PENGEMBANGAN SIK UNTUK SAFETY CRITICAL PROCESSES DAN SPIN-OFF-NYA UNTUK INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH

(1)

PENGEMBANGAN

SIK UNTUK

SAFETY CRITICAL

PROCESSES

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 dan Kendali (SIK) untuk reaktor riset, yang merepresentasikan safety critical processes, dengan sasaran terwujudnya sebuah sistem yang mendudukkan operator sebagai pengamat, pengoptimasi dan manager pad a saat adanya gangguan/kecelakaan. Dalam upaya tersebut dilakukan pembagian atas dua lingkup permasalahan. Pertama masalah penempaan kemampuan rancang-bangunlrekayasa SIK (overall system) yang memenuhi standard nuklir. Kedua adalah masalah upaya inovasi pada setiap bagian SIK untuk mewujudkan daya saing pasar melalui keunggulan produk dalam bentuk integrasi teknologi dan peningkatan kandungan lokal . Sejak tahun 2003 BAT AN telah pula mulai mewujudkan saran a 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). Pemanfaatan jangka pendek penelitian dan pengembangan Sistem Instrumentasi dan Kendali di BA TAN ditujukan baik untuk reaktor riset yang telah ada di Indonesia maupun untuk masyarakat dalam wujud spin-off. Mengingat tugas pengembangan educational, technological & industrial infrastructure yang diemban oleh pemerintah an tara lain lembaga riset, dalam makalah ini dilaporkan kegiatan penelitian dan pengembangan dalam lingkup SIK safety critical processes yang dilakukan BA TAN bersama perguruan tinggi, serta kemungkinan untuk memperluas spin-off litbang tersebut bagi industri kecil dan menengah serta rumah 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

(2)

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 PL TN, 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 BA TAN, 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/.

(3)

Lingkup kegiatan Litbang SIK reaktor

I

• Pengemba~an untuk memperoleh

Penempaan kemampuan daya saing dan kemampuan Rancang Bangun Overall-System meningkatkan kandungan lokal

Peningkatan kandungan \okal instr. Ukur &Kendali Kualitas

Nuklir Pengembangan sistem

informasi proses

Pengembangan sistem operasi Multi-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 PL TN 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

(4)

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 Memenuhi

Standard 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

Daya reaktor 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

1

IReaktor _, __ , L.§~~~en.mental_, _- _--.- _.._-

--'

!

Permintaanl Eksperimental

J

! I .

Daya" .

r-~---·L_.--Sistem Kendali

h

Reaktor

I

Eksperimental l."Kartini" I

Gambar 2: Diagram blok Instrumentation and Control (I&C) Development System dengan obyek kendali reaktor "Kartini"

(5)

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 at au 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.

(6)

r---CONTROL --: SYSTEM --:CONTROLLER INPUTS -.

---

--.-.

: DRIVE

- - - -L_~~~~~:_

_.

CONTROL SYSTEM INTERLOCKS :

I I ~ I

i

MAGNETS

rnmLm

: DECISION : 'LOGIC UNITS :

/S~:J==~=~

OTHER ..., OTHER

SUBSYSTEMS: 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.

(7)

Komputer akuisisi

&

kendali

rJ

~~_~oq_

NM=i-o-o6--j .__.._._-_..._---_._~ I . IModul penggerak I3 batang kendal i Compensated Ioization Chamber Fission Chamber Fluks Neutron

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.

(8)

RS-485 bus

Ethernet blls (?*~

Komp~,tfiiiiI S·lstem ,~A-Ai-~~,'t~Y"

~Inf()rn\~~roses ,~

i·-··

.1-···"1

L

-1 1.. - ,1 ] - 1

IKomputer i Analisator i Komputer I!Trouble shooting

iakuisisi ! Vibrasi (FFT& ! akuisisi &IIexpert system

]!EEE.488;;~-·" pattern recognition) ! kendal i !

C·--··-··l···--··--··

ir:DV·Mi

6t~···

···-1·--

-r;~

SIK

Y

i!Np·IOOO I

- MUX -.--. Pompa.

1·1~1

[.

...

_J

pondmgm I

t

Suhu bahan bakar

ttt

Plimer IModul penggerak3 batang kendali Suhll inlet pondingin prim or

Suhu outJct pcndingin primer

Dobit pOlldillgill primor Debit pendingin sokunder Posisi 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)

(9)

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.rlorliol1dari analog-Io-digital converter

(10)

(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 blokAnalog Input dati Real time Windows Tar;get . Blok tetsebut merupakan getbang sinyal analog dati petangkat ketasAnalog-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

(11)

· ..__ - ---1

Diagram Bode FUflg$l Plndah

Rcaktor Sccara Roal Tlmo

I

Dia{](.m [Iodo Fungsi Pindah RoaktDr

Sacal'3 FIe.• 1 Time

"

Gambar 6a: Frequency response teoritis Gambar 6b: Frequency response hasil 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 terhadap waktu

Pengujian system kendali digital berbasis personal computer yang dilengkapi ADC dan DAC dilakukan dengan actuator berupa stepper motor. Diagram blok pengujian sbb. :

(12)

a

_...

C

RNI 'Time $1n.ul;\1ar R&.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~irsIp-am p Z R

1---,SIMULINK MODEL: I I 1 I I I I , 1 I I , 1 I I 1

i

I , I Feedwater control system -DC motor, power amplifier. 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 0.4 7 0.105s

Gpla1ll (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 :

(13)

G (s) = 0.058 _ 0.47

plant

s

3 4

. s+

1

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

kendali dalam DAP

Gambar 9: Diagram blok pengujian sistem kendali dengan bantuan real-time

simulator

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

(14)

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:

(15)

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;getdari 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;-Oling Vate-r F200, T200 ~am PIOO FtOO

¢

TIOO E lI.apor ator Conde-nsat

Gambar 10:Evaporatoryang dimodelkan secarareal-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

(16)

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 glukosa W onogiri

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.

Burner

Tungku Pengecoran

thermocouple

(17)

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.

(18)

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 dengan titik-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.

(19)

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.

(20)

Garis besar perjalanan penelitian dan pengembangan SIK untuk proses

nuklir 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 automatis

sebagai Instrumentation and Control (I&C) Development

System di reaktor "Kartini".

~

Sistem Kcndali nucleonic

(nucleonic control system)untuk pengendalian dayareaktor pada keadaan start-up dan daya tetap (denganalgoritma gabungan direct

control dan PO untuk start-upserta algoritma PID untuk daya tetap).

1995/1996

~

Pengembangan maintenance ~

Analisator vibrasi berbasis

expert svstem yang terdiri dari

personal computer sebagai

fasiiitas untuk predictive

bagian dari fasilitas predictive

maintenance, preventive

maintenance.

maintenance dan trouble1996/1997 _shootin~.

~

Pengembangan analisator ~

Analisator vibrasi (real-time) vibrasi dilanjutkan dengan basis

berbasis DSP5600 I Motorola Digital Signal Processor

dengan I-axis accelerometer DSP56001 Motorola.

~ Simulator analitis untuk reaktor ~

Pengembangan metoda simulasi Kartini (dengan sistem operasi proses untuk optimasi

DOS pada Personal Computer) parameter kendali : simulator1997/1998 teras reaktor Kartini berbasisbalik suhu. Suhu dihitung daritluks untuk reaktor homogen.kinetika titik dengan umpantluks neutron dan distribusi

~

Pengembangan Sistem Kendali~ Kendali daya dan start-up

nucleonic (nucleonic control

automatis dengan algoritma

system) dengan algoritma Fuzzy

fuzzy controller. Controller (diterapkan pad a

~ Perangkat lunak data-base kasus pengendal ian daya

pengkabelan lengkap dengan reaktor pad a keadaan start-up

fasilitas searching dengan data dan daya tetap)

entry melalui bar-code.

(21)

Thn.KegiatanHasil ~ ~

anggaran 1998/1999

~

Revisi perangkat keras maupun~ Embedded acquisition system perangkat lunak SIK dengan

dengan Analog-to-Digital sasaran berupa kesiapan untuk

Converter berupa add-on card sertifikasi.

dan Digital Multimeter yang dikendalikan melalui IEEE-488

bus. ~

Sentralisasi pengkabelan dengan menerapkan rak terminal.

1999/2000

~

Pengujian lapangan analisator ~ Dipero1eh hasil uji coba

vibrasi

analisator vibrasi pada kasus ~

Pengembangan trouble karakterisasi redaman fondasi

shooting expert system.

terhadap gempa bumi dan vibrasi pompa pendingin kalang

primer (primary loop) reaktor. ~

Trouble shooting expert system

berbasis fault-tree untuk catu daya AC/DC dari I&C

Development System

2000

~

Pengembangan fasilitas ~

Data vibrasi sensor laju alir

predictive maintenance y.i.

pada kalang primer dan perangkat untuk identifikasi

sekunder. sistem reaktor (primary loop2001 dan secondary loop) terutama(analisator vibrasi diuji-cobapada kasus karakterisasi vibrasialir).untuk early fault detectionkomponen lain y.i. sensor laju

~

Studi eksperimental terhadap ~ Perangkat lunak 3 jenis filter masalah rancang-bangun 3 jenis

IIR (Infinite Impulse Response) filter IIR (Infinite Impulse

: Butterworth, Chebyshev dan

Response) : Butterworth,

Elliptic dengan Digital Signal Chebyshev dan Elliptic dengan

Processor (DSP5600 I Digital Signal Processor

Motorola) sebagai hardware (DSP5600 1 Motorola) sebagai

platform. Upper Cut-Off hardware platform.

frequency = 5 Hz.

~ Pengembangan trouble

~

Trouble shooting expert system shooting expert system untuk

untuk catu daya AC/DC dari catu daya AC/DC dari I&C

I&C Development System

Development System

berbasis back-propagation dilanjutkan dengan basis

artificial neural network artificial neural network

dengan struktur 16-10-1.

~ Peningkatan kandungan loka1,

~ Modul percobaan embedded terutama perangkat keras

controller berbasis algoritma embedded controller pada

Fuzzy controller pad a hardware process level.

platform berupa

microcontroller 8031 dari Intel

(22)

Thn. anggaran 2002 2003 ~ Kegiatan ~ ~ Pengembangan metoda

optimasi kendali Fuzzv yang mengarah ke penurunan fuzzy

rule dan membershio function

secara heuristic.

~ Pengembangan bagian akuisisi dari sistem pembatas dengan teknik real-time programming pada real-time operating system OS-9 dan VME-bus computer VM62 sebagai hardware

platform.

~ Pengembangan sistem kendali manual reaktor TRIGA2000 (kerma P2PN dan P3 TkN) ~ Rancang-bangun sistem akuisisi

dan MMI (Man-Machine

Interface) untuk sistem

penampil safety related

parameter reaktor TRIGA2000

Bandung (kerma P2PN, P3TM, P3TkN)

~ Pengembangan metoda simulasi proses untuk optimasi

parameter kendali difokuskan pad a pengembangan simulator proses dalam keadaan start-uo berbasis artificial neural

network

~ Pengembangan sarana uji system kendali steam generator serta saran a uji system kendali fluks neutron pada reaktor daya (tahap I)

~ Hasil