruksi pada arduino agar dapat bekerja seperti apa yang diinginkan. Sistem akan membaca tiap sensor dan menampilkannya dalam sebuah LCD secara serial atau berurutan. Kemudian data-data yang sudah terbaca akan dikirimkan ke perangkat yang ada di ruang kendali melalui komunikasi serial RS-485. Ilustrasi yang lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 4. tentang diagram alir program.
Gambar 4. Diagram alir program Hasil pembuatan sistem monitoring
Berdasarkan hasil perencanaan awal, telah berhasil dibuat sebuah alat monitoring tegangan, suhu, dan vibrasi untuk Reaktor Kartini. Alat tersebut menampilkan parameter proses pada sebuah LCD 20x40 dan mampu mengkomunikasikan secara serial ke perangkat lain melalui RS 485. Alat monitoring sebagai hasil dari penelitian ini dapat dilihat seperti pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Gambar 5. Tampilan alat dari luar
Gambar 6. Tampilan bagian dalam alat Hasil pembacaan sensor thermocouple type k
Tabel 1. Hasil pembacaan sensor thermocouple type k
Pada Tabel 1 didapatkan error rata-rata pembacaan sensor 1 dan 2 secara berurutan sebesar 0,61 % dan 0,67 %. Dari nilai tersebut dapat dihitung nilai error rata-rata sensor sebesar 0,64 %.
Hasil pembacaan sensor tegangan
Tabel 2 hasil pembacaan sensor tegangan
Pada Tabel 2 didapatkan error rata-rata pembacaan sensor tegangan R, S, dan T secara berurutan adalah 1,74 %, 3,02 %, dan 0,82 %. Dari nilai tersebut dapat dihitung nilai error rata-rata sensor tegangan sebesar 1,83 %.
Hasil pembacaan sensor accelerometer
Tabel 3. Hasil pembacaan sensor accelerometer
Pada Tabel 3 didapatkan error rata-rata pembacaan sensor 1 dan 2 secara berurutan sebesar 8,30 % dan 3,55 %. Dari nilai tersebut dapat dihitung nilai error rata-rata sensor sebesar 5,92 %.
KESIMPULAN
Telah dihasilkan alat monitoring parameter kinerja motor pompa pendingin sekunder Reaktor Kartini, dengan parameter yang dimonitoring adalah tegangan tiap fasa, suhu, vibrasi. Parameter tersebut ditampilkan melalui LCD 20x40 serta dikomunikasikan secara serial menggunakan RS485.
Hasil pengujian yang telah dilaksanakan didapatkan nilai error rata-rata pembacaan sensor tegangan sebesar 1,83%. Nilai error rata-rata pembacaan sensor thermocouple type k sebesar 0,64%. Nilai error rata-rata pembacaan sensor accelerometer ADXL 335 adalah 5,92 %.
DAFTAR PUSTAKA
1. Priyantoro, D. Pengantar Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Sekolah Tinggi Teknlogi Nuklir, Yogyakarta., 2011.
2. PSTA. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Kartini. 2017.
3. Sulistyo, T., Cahyana, Kiswanto, Pujiarta, S.,.
Rancang Bangun Sistem Monitoring Motor Pompa Pada Sistem Pendingin Primer Dan Sekunder RSG-GAS. Seminar Nasional II SDM Teknologi Nuklir Yogyakarta 131–140.
2006.
4. Marsudi, Rochim,. Pemasangan Sistem Monitor Pada Sistem Bantu Reaktor Kartini.
Seminar Penelitian Dan Pengelolaan Perangkat Nuklir. 2012.
5. Budi Yanto Husodo, Ridwan effendi,.
Perancangan Sistem Kontrol Dan Pengaman Motor Pompa Air Terhadap Gangguan Tegangan Dan Arus Berbasis Arduino.
Jurnal Teknologi Elektro Univiversitas Mercu Buana 4. 2013.
6. Supriyanto, N.,. Rancang Bangun Sistem Monitoring Pendingin Sekunder dan Ventilasi Reaktor Kartini Berbasis LabVIEW. Tugas Akhir Diploma IV.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Yogyakarta. 2016.
7. PSTA,. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Kartini. 2017.
8. Marshal, C.,. Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Pada Rumah Cerdas.
Skripsi. Universitas Indonesia, Depok. 2012.
UCAPAN TERIMAKASIH
Terimaksih penulis ucapkan kepada :
1. Kedua orang tua yang selalu memberi dukungan dan semangat.
2. Bapak Adi Abimanyu selaku Pembimbing 1 dalam penulisan karya ini.
3. Bapak Muhtadan selaku Pembimbing 2 dalam penulisan karya ini
TANYA JAWAB Pertanyaan
1. Yang dimaksud dengan pengukuran secara konvensional itu seperti apa?
2. Apakah data hasil monitoring dapat dikirimkan ke ruang kendali dan diolah?
3. Apakah pengukuran nilai error sudah dibandingkan dengan alat yang terkalibrasi?
Jawaban
1. Pengukuran secara konvensional dilakukan oleh petugas operasi reaktor dengan dating langsung ke plant dan mencatat hasil pengukuran secara manual.
2. Ya, data yang dimonitoring dapat dikirim dan diolah sebagai sebuah sistem informasi.
3. Sudah, Alat standart yang digunakan sudah terkalibrasi.
