i
PROPOSAL TUGAS AKHIR
REVITALISASI SISTEM AKUISISI DATA
REAKTOR KARTINI UNTUK MENUNJANG
NTC DAN IRL
Proposal Tugas Akhir D-IV
Program Studi Elektronika Instrumentasi
Jurusan Teknofisika Nuklir
DIAJUKAN OLEH
MUHAMMAD SEPTYAWAN AULIA
NIM 021300359
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR
BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL
YOGYAKARTA
2016
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PROPOSAL TUGAS AKHIR
REVITALISASI SISTEM AKUISISI DATA
REAKTOR KARTINI UNTUK MENUNJANG
NTC DAN IRL
Diajukan oleh:
MUHAMMAD SEPTYAWAN AULIA NIM 021300359
Program Studi Elektronika Instrumentasi Jurusan Teknofisika Nuklir
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir Nasional Telah disetujui pada tanggal 03 Januari 2017, oleh:
Pembimbing I
Adi Abimanyu, S.ST.M.Eng NIP 19820930 200901 1 002
Pembimbing II
Ir.Djiwo Harsono, M.Eng NIP 19590202 198512 1 001 Mengetahui
Ketua Jurusan Teknofisika Nuklir
Dr. Muhtadan, M.Eng NIP 19830301 200604 1 004
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... iv DAFTAR TABEL ... v BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 4 1.3 Batasan Masalah ... 4 1.4 Keaslian Penelitian ... 4 1.5 Tujuan Penelitian ... 6 1.6 Manfaat Penelitian ... 6 1.7 Tinjauan Pustaka ... 6 1.8 Landasan Teori ... 8
1.8.1 Sistem Akuisisi Data ... 8
1.8.2 Nuclear Training Center (NTC) ... 9
1.8.3 Internet Reactor Laboratory (IRL) ... 10
1.8.4 Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) .... 11
1.8.5 Komunikasi Serial RS-232 dan RS-485 ... 12
1.8.6 Format Pengiriman Data Parameter Proses Reaktor Kartini ... 13
1.8.7 MySQL Server ... 13
1.8.8 Isolated Converter ... 14
1.8.9 CompactRIO-9076 ... 15
1.8.10 Analog Input Module NI 9205 ... 15
1.8.11 LabVIEW 2015 ... 16
1.9 Hipotesis ... 18
BAB II RENCANA TUGAS AKHIR ... 19
2.1 Tempat dan Waktu ... 19
2.2 Bahan ... 19 2.3 Alat ... 19 2.4 Rencana Penelitian ... 20 2.4.1 Studi Pustaka ... 20 2.4.2 Identifikasi Masalah ... 21 2.4.3 Perancangan Sistem ... 21
2.4.4 Pengujian dan Analisis Hasil Penelitian ... 27
2.4.5 Penulisan Laporan ... 30
2.5 Jadwal Penelitian ... 31
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Sistem instrumentasi dan kendali reaktor Kartini ... 2
Gambar 1. 2 Blok diagram sistem akuisis data ... 8
Gambar 1. 3 Jaringan komputer NTC (Abimanyu et al., 2016) ... 9
Gambar 1. 4 Jaringan sistem IRL(Tigliole and Vyshniauskas, 2016) ... 10
Gambar 1. 5 Lapisan protokol TCP/IP ... 12
Gambar 1. 6 Format data parameter proses yang dikirim ... 13
Gambar 1. 7 IC Sunyuan 4-20MA-O ... 14
Gambar 1. 8 cRIO-9076 ... 15
Gambar 1. 9 NI 9205 ... 16
Gambar 1. 10 Blok diagram rangkaian NI 9205 ... 16
Gambar 1. 11 Front Panel ... 17
Gambar 1. 12 Blok Diagram ... 18
Gambar 2. 1 Diagram Alir Penelitian ... 20
Gambar 2. 2 Rancangan blok diagram sistem akuisisi data reaktor Kartini ... 21
Gambar 2. 3 Diagram alir tahapan perancangan sistem ... 22
Gambar 2. 4 Blok diagram sistem akuisisi komputer leher ... 23
Gambar 2. 5 Diagram alir program komputer leher ... 24
Gambar 2. 6 Diagram alir program komputer informasi ... 26
v
DAFTAR TABEL
1 1.1 Latar Belakang
Reaktor Kartini adalah reaktor penelitian yang dirancang oleh BATAN dengan daya 250 kW yang beroperasi pada daya 100 kW untuk tujuan penelitian, pelatihan dan pendidikan. Reaktor Kartini merupakan reaktor bertipe Triga Mark II dengan kolam terbuka, berpendingin air ringan. Pembangunan reaktor Kartini dimulai akhir tahun 1974, dan mencapai kondisi kritis untuk pertama kalinya pada 25 Januari 1979, diresmikan pada 1 Maret 1979 serta masih dioperasikan hingga dengan sekarang (Suhaemi et al., 2003).
Untuk memenuhi pendidikan dan pelatihan yang semakin modern, Reaktor Kartini akan dikembangkan sebagai Nuclear Training Center (NTC) yaitu lembaga pelatihan pada bidang nuklir menggunakan reaktor, bertujuan sebagai institusi pendidikan dan pelatihan personil pada bidang radiasi dan teknologi reaktor (Stanescu, 2016). Program NTC yang dapat diterapkan pada reaktor Kartini antara lain pelatihan kalibrasi daya, kalibrasi batang kendali, pengukuran fluks neutron dan pengukuran koefisien negatif temperatur.
Akuisisi data NTC reaktor Kartini adalah proses pengolahan data primer dan sekunder operasi reaktor Kartini secara realtime dan lossless yang disimpan pada database pada Komputer NTC (Abimanyu et al., 2016). Sistem akuisisi data reaktor Kartini saat ini berdasarkan SIK Reaktor Kartini digambarkan pada Gambar 1.1.
Gambar 1. 1 Sistem instrumentasi dan kendali reaktor Kartini
Komputer proses mengakuisisi data primer dengan antarmuka Advantech PCL-812PG pada ISA-BUS komputer industrial dengan sistem operasi DOS di ruang kendali utama (M.C, 2012). Data sekunder diakuisisi melalui komputer leher dengan antarmuka ISA-BUS Advantech PCL-848 dan multiplekser yang berada di bawah dek reaktor sebelah utara.
Kelemahan sistem saat ini, data parameter yang ada di komputer monitor untuk database NTC belum real-time karena komputer leher menggunakan multiplekser sehingga hanya ada satu data yang diakuisisi. Komputer monitor dan komputer leher memiliki spesifikasi non-industrial berbasis sistem operasi Windows yang rawan terjadi stack yang menimbulkan data loss.
Seiring perkembangan teknologi, lahir teknologi cRIO (Compact
Reconfigurable Input/Output) dari National Instruments. cRIO digunakan sebagai
sesuai kebutuhan (Sumalatha and Kumar, 2015). cRIO digunakan sebagai data akuisisi dan kontrol pada suatu sistem dengan menambahkan modul-modul sesuai kebutuhan. Salah satu tipe cRIO adalah NI cRIO-9076 Integrated 400Mhz
Real-Time controller dengan LX45 FPGA.
Revitalisasi menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia adalah proses atau cara untuk menghidupkan atau menggiatkan kembali sebuah sistem sehingga menjadi sumber terberdaya dan vital. Melalui penjelasan diatas, Revitalisasi sistem akuisisi data reaktor Kartini yang dapat dilakukan adalah dengan mengimplementasi cRIO-9076 dengan modul NI-9205 yang memiliki spesifikasi yang lebih handal yaitu memiliki kecepatan komputasi yang lebih tinggi dengan prosesor LX45 FPGA dan Realtime Controller sebagai pengganti komputer leher. Sehingga mampu meningkatkan efisiensi komunikasi komputer leher dengan penggunaan komunikasi TCP/IP. Komputer Informasi berbasis LabVIEW ditambahkan sebagai data concentrator untuk database NTC dan Penambahan Komputer NTC berbasis LabVIEW dengan database MySQL yang dapat dikoneksikan dengan internet menjadi Internet Reactor Laboratory (IRL).
Berdasarkan uraian diatas, perlu dilakukan penelitian mengenai rancang bangun akusisi data reaktor Kartini yang mendukung NTC dan IRL dengan implementasi cRIO dan LabVIEW yang dapat menjadi data kajian SIK reaktor Kartini guna diajukan ke Bapeten untuk peremajaan (upgrade) sistem akuisisi data pada reaktor Kartini dimasa mendatang.
1.2 Rumusan Masalah
Mengingat pentingnya sistem akuisisi data reaktor Kartini yang menunjang NTC dan IRL. Maka dapat dirumuskan suatu permasalahan:
1. Sistem akuisisi data reaktor Kartini saat ini masih belum realtime dan belum dapat digunakan untuk mendukung NTC dan IRL.
2. Belum tersedianya komputer Informasi yang sebagai data concentrator untuk database NTC dan IRL.
3. Belum tersedianya komputer Server yang menyimpan database parameter proses dan fisis reaktor Kartini.
Berdasarkan rumusan masalah diatas, dapat dilakukan revitasilasi dengan mengimplementasi cRIO-9076 sebagai sistem akuisisi komputer Leher, menambahkan komputer Informasi dan menambahkan komputer Server yang menyimpan database untuk NTC dan IRL.
1.3 Batasan Masalah
Penelitian sistem akuisisi data reaktor Kartini untuk NTC dibatasi pada: 1. Data yang disediakan untuk NTC dan IRL hanya sampai pada database
dan tidak sampai pada konten web.
2. Sistem akuisisi data komputer leher hanya menerima 10 sinyal input secara
real-time dari sensor yang terpasang pada reaktor.
1.4 Keaslian Penelitian
Telah banyak dilakukan penelitian terkait dengan sistem akuisisi data reaktor. Salah satunya ialah penelitian yang dilakukan oleh Zacarias (2005) berjudul Data Acquisition System for TRIGA Mark I Nuclear Reactor and
Proposal for Its Automatic Operation. Penelitian ini menggunakan PCLD-789
untuk akuisisi data dan menggunakan Advantech VisiDAQ sebagai HMI (Mesquita and Junior, 2005).
Pada tahun 2010, Fei Li dari Guangdong Nuclear Power Joint Venture Company meneliti sistem akuisisi Reaktor Neutrino Daya Bay untuk membangun sistem akuisisi data untuk penelitian anti-neutrino dari 3 reaktor terpisah menggunakan BESIII DAQ dan ATLAS TDAQ untuk tujuan interkoneksi reaktor dan bukan untuk pelatihan (Li et al., 2010).
Pada 2015, penelitian dengan judul RA-6 Online + IRL: an Effective
Collaboration between CNEA and IAEA fot the Development of Research Reactor Education Remote Tool (Tigliole and Vyshniauskas, 2016) meneliti mengenai
sistem IRL pada reaktor RA-6 milik Centro Atomico Bariloche di Bariloche, Argetina. Penelitian ini mengenai sistem data akuisisi data menggunakan cRIO dan NI Sharedvariable.
J.Ratac dengan judul New Data Acquisition System for Extended Education
and Training at VR-1 Reactor. Penelitian ini berbasis Experimental Studio untuk
membangun sistem akuisisi yang terkoneksi dalam bentuk database sebagai NTC (J.Rataj et al., 2016).
Abimanyu (2016) melakukan penelitian berjudul Pengembangan Sistem Data Akuisisi untuk mendukung NTC di Reaktor Kartini dengan akusisi data komputer leher menggunakan Advantech PCL-848 dan menggunakan software LabVIEW sebagai HMI dan pemproses data.
Perbedaan penelitian ini adalah implementasi cRIO-9076 sebagai Komputer Leher untuk mengakuisisi data sekunder reaktor Kartini berbasis simulasi kemudian dikirim ke komputer informasi kemudian menyimpan dalam bentuk database mySQL di komputer server NTC sehingga dapat diakses sebagai media pembelajaran dan latihan.
1.5 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah merevitalisasi sistem akuisisi data Reaktor Kartini yang menunjang NTC dan IRL secara realtime.
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan data kajian SIK yang dapat diajukan ke BAPETEN sebagai data kajian untuk pembaharuan (upgrade) SIK Reaktor Kartini.
2. Menyediakan sistem akuisisi data dan komputer server yang dapat dijadikan acuan pembaharuan saat implementasi NTC dan IRL pada Reaktor Kartini.
3. Menyediakan database untuk fasilitas penelitian dan pelatihan yang lebih modern baik secara on-site menggunakan NTC maupun aboard menggunakan IRL.
1.7 Tinjauan Pustaka
Zacarias (2009) telah melakukan penelitian mengenai sistem akuisisi data reaktor TRIGA IPR-R1 di Nuclear Technology Development Center di Belo Horizonte, Brazil. Penelitian ini mengenai penggantian sistem logbook dengan
pembacaan analog dengan sistem logbook digital. Sistem ini mengakuisisi semua parameter operasi reaktor menggunakan PCLD-789 dan menjadikan sistem berbasis PC dengan program Advantech VisiDAQ sebagai HMI.
Pada tahun 2010, Fei Li dari Guangdong Nuclear Power Joint Venture Company meneliti sistem akuisisi Reaktor Neutrino Daya Bay. Penelitian ini membangun suatu sistem akuisisi data yang memanfaatkan jaringan untuk interkoneksi dari 3 reaktor yang terpisah untuk meneliti mengenai anti-neutrino. Sistem akuisisi dibangun menggunakan BESIII DAQ dan ATLAS TDAQ yang menjembatani data ke jaringan.
Pada tahun 2015, Tigliole dan J. Vyshniauskas meneliti mengenai pemanfaatan IRL pada Reaktor RA-6 di Bariloche, Argentina sebagai media pembelajaran pada Jordania University, Jordania. Penggunakan cRIO dan NI Shared Variable memungkinkan data operasi reaktor dapat diolah dan diunggah ke internet sehingga dapat diunduh pada lokasi pembelajaran.
J.Ratac (2016) juga meneliti mengenai sistem akuisisi data pada reaktor VR-1 berbasis Experimental Studio pada Czech Technical University, Czech.
Experimental Studio digunakan sebagai HMI data proses operasi reaktor sehingga
dapat ditampilkan sebagai grafik dan lain sebagainya. Pemanfaatkan jaringan yang mengkoneksi server Experimental Studio, maka data dapat digunakan secara
multiuser.
Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Abimanyu (2016) yang meneliti tentang sistem akuisisi data reaktor Kartini untuk mendukung NTC. Penelitian ini
menggunakan software LabVIEW sebagai HMI dan pemprosesan data serta menggunakan MySQL sebagai database penyimpan data.
1.8 Landasan Teori
Untuk mendukung penelitian mengenai ini diperlukan pengetahuan mengenai sistem akuisisi data, Nuclear Training Center, Internet Reactor
Laboratory, cRIO-9076 dan LabVIEW 2015.
1.8.1 Sistem Akuisisi Data
Data Acquisition System (DAS) atau sistem akuisisi data adalah suatu
proses mengumpulkan informasi dari dunia nyata ke sistem digital. Sebagian besar ilmuwan, biasanya data yang diakuisisi akan dikumpulkan, disimpan dan dianalisis dengan Komputer (Austerlitz, 2003).
Secara actual, DAS berupa antarmuka antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Lingkungan analog ini meliputi sensor, transduser dan pengkondisian sinyal dengan segala kelengkapanya, sedangkan lingkungan digital meliputi Analog to Digital Converter (ADC) dan selanjutnya pemprosesan digital yang dilakukan oleh komputer atau mikroprosesor. Gambar 1.2 menunjukan blok diagram dari sistem akuisisi data.
Gambar 1. 2 Blok diagram sistem akuisis data
Sensor dan transduser berfungsi sebagai indera yang mengkonversi besaran fisis menjadi besaran analog. Sinyal analog yang dikeluarkan sensor
belum tentu dapat langsung diproses oleh ADC karena masih terlalu kecil atau masih memiliki noise, sehingga perlu ditambahkan pengkondisian sinyal yang berfungsi mengkondisikan sinyal dari sensor sehingga dapat dibaca dengan baik oleh ADC. Pengkondisi sinyal umumnya berisi rangkaian amplifier dan filter. ADC berfungsi mengubah besaran analog dari pengkondisi sinyal menjadi besaran digital.
1.8.2 Nuclear Training Center (NTC)
Nuclear Training Center (NTC) atau Pusat Pelatihan Nuklir adalah suatu
lembaga yang menawarkan program pelatihan pada bidang nuklir dan fisika terapan yang menggunakan sistem reaktor nuklir. NTC ditujukan untuk institusi pendidikan dan ilmuwan yang mengadakan penelitian dan pembelajaran dalam lingkup radiasi dan teknologi reaktor (Stanescu, 2016). Gambar 1.3 menunjukan jaringan komputer NTC.
Ada banyak pembelajaran yang ditawarkan oleh NTC antara lain kalibrasi batang kendali, Kalibrasi daya reaktor, pengukuran reaktifitas negative suhu dan lain sebagainya. Pelatihan ini dilakukan dengan menggunakan data yang diambil langsung dari operasi reaktor secara realtime. NTC memerlukan suatu sistem Akuisisi data yang reliable dan realtime.
1.8.3 Internet Reactor Laboratory (IRL)
Internet Reactor Laboratory (IRL) atau yang disebut dengan Laboratorium
reaktor berbasis internet adalah suatu bidang pemanfaatan reaktor nuklir untuk kepentingan pembelajaran dan penelitian dengan menggunakan internet (Tigliole and Vyshniauskas, 2016). Gambar 1.4 menunjukan jaringan sistem IRL.
Gambar 1. 4 Jaringan sistem IRL(Tigliole and Vyshniauskas, 2016)
IRL menggunakan komputer sebagai reaktor virtual yang terkoneksi dengan reaktor menggunakan internet. Sistem hardware dan software mengambil dan mengirim data melalui internet ke reaktor virtual untuk menampilkan control
panel reaktor secara realtime. IRL juga didukung dengan video conference dan
tenaga pengajar.
1.8.4 Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) adalah suatu
protokol komunikasi hirarki yang terdiri dari lapisan-lapisan (layers) interaktif yang berfungsi spesifik namun memiliki ketergantungan satu sama lain (Forouzan, 2010). Protokol ini terdiri dari protokol-protokol sehingga sering disebut dengan TCP/IP Suite.
TCP/IP dikembangkan pada akhir dekade 1970-an hingga awal 1980-an sebagai sebuah protokol standar untuk menghubungkan komputer-komputer dan jaringan untuk membentuk sebuah jaringan yang luas (WAN). TCP/IP merupakan sebuah standar jaringan terbuka yang bersifat independen terhadap mekanisme transport jaringan fisik yang digunakan, sehingga dapat digunakan di mana saja.
Lapisan yang terdapat dalam protokol TCP/IP adalah Datalink layer,
Internet layer, Transport layer dan Application layer. Pada setiap lapisan terdiri
dari berbagai aplikasi yang menyokong komunikasi. Gambar 1.5 menunjukan lapisan protokol TCP/IP dibanding dengan protokol sebelumnya yaitu OSI Layer
Gambar 1. 5 Lapisan protokol TCP/IP 1.8.5 Komunikasi Serial RS-232 dan RS-485
Komunikasi serial adalah proses komunikasi pengiriman data tiap bit dalam satu jalur dalam satu waktu. Komunikasi ini banyak digunakan untuk menjembatani komunikasi antar perangkat seperti PC dan Modem (Axelson, 2010).
Salah satu jenis komunikasi serial yang banyak yang digunakan adalah RS-232 yang merupakan standar komunikasi untuk PC, modem dan beberapa perangkat lain. Kecepatan transfer data yang mampu ditangani RS-232 adalah 20kbps atau lebih rendah dengan panjang kabel maksimal 15 meter. RS-232 merupakan single ended sehingga hanya ada 2 perangkat yang bisa terhubung.
Komunikasi serial lain yang banyak digunakan adalah RS-485, yaitu komunikasi jaringan berbasis Balanced Line half duplex. RS-485 dapat mengirim data dengan kecepatan mencapai 10Mbps dengan panjang kabel mencapai 1200 meter. Selain itu RS-485 dapat mengkoneksikan hingga 32 perangkat dalam 1 jaringan.
1.8.6 Format Pengiriman Data Parameter Proses Reaktor Kartini
Data parameter proses reaktor Kartini berupa data operasi reaktor yaitu daya linier dari NP-1000, daya logaritmik dari NLW-2, Periode, Posisi batang kendali pengatur, pengaman dan kompensasi, waktu dan parameter trip reaktor. Data ini dikirim dari komputer Proses melalui komunikasi RS-232 dengan
baudrate 115200. Data diawali dengan karakter # sebagai header dan data berupa
nilai tegangan pembacaan sensor (Abimanyu et al., 2016). Gambar 1.6 menunjukan format data parameter proses yang dikirim dari komputer proses.
Gambar 1. 6 Format data parameter proses yang dikirim 1.8.7 MySQL Server
MySQL merupakan sebuah software server berbasis database menggunakan SQL yang memiliki karakteristik yang cukup unik dan berbeda dengan beberapa sistem maajemen database yang lain. MySQL cukup fleksibel dan banyak digunakan dalam berbagai keperluan (Schwartz et al., 2012).
MySQL merupakan perangkat lunak gratis dibawah lisensi General Public
Licence (GPL) yang dikembangkan oleh Oracle (Sun, Sebelumnya MySQL AB).
MySQL memiliki banyak kelebihan antara lain gratis, multiplatform, mudah diintegrasi dengan bahasa pemprograman lain seperti PHP, .NET, Java, Phyton, mendukung ODBC Windows, memerlukan resource yang rendah. Namun
MySQL memiliki beberapa kekurangan antara lain kurang untuk aplikasi visual, cukup sulit dan lama untuk mendapatkan update.
1.8.8 Isolated Converter
Isolated Converter atau konverter terisolasi adalah sebuah rangkaian
elektronik yang berfungsi mengkonversi arus menjadi tegangan atau sebaliknya dengan dilengkapi sistem perlindungan sehingga aman terhadap pembebanan dan kelebihan tegangan atau arus. Dalam suatu Isolated Converter terdiri dari rangkaian pengkonversi sinyal arus, rangkaian pengkonversi daya, rangkaian pengurangan dan rangkaian buffer output. Isolated converter biasa digunakan sebagai signal conditioning dari sensor yang memiliki antarmuka berbeda dengan sistem akuisisi data yang digunakan pada PLC, Mikrokontroler, PC dan sebagainya.
Salah satu isolated converter arus ke tegangan yang umum dijumpai dipasaran adalah IC Sunyuan 4-20MA-O4 yaitu 2 wire isolated converter dari arus 4-20mA menjadi tegangan 0-5V. IC Sunyuan 4-20MA-O4 sudah dilengkapi
buffer output sehingga menghasilkan output yang stabil dan mampu mengisolasi
hingga 3KV antara input dan output. Gambar 1.7 menunjukan IC Sunyuan 4-20MA-O4
1.8.9 CompactRIO-9076
Compact Reconfigurable Input Output yang disingkat compactRIO atau
cRIO merupakan teknologi komputer industri yang dikembangkan oleh perusahaan National Instruments. cRIO digunakan sebagai data akuisisi dan kontrol pada suatu sistem dengan menambahkan modul-modul sesuai kebutuhan (Sumalatha and Kumar, 2015).
cRIO diproduksi dalam berbagai tipe sesuai kebutuhan. Salah satu jenis cRIO adalah cRIO-9076 yaitu jenis cRIO yang Low Cost Legacy dengan 4 slot modul. cRIO-9076 dilengkapi dengan Integrated 400Mhz Real-Time controller dengan LX45 FPGA. cRIO memiliki port komunikasi 10Base T dan 10BaseTX Ethernet (Anonim, 2014). cRIO-9076 ditunjukan pada Gambar 1.8.
Gambar 1. 8 cRIO-9076
cRIO memiliki kelebihan yaitu dapat dikonfigurasi secara menyeluruh dan dapat digunakan pada kecepatan akuisisi dan pemprosesan yang sangat tinggi sekali.
1.8.10 Analog Input Module NI 9205
NI 9205 adalah sebuah C Series Modul berupa analog voltage input
module analog to digital converter (ADC) yang dapat digunakan pada cRIO dan
diferensial dan 32 input single-ended yang bisa diprogram untuk mengukur input ±200mV, ±1V, ±5V dan ±10V dengan kemampuan 16bit ADC berkecepatan 250kS/s. Gambar 1.9 menunjukan NI 9205.
Gambar 1. 9 NI 9205
NI 9205 memiliki proteksi overvoltage hingga 1000Vrms,
Channel-to-earth ground double isolation barrier, noise immunity sehingga aman. Gambar
1.10 menunjukan blok diagram rangkaian didalam NI 9205.
Gambar 1. 10 Blok diagram rangkaian NI 9205 1.8.11 LabVIEW 2015
LabVIEW 2015 yang merupakan singkatan dari Laboratory Virtual
Instrument Engineering Workbench ini ialah software yang khusus digunakan
instrumentasi, serta otomasi industri. Software ini pertamakali dikembangkan oleh perusahaan National Instruments pada tahun 1986. Perangkat lunak ini dapat dijalankan pada sistem operasi Unix, Linux, Mac OS X dan Windows. Konsep dari LabVIEW 2015 ini berbeda dengan bahasa pemrograman lainnya yaitu C++, Matlab, atau Visual Basic, bahwa LabVIEW 2015 menggunakan bahasa pemrograman berbasis grafis atau blok diagram sementara bahasa pemrograman lainnya menggunakan basis text. Program LabVIEW 2015 biasa dikenal dengan sebutan VI atau Virtual Instruments, dikarenakan penampilan dan operasinya dapat meniru sebuah instrumen.
Pada LabVIEW 2015, secara global terdiri dari 2 bagian yaitu front panel dan blok diagram. Front panel merupakan wilayah kerja user untuk menyusun antarmuka menggunakan bagian-bagian yang biasa digunakan dalam instrumentasi dan kontrol seperti Graph, Chart, Button, Led dan sebagainya. Gambar 1.11 menunjukan front panel dari LabVIEW 2015.
Blok diagram adalah wilayah kerja user untuk membuat program, aliran data dan fungsi-fungsi yang akan ditampilkan pada front panel. Pada blok diagram terdapat design pattern atau pola pemprograman yang menggambarkan aliran data yang diproses. Ada beberapa design pattern antara lain Sequencial,
State Machine, Queued Message Handler dan sebagainya. Gambar 1.12
menunjukan blok diagram dari LabVIEW 2015.
Gambar 1. 12 Blok Diagram 1.9 Hipotesis
Berdasarkan tinjauan pustaka dan dasar teori maka dapat direvitalisasi suatu sistem akuisisi data di reaktor Kartini yang menunjang Nuclear Training
19 2.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di STTN-BATAN dan PSTA-BATAN Yogyakarta dan dilaksanakan dari Desember 2016 sampai Mei 2017.
2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi modul hardware cRIO-9076 dengan modul Analog Input NI 9205 sebagai komputer leher yang mengakuisisi data.
2.3 Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari: 1. Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah PC/Laptop dengan Processor Intel® Core™ i5-7200 CPU @ 3.16 Ghz. Komputer dengan spesifikasi industri untuk komputer Informasi yang berfungsi sebagi data concentrator dan komputer Server sebagi penyimpan database.
2. Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini adalah software LabVIEW 2015 yang dilengkapi NI Device Driver dan LabVIEW
Real-time sebagai sistem pemprograman data akuisisi dan software
2.4 Rencana Penelitian
Berikut adalah rencana penelitian dalam revitalisasi data akuisisi reaktor Kartini yang mendukung NTC dan IRL, yaitu: studi pustaka, identifikasi masalah, merancang bangun sistem, pengujian dan analisis hasil serta penulisan laporan. Gambar 2.1 merupakan diagram alir rencana jalannya penelitian yang akan dilakukan.
Gambar 2. 1 Diagram Alir Penelitian 2.4.1 Studi Pustaka
Studi pustaka merupakan pendalaman materi dan penyusunan dasar teori yang akan digunakan sebagai dasar pemahaman dalam penelitian revitalisasi sistem data akuisisi reaktor Kartini yang mendukung NTC dan IRL. Proses ini dilakukan dengan mencari dan membaca buku, jurnal, prosiding dan naskah publikasi terkait penelitian, mengunjungi website dan melakukan komunikasi dengan peneliti-peneliti yang sudah melakukan penelitian terkait untuk mendapatkan grand design dari sistem yang akan dibangun.
2.4.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan studi pustaka, dapat diidentifikasi permasalahan yaitu bagaimana merancang suatu sistem data akuisisi yang menunjang NTC dan IRL untuk revitalisasi sistem akuisisi data reaktor Kartini. Permasalahan ini dapat diatasi dengan mengimplementasi cRIO-9076 sebagai pengganti komputer leher, komunikasi TCP/IP, RS-232 dan RS-485 serta manajemen database menggunakan MySQL.
2.4.3 Perancangan Sistem
Pada penelitian ini dilakukan rancang bangun sistem akuisisi data pada reaktor Kartini yang realtime dan lossless sehingga mendukung sistem NTC dan IRL. Gambar 2.2 menunjukan rancangan blok diagram sistem akuisisi data reaktor Kartini yang mendukung NTC dan IRL.
Revitalisasi yang dilakukan adalah mengimplementasi cRIO-9076 dengan modul NI 9205 sebagai pengganti komputer Leher yang mengakuisisi data sekunder menggunakan LabVIEW Realtime 2015, membuat komputer informasi sebagai data concentrator dengan program LabVIEW dan menyimpan informasi dalam database pada komputer server menggunakan MySQL.
Pada penelitian ini, tidak mengubah sistem sebelumnya melainkan menambahkan perangkat baru seperti yang sudah digambarkan pada Gambar 2.2. Sehingga meningkatkan redudansi sistem sebelumnya. Tahapan proses perancangan sistem ditunjukan pada Gambar 2.3.
Gambar 2. 3 Diagram alir tahapan perancangan sistem
Perancangan diawali dengan mengidentifikasi input dan output seluruh sistem. Input yang diperlukan dalam penelitian ini adalah 10 sinyal analog parameter proses dari sensor yang dipasang pada reaktor dan data parameter
proses dari komputer proses. Selanjutnya dilakukan kegiatan instalasi hardware dan software komputer leher, informasi dan server.
2.4.3.1 Perancangan Komputer Leher
Perancangan hardware komputer leher menggunakan cRIO-9076 akan mengambil data sinyal analog tegangan melalui modul NI 9205 langsung dari 10 sensor yang terpasang pada komponen reaktor Kartini. Terdapat 4 sensor suhu pendingin dengan antarmuka arus 4-20mA, 1 sensor suhu air tangki reaktor dengan antarmuka arus 4-20mA, 3 sensor aliran pendingin dengan antarmuka arus 20mA, 1 sensor ultrasonik ketinggian air tangki reaktor dengan antar muka 4-20mA dan 1 sensor termokopel untuk suhu bahan bakar dengan antarmuka tegangan dalam orde mV. Blok diagram akuisisi komputer leher ditunjukan pada Gambar 2.4.
Gambar 2. 4 Blok diagram sistem akuisisi komputer leher
Isolated Converter berfungsi untuk mengkonversi arus 4-20 mA menjadi
tegangan 0-5V sehingga dapat dibaca oleh NI 9205. Melalui LabVIEW realtime, data diolah menjadi informasi pada cRIO-9076 sebagai komputer leher kemudian
dikirimkan ke komputer informasi menggunakan antarmuka Ethernet dengan TCP/IP.
Software komputer leher dirancang dengan LabVIEW 2015 yang berjalan
didalam cRIO-9076 berupa realtime VI yang berfungsi melakukan akuisisi, komputasi dan pengiriman data. Design pattern yang akan diterapkan pada komputer Leher adalah Queue design pattern. Queue design pattern adalah metode pemprograman pada LabVIEW dengan memisahkan loop untuk suatu proses terhadap proses yang lain (Bitter et al., 2007). Data antar loop diproses satu persatu dalam suatu antrian. Gambar 2.5 menggambarkan diagram alir komputer leher.
Gambar 2. 5 Diagram alir program komputer leher
Setelah semua software dan hardware selesai dibangun, maka dilakukan pengujian terhadap komputer leher. Jika hasil tidak sesuai, maka dilakukan perbaikan sehingga komputer leher dapat berfungi sesuai keinginan.
2.4.3.2 Perancangan Komputer Informasi
Hardware komputer informasi dibangun dengan komputer dengan
spesifikasi industri yang dilengkapi fasilitas komunikasi RS-232 untuk menerima data dari komputer Proses. Data dari komputer proses dikirim menggunakan antarmuka RS-232. Karena lokasi komputer informasi dan komputer proses terpisah, maka 232 dikonversi dengan perangkat ADAM-4520 menjadi RS-485 kemudian dikonversi kembali menjadi RS-232.
Software komputer informasi dibangun dengan LabVIEW 2015 yang memparsing dan mengolah data parameter proses melalui RS-232 serta mengolah data dari komputer Leher melalui TCP. Komunikasi RS-232 menggunakan fasilitas VISA sedang untuk TCP/IP menggunakan network stream. Data tersebut disatukan kemudian dikirim ke komputer Server melalui TCP/IP.
Design pattern pemrograman komputer informasi menggunakan State Machine. State Machine adalah metode pemprograman LabVIEW yang
memungkinkan program merespon secara cerdas dan berurutan terhadap kondisi yang diberikan dengan menempatkan case structure didalam while loop (Bitter et al., 2007).Gambar 2.6 menunjukan diagram alir program komputer informasi.
Gambar 2. 6 Diagram alir program komputer informasi
Setelah semua software dan hardware selesai dibangun, maka dilakukan pengujian terhadap komputer Leher. Jika hasil tidak sesuai, maka dilakukan perbaikan sehingga komputer Leher dapat berfungi sesuai keinginan.
2.4.3.3 Perancangan Komputer Server
Hardware komputer server dibangun dengan spesifikasi server komersial
yang memiliki kapasitas memori yang cukup besar untuk menyimpan database dan dilengkapi dengan fasilitas jaringan Ethernet TCP/IP sehingga dapat dikoneksikan ke internet.
Software pada komputer server dibangun menggunakan LabVIEW 2015
dan XAMPP sebagai server engine database MySQL. Design pattern yang dipakai pada LabVIEW adalah State Machine sehingga yang berfungsi menerima
data dari komputer informasi melakukan parsing dan memasukan ke database NTC menggunakan fasilitas LabSQL ADO. Gambar 2.7 menunjukan diagram alir program yang berjalan di komputer server.
Gambar 2. 7 Diagram alir program komputer server 2.4.4 Pengujian dan Analisis Hasil Penelitian
Setelah dilakukan perancangan dan pembangunan sistem akuisisi data, maka dilakukan pengujian terhadap sistem apakah sistem dapat bekerja seperti yang diharapkan. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian ADC, pengujian waktu komputasi, pengujian similiaritas data dan pengujian online.
2.4.4.1 Pengujian Sensor dan Pengkondisi Sinyal
Pengujian sensor dan pengkondisi sinyal dilakukan untuk mengetahui sifat dan respon dari 10 sensor yang akan diakuisisi oleh komputer leher. Sensor yang digunakan menggunakan antarmuka arus 4-20 mA sehingga perlu dilakukan konversi menjadi tegangan sehingga dapat dibaca oleh NI 9205. Pengujian pengkondisi sinyal menerapkan prinsip technology choice dan economic
technology dengan mencoba beberapa jenis konventer yaitu menggunakan resistor
komersial, menggunakan resistor kelas militer dan menggunakan Isolated
Converter.
Data dari jenis konverter ini diolah secara statistiksehingga dapat dipilih konverter yang paling stabil dan memiliki harga yang lebih murah untuk digunakan dalam penelitian yang dilakukan.
2.4.4.2 Pengujian ADC
Pengujian ADC dilakukan pada Analog Input Module NI 9205 yang terpasang pada cRIO-9076 untuk membaca nilai tegangan yang diberikan sensor. Karena fasilitas pembacaan ADC yang dimiliki NI 9205 langsung memberikan keluaran tegangan, maka tidak perlu dilakukan pengujian biner ADC. Pengujian yang dilakukan adalah membandingkan nilai input yang diberikan dengan nilai yang dibaca NI 9205 melalui LabVIEW. Input yang diberikan berupa simulasi sinyal tegangan maupun sinyal langsung dari setiap sensor. Kemudian dilakukan analisis mengenai linieritas dan error ADC.
2.4.4.3 Pengujian Waktu Komputasi
Pengujian waktu komputasi adalah pengujian untuk mengetahui waktu yang diperlukan sistem untuk menjalankan fungsinya hingga selesai. Dalam penelitian ini, dilakukan beberapa pengujian waktu komputasi pada beberapa bagian.
Pengujian waktu komputasi komputer Leher dilakukan untuk mengetahui berapa waktu yang diperlukan komputer Leher untuk melakukan proses pengambilan data dari sensor hingga data siap dikirim melalui TCP/IP. Pengujian
waktu komputasi komputer Informasi dilakukan untuk mengetahui waktu yang diperlukan komputer Informasi untuk memproses data yang diterima dari komputer Proses dan komputer Leher hingga data siap dikirim ke komputer Server.
Pengujian waktu komputasi komputer Server dilakukakan untuk mengetahui waktu yang diperlukan komputer Server untuk mengolah data yang diterima dari komputer Informasi hingga data tersimpan pada database. Pengujian waktu komputasi dilakukan menggunakan fasilitas time stamp control pada LabVIEW sehingga dapat diketahui waktu yang diperlukan.
Pengujian juga dilakukan pada transfer data dari komputer Proses ke komputer Informasi melalui RS-232, transfer data dari komputer Leher ke komputer Informasi melalui TCP/IP dan transfer data dari komputer Informasi ke komputer Leher. Pengujian waktu komputasi yang terakhir adalah untuk mengetahui waktu yang diperlukan keseluruhan sistem akuisisi data dari menerima data dari komputer Proses dan sernsor hingga data berhasil masuk ke dalam database. Pengujian ini diharapkan memperoleh waktu komputasi dan pengiriman data yang cepat dan stabil dengan jitter yang minimum.
2.4.4.4 Pengujian Akuisisi Data
Pengujian akuisisi data dilakukan setelah semua sistem komputer Leher, komputer Informasi dan komputer Server sudah terintegrasi. Pengujian dilakukan dengan memberikan 10 sinyal simulasi tegangan sensor pada NI 9205 di cRIO-9076 dan memberikan dummy input data serial parameter proses reaktor ke komputer informasi.
Hasil akuisisi data diuji pada sisi komputer server dengan melihat data tabel database MySQL. Data yang ada pada tabel database dibandingkan dengan data dummy input dan sinyal masukan simulasi untuk menentukan error dan pergeseran hasil.
2.4.4.5 Pengujian Online
Pengujian online dilakukan dengan menghubungkan keseluruhan sistem data akuisisi dengan reaktor. Sehingga sinyal input yang diterima oleh komputer leher merupakan sinyal realtime dari reaktor. Data serial yang diterima oleh komputer informasi merupakan data online dari komputer proses. Data pengujian di ambil dari beberapa titik yaitu output TCP/IP dari RIO-9076 berupa data array informasi fisis reaktor. Kemudian pengujian dilakukan pada komputer informasi berupa hasil parsing data dari RS-232 dan data array informasi data fisis reaktor.
Hasil akuisisi data diuji pada sisi komputer server dengan melihat data tabel database MySQL. Data yang ada pada tabel dibandingkan dengan data pembacaan sensor pada reaktor untuk menentukan error dan pergeseran hasil. 2.4.5 Penulisan Laporan
Penulisan laporan dilakukan setelah dilakukan pengujian dan analisis hasil penelitian sebagai dokumentasi dan wujud dari hasil penelitian yang sudah dilakukan.
2.5 Jadwal Penelitian
Jadwal pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2. 1 Tabel jadwal pelaksanaan penelitian
Kegiatan Desember Januari Februari Maret April Mei 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Studi Pustaka Perancangan sistem Pengujian sistem Pengolahan data Penyusunan laporan Pra pendadaran dan
32 ANONIM 2014. NI cRIO-9076, USA, National Instruments.
AUSTERLITZ, H. 2003. Data Acquisition Techniques Using PCs, USA, Academic Press.
AXELSON, J. 2010. Serial Port Complete: COM Ports, USB Virtual COM Ports,
and Ports for Embedded Systems, USA, Lakeview Research LLC.
BITTER, R., MOHIUDDIN, T. & NAWROCKI, M. 2007. LabVIEW Advance
Programming Technique, USA, CRC Press.
FOROUZAN, B. A. 2010. TCP/IP Protocol Suite, USA, McGraw-Hill.
J.RATAJ, L.SKLENKA & L.REISNER 2016. NEW DATA ACQUISITION SYSTEM FOR EXTENDED EDUCATION AND TRAINING AT VR-1 REACTOR.
LI, F., JI, X., LI, X. & ZHU, K. 2010. DAQ Architecture Design of Daya Bay Reactor Neutrino Experiment.
M.C, C. 2012. Data Acquisition Handbook, USA, Measurement Computing Corporation.
MESQUITA, A. Z. & JUNIOR, H. C. R. E. F. M. 2005. DATA ACQUISITION SYSTEM FOR TRIGA MARK I NUCLEAR REACTOR AND A PROPOSAL FOR ITS AUTOMATIC OPERATION. International Nuclear Atlantic Conference - INAC, 2005 Brazil. Brazil: ABEN.
SCHWARTZ, B., ZAITSEV, P. & TKACHENKO, V. 2012. High Performance
MySQL, USA, O’Reilly Media.
STANESCU, G. 2016. Nuclear Training Center (CPSDN) [Online]. Available: http://cpsdn.nipne.ro [Accessed 17 November 2016].
SUHAEMI, T., DJ, D. D., K, I., S, J. & SETYONO. Evaluasi Keselamatan Reaktor Kartini Ditinjau dari Desain Sistem Instrumentasi. Persentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir, 2003 Yogyakarta. BATAN, 49-60. SUMALATHA & KUMAR, R. 2015. MOVEMENT DETECTION SYSTEM
USING CRIO AND LABVIEW. Global Journal of Engineering Science
and Research Management.
TIGLIOLE, B. D. & VYSHNIAUSKAS, J. RA-6 Online + IRL : An Effective Collaboration between CNEA and IAEA fot the Development of a Research Reactor Education Remote Tool. European Research Reactor Conference, 2016 Berlin, Germany. 215.
