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