SEMINAR NASIONAL X SDM TEKNOLOGI NUKLIR

 0  0  6  2018-09-16 23:02:17 Report infringing document

  

RANCANG BANGUN SISTEM

KENDALI TUNGKU AUTOCLAVE ME-24

Sugeng Rianto, Dedy Haryadi , Triarjo

  

PTBBN-BATAN Serpong

Email : sugeng-r@batan.go.id

ABSTRAK

  

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI TUNGKU AUTOCLAVE ME-24. Telah dilakukan

rancang bangun sistem kendali tungku autoclave ME-24. Parameter yang diukur dan dikendalikan

sebagai acuan sistem kendali adalah suhu ruang autoclave, sedangkan untuk suhu pemanas dan

tekanan tungku autoclave digunakan sebagai monitor. Perangkat keras sistem kendali tungku

autoclave terdiri dari sistem sensor suhu pemanas dan suhu ruang autoclave, tekanan ruang

autoclave dan sistem akuisisi data. Perangkat lunak menggunakan labview dengan driver interface

yang menghubungkan sistem perangkat lunak dan kerasnya. Hasil uji fungsi rancang bangun

o

sistem kendali tungku autoclave pada operasi untuk suhu setting 150 C dengan kecepatan kenaikan

o o

suhu 100 C/jam, nilai suhu pada saat tercapai rata-rata adalah 148,42 C dengan kesalahan

o o

  

1,05%. Untuk suhu setting 200 C dengan kecepatan kenaikan suhu 100 C/jam, nilai suhu pada

o

saat tercapai rata-rata adalah 197,70 C dengan kesalahan 1,15% untuk tekanan ruang autoclave

10 bar.

  Kata Kunci : Rancang bangun, Tungku Autoclave, Sistem Kendali.

  

ABSTRACT

DESIGN OF AUTOCLAVE FURNANCE ME-24 CONTROL SYSTEM. Design of autoclave

furnace ME-24 control system has been done. Parameters measured and controlled as the

reference system is the temperature control chamber, while the temperature of the heater and

pressure autoclave furnace was used as a monitor. The hardware control system autoclave furnace

consists of : heater and chamber temperature sensor system, chamber pressure and data

acquisition system. Labview software uses the interface that connects the hardware and software

systems. Function test results design control system of autoclave furnace for setting the

o

temperature operation 150 C at temperature increases the ramp function by 100°C/hour average

measurements obtained when the temperature reached is 148,42°C with a error 1,05%. For setting

o

the temperature operation 200 C at temperature increases the ramp function by 100 °C/hour

average measurements obtained when the temperature reached is 197,70 °C with a error 1,15%.

The Chamber pressure autoclave a setting is 10 bar. Keywords : Design system , Autoclave Furnance, control system.

  tungku listrik dengan daya total 40 KW yang

  PENDAHULUAN o

  dirancang mampu bekerja hingga 450 C dan tekanan

  [1] ungku autoclave ME-24 yang ada di Bidang sampai 10 bar selama waktu 24 jam operasi.

  Tungku autoclave ME-24 ditunjukkan gambar 1 di Fabrikasi Bahan Bakar Nuklir PTBBN (Pusat

  T

  Teknologi Bahan Bakar Nuklir) berfungsi untuk bawah ini sedangkan blok diagram tungku autoclave ditunjukkan gambar 2 . untuk meningkatkan kekuatan berkas elemen bakar nuklir terhadap korosi, dimana pada pengerjaan autoclaving ini akan terbentuk lapisan pelindung (lapisan tipis oksida-ZrO ) pada permukaan batang

  2

  elemen bakar nuklir. Proses autoclaving ini merupakan bagian akhir dari proses produksi berkas elemen bakar nuklir. Tungku autoclave merupakan

  switch elektrik on/off dan mempertimbangkan proses [1] penuaan alat dimana usia alat sudah diatas 20 tahun.

  Gambar 1. Tungku Autoclave (ME-24) Gambar 2.

  [1]

  Blok Diagram Tungku Autoclave ME-24 Sistem tungku autoclave ME-24 di atas terdiri dari tiga bagian yaitu :

   Sistim Mekanik tungku Autoclave

  TEORI

   Sistim Pneumatik tungku Autoclave

  Konsep dasar sistem kendali berbasis komputer

   Sistim Elektrik tungku Autoclave Kendali tungku autoclave ME-24 didasarkan Untuk lebih meningkatkan unjuk kerja alat pada sistem close loop berbasis komputer, dimana dan sistem keselamatan tungku autoclave ini, maka selain berfungsi untuk kendali sistem, juga berfungsi diperlukan kendali dan monitoring atau pembacaan untuk monitoring dan menyimpan data parameter parameter

  • –parameter yang ada. Salah satu proses operasi tungku. Dasar pengendalian close loop kecenderungan dalam pengembangan teknologi ditunjukkan gambar 3.

  sistem pengukuran ini dilengkapi dengan komputer (PC) yang berfungsi untuk mengendalikan dan mengolah sistem data pengukuran dan menyimpannya. Sistem pengukuran yang dilengkapi komputer ini adalah sangat penting, mengingat meluasnya penggunaan PC di bidang pengukuran industri dan penelitian laboratorium.

  Dengan pertimbangan di atas, maka diperlukan rancang bangun sistem kendali tungku autoclave ME-24 untuk semua parameter operasi yang berbasis komputer, sehingga dalam operasinya tungku autoclave ME-24 faktor keselamatan operasi yang ada saat ini dapat ditingkatkan.

  Dalam rancang bangun sistem kendali ini, kriteria penerimaan sistem dirancang maksimum

  [2]

  Gambar 3. Blok diagram dasar Sistem kendali kesalahan pada saat kondisi tunak (error steady state) adalah 5%. Besaran ini diambil dengan pertimbangan bahwa sistem aktuator kendali tungku masih berupa

  Sistem pengukuran yang dirancang untuk mengukur parameter proses terdiri dari komponen berikut:

  1. Proses. Berupa besaran fisis yang akan diukur, digital. Untuk menghubungkan ketiga modul ADAM yaitu suhu dan tekanan. dengan komputer, digunakan ADAM 4250 yang

  2. Sensor/Transmitter. Berupa penginderaan berfungsi sebagai konverter RS 485 dengan RS 232 besaran fisis, yaitu suhu dan tekanan menjadi atau USB komputer. Keempat modul ini adalah besaran listrik dan nilai kuantitasnya bisa diukur sebagai salah solusi dengan pertimbangan sangat tegangan atau arus secara langsung. hemat biaya untuk pengendalian skala industri dan

  [4] 3. Controller. Berupa komputer sebagai pusat aplikasi pemantauan.

  pengendalian/kontrol, tampilan visual nilai parameter proses dan media penyimpanan data dengan perangkat lunak didalamnya.

  4. Final Control Element . Berupa aktuator pengendalian proses berupa pemanas yang dikendalikan oleh komputer.

  Sensor Temperatur

  Sensor temperatur yang digunakan pada rancang banngun sistem perangkat keras kendali tungku autoclave menggunakan termokopel tipe

  • –K, baik untuk termokopel heater /pemanas maupun termokopel yang terpasang pada chamber/ruang autocleve .

  Sensor Tekanan (Pressure)

  Sensor tekanan yang digunakan adalah jenis

  piezoelektrik . Muatan listrik Q yang ada dalam kristal dielektrik akan berubah sesuai dengan tekanannya.

  Tegangan listrik (Vx) dinyatakan dengan persamaan : dimana C adalah kapasitas listrik dari sensor dengan Gambar 5. Modul ADAM 4018 dan 4011 dengan blok

  [4]

  pelat logam, dan kristal dielektrik adalah isolator diagramnya antara keduanya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

  Driver Heater

  Untuk mengganti sistem mekanik pada sistem

  switch yang semula menggunakan kontaktor, diganti

  dengan switch menggunakan sistem SSR (Solid State

  Relay ). Tujuanya adalah selain mengurangi bunga api,

  juga untuk mempercepat kondisi hidup (switch on)

  [5] dan kondisi mati (switch off ). .

  [3]

  Gambar 4. Pressure Transmitter

  Rangkaian Sistem Akuisisi Data

  ADAM 4018 buatan Advantech merupakan sistem pengkondisi sinyal 16-bit, dengan 8 kanal Gambar 6. Solid State Relay (SSR) masukan analog khusus termokopel yang dapat diprogram pada semua saluran. Sedangkan ADAM

  Tegangan masukan SSR adalah DC 3

  • – 32 volt 4011 mempunyai 1 kanal masukan untuk masukan dihubungkan dengan modul digital I/O ADAM 4050.

  parameter tekanan. Untuk digital output digunakan ADAM 4050 yang mempunyai 8 kanal keluran

  

Pengujian Sistem Langkah pengerjaan untuk rancang bangun sistem

  Pengujian sistem pada rancang bangun sistem perangkat keras kendali tungku autoclave adalah perangkat keras kendali tungku autoclave ME-24 sebagai berikut :

  • dibagi menjadi dua bagian, yaitu stabilitas sistem Menentukan banyaknya I/O (Input/Output) dari pada saat kenaikan suhu (steady state ramp error) dan sistem monitoring tungku, dari hasil analisis stabilitas sistem pada saat waktu penahanan (soaking sistem 12 I/O yang terdiri dari 7 masukan suhu, 1

  

time steady state error ). Untuk steady state ramp masukan tekanan dan 4 keluaran digital relay

error ditentukan gambar 7 di bawah ini. untuk kendali pemanas.

  • Instalasi perangkat keras sistem kendali yaitu dengan pemasangan sistem sensor dan sistem modul akuisisi data dan perangkat pendukungnya.
  • Pengkabelan (wiring) sistem kendali yaitu antara sensor, modul akuisisi data dan komputer. Pengujian sistem dengan kriteria penerimaan - kesalahan maksimim (error steady state) untuk rancang bangun sistem kendali ini adalah 5% pada saat suhu tercapai (Soaking Time).

  Rancang bangun Instalasi perangkat keras kendali tungku autoclave ME-24 adalah sebagai berikut :

  1. Koneksi modul ADAM dengan sensor suhu baik untuk suhu heater (4 buah) maupun suhu

  [6]

  Gambar.7. Steady state ramp error

  chamber (3 buah). Modul ADAM digunakan

  serial 4018 yang mempunyai 8 masukan Prosentase steady state ramp error ditentukan dengan (kanal). persamaan :

  2. Koneksi modul ADAM serial 4011 dengan sensor tekanan.

  3. Koneksi modul ADAM dengan driver pemanas. Modul ADAM digunakan serial Sedangkan untuk menentukan besar steady state error 4050 dengan menggunakan 4 kanal keluaran. ketika suhu penahanan ditentukan gambar 8 di bawah ini.

  Gambar instalasi rancang bangun sistem perangkat keras kendali tungku autoclave ME-24 secara keseluruhan ditunjukkan gambar 9 dibawah ini.

  [6]

  Gambar.8. Steady state error Prosentase steady state error atau offset ditentukan dengan persamaan :

  Metodologi

  Gambar 9. Instalasi perangkat keras rancang bangun sistem kendali tungku autoclave ME-24

HASIL DAN PEMBAHASAN

  Pengujian hasil rancang bangun sistem perangkat keras kendali tungku autoclave ME-24 dilakukan dengan parameter operasi sebagai berikut:

  o o

   Suhu target : 150 C dan 200 C.

  o

   kecepatan pemanasan (ramp ) 100 C/jam  waktu pemanasan pada suhu puncak (soaking

  time ) dipertahankan selama 8 jam

   Pengendalian : Suhu Chamber TC ,TC ,TC

  1

  2

  3

   Tekanan Chamber : 10 Bar Hasil uji coba proses tungku ini ditampilkan Gambar o 10 dibawah ini. o 180 160 120 140

GRAFIK KELUARAN SUHU AUTOCLAVE 150 C GRAFIK KELUARAN SUHU AUTOCLAVE 200 C

200 250 100

  150 U U S U H 80 H 40 20 60 SU 100 50 SP TC1 TC2 TC3 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 Waktu (s) SP TC1 TC2 TC3 Waktu (s)

  Gambar 10. Tampilan hasil pengujian sistem monitoring keselamatan tungku autoclave ME-24 Dari Gambar 10 diatas, untuk suhu target operasi Dari tabel 1 di atas, nilai kesalahan tunak (steady

  o o

  150 C dengan kecepatan pemanasan 100 C/jam state ) pada saat kenaikan jika di rata-rata adalah 5,86

  o

  didapat nilai parameter eksperimen sebagai berikut : C atau 5,21%. kesalahan tunak terbesar adalah adalah

  o

  untuk keluaran termokopel 3 ( TC ) yaitu 8,47 C

  3 o

  Tabel 1. Keluaran Fungsi Ramp 150 C Eksperimen atau 7,44%. Untuk nilai kondisi suhu tercapai (steady

  o state ) rata C atau mempunyai

  • – rata adalah 148,42

  Kesalahan pada suhu Target kesalahan pada steady state 1,05%. Kesalahan

  terbesar pada kondisi suhu tercapai adalah termokopel

  kenaikan (ramp) (soaking time) o keluaran

  3 (TC ) 2,03%. Untuk suhu target operasi 200 C

  3 o o o

  C % C %

  dengan kecepatan pemanasan 100 C/jam didapat nilai parameter eksperimen sebagai berikut : TC 2,83 2,63 149,13 0,58

  1 TC 6,27 5,57 149,17 0,55

  2 TC 8,47 7,44 146,95 2,03

  3 Rata-Rata 5,86 5,21 148,42 1,05

DAFTAR PUSTAKA 1.

  Modules User’s Manual, Edition 10.5, 2007 5.

  o

  C atau 10,45%. Untuk nilai kondisi suhu tercapai (steady

  state ) rata

  o

  C atau mempunyai kesalahan 1,15%. Kesalahan terbesar pada kondisi suhu tercapai adalah termokopel 3 (TC

  G.M.Kamalakannan, M Subba Rao, “ Development of a Computer Based Process Control System for An Autoclave to Cure Polymer Matrix Composites

  4. NONAME, ADAM 4000 Series Data Acquisition

  3

  instrumentation, sensors, and precess control , Artech House Sensors Library, 2006.

  C, Introduction to

  3. DUNN, WILLIAM

  Modern Control System , Twelfth Edition, Prentice Hall, 2011.

  2. RICHARD C. DORF, ROBERT H BISHOP,

  ”, 1984

  ) yaitu 14,66

  C atau 7,62%. kesalahan tunak terbesar adalah adalah untuk keluaran termokopel 3 (TC

  NIRA,” ME 24 Passivation Autoclave Instruction

  1

  ”, International Conference an Instrumentation, Pune, 2004.

  Tabel 2. Keluaran Fungsi Ramp 200

  o

  C Eksperimen

  keluaran Kesalahan pada kenaikan (ramp) suhu Target (soaking time) o C % o C %

  TC

  5,67 4,98 198,60 0,70 TC

  state ) pada saat kenaikan jika di rata-rata adalah 10,02 o

  2

  9,72 7,43 199,26 0,37 TC

  3

  14,66 10,45 195,24 2,38

  Rata-Rata 10,02 7,62 197,70 1,15

  Dari tabel 2 di atas, nilai kesalahan tunak (steady

  Manual

  • – rata adalah 197,70

  3. Pada pengujian yang dilakukan dengan operasi tungku pada suhu 200

  o

  Engineering, 3rd Edition , Prentice Hall International Inc, 1997.

  6. OGATA, KATSUHIKO, Modern Control

  3

  ) 2,38%. Nilai kesalahan tunak (error steady state) pada saat suhu tercapai (soaking time) ini bisa dikatakan cukup baik karena kriteria maksimum yang diperbolehkan dalam rancang bangun sistem kendali ini untuk pengendalian suhu adalah 5%.

  KESIMPULAN

  1. Rancang bangun sistem perangkat keras kendali tungku autoclave ME-24 telah dilakukan dengan pengendalian pada parameter suhu pada chamber autoclave.

  2. Pada pengujian yang dilakukan dengan operasi tungku pada suhu 150

  C dengan kenaikan suhu (ramp) 100

  o

  C/jam didapatkan nilai kesalahan tunak (steady state) pada saat kenaikan jika di rata-rata adalah 5,21%. Pada saat suhu tercapai (soaking time) rata

  o

  C dengan kesalahan pada steady state 1,05%.

  • –rata suhu adalah 148,42

  SP = Set Point PV = Process Value TC = Termokopel

  4. Dari hasil diatas menunjukkan, semakin besar atau tinggi setting suhu, maka nilai kesalahan pada saat suhu tercapai akan semakin besar, namun masih dalam batas standar yang diijinkan dalam rancang bangun sistem kendali ini.

  C dengan kesalahan pada steady state 1,15%.

  o

  C/jam didapatkan nilai kesalahan tunak (steady state) pada saat kenaikan jika di rata-rata adalah 7,62%. Pada saat suhu tercapai (soaking time) rata

  o

  C dengan kenaikan suhu (ramp) 100

  o

  • –rata suhu adalah 197,70

ARTI SIMBOL (NOMENCLATURE)

Dokumen baru
Dokumen yang terkait

SEMINAR NASIONAL X SDM TEKNOLOGI NUKLIR

Gratis

Feedback