Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007

Transkripsi

1 Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir ABSTRAK Telah dirancang sistem monitor proses pabrik kertas dan sistem kendali gramatur kertas (Basis Weight) untuk arah mesin kertas dengan lebar scanner 3,5 meter menggunakan metoda absorpsi sinar beta jenis Kripton 85 yang mempunyai ketelitian ukur gramatur 2,5 gram/m2 Keunggulan sistem ini bila dibandingkan dengan metoda cuplikan adalah dapat memonitor proses dan mengendalikan gramatur secara ON-LINE terus menerus selama produksi dan tidak merusak hasil produksi. ABSTRACT Monitoring Process System and Basis Weight (gramatur) of 3.5 metre width Paper Machine have been designed by using source Kripton. 85 beta absorption method with gramature accuracy 2,5 gram/m2 The advantage of this system compared by sample method system is the effectiveness of the technique to measure basis weight and ON-LINE monitoring of production process paper industries without disturbing the process production. 1. PENDAHULUAN Basis Weight merupakan variabel penting yang digunakan sebagai standard acuan dari hasil produksi di Industri Kertas terutama untuk berat kertas (gramatur) antara 60 gram/m2 sampai 200 gram/m 2. Basis Weight machine direction control system yang dirancang, dengan memanfaatkan Scanner yang tersedia dan sistem aktuator proses yang ada di mesin kertas menggunakan metoda transmisi radiasi beta untuk pengukuran Basis Weight. Sistem yang dikonstruksi diharapkan dapat mengendalikan secara ON-Line variabel proses kertas sehingga akan mengurangi kerugian bahan baku akibat dari bertluktuasinya nilai basis weight hasil produksi dan sekaligus meningkatkan mutu kertas yang diinginkan oleh pembeli. Konsep rancangan sistem ini mengacu kepada rancangan sistem ACCU - RAY yang telah banyak digunakan oleh beberapa pabrik kertas didunia dimana hasil pengendalian prosesnya akan memenuhi standard pelaporan tampilan komputer Proses ACCU - RAY 1180 Micro Profile Manager, hal terse but akan mudah diadaptasi oleh setiap operator mesin kertas di berbagai pabrik kertas diseluruh dunia, sedangkan 112

2 konfigurasi hardware tersusun dari Komputer Proses, satu unit Frame Digital Interface (Kendali scanner), satu unit remote terminal (unit Data Akusisi), satu unit remote aktuator (Data Aktuator kendali Proses) dimana hubungan antar unit processor menggunakan standard komunikasi RS232/RS SISTEM PENGUKURAN BASIS WEIGHT (GRAMATUR) DAN MONITOR PABRIK 2.1 Pengukuran Basis Weight (Gramatur) Pengukuran basis weight berdasarkan metoda transmisi-absorpsi pancaran radioisotop Beta yang memenuhi formula: 1 = 10 e -ux (1) Kemudian disederhanakan menjadi In 1 = In 10 - ux dengan asumsi In 10 dan u merupakan konstanta sehingga formulasi diatas dapat disederhanakan menjadi : X sebanding proporsional dengan logaritmik 1 dimana 10 = Intensitas radiasi beta sebelum diarbsorpsi kertas = Intensitas radiasi beta setelah diarbsorpsi kertas u = konstanta atenuasi massa untuk kertas x = be rat kertas per satuan luas (gram/ m2) Dari formula terse but diatas terdapat hubungan linier antara berat kertas persatuan luas dengan logaritmik intensitas radiasi beta yang terarbsorpsi oleh material kertas, intensitas radiasi beta setelah diarbsorpsi oleh kertas kemudian diukur intensitasnya menggunakan detektor IonChamber High sensitive beta yang hasilnya merupakan arus listrik searah (DC) yang dikonversi ke standard signal 4-20 ma, untuk kemudian ditransmisikan melalui kabel signal ke Remote Terminal Unit (Data Acqusition Unit). Konsep perancangan sistem ini menggunakan sumber radioctive Beta Kr85 aktivitas 100 mci yang dapat digunakan untuk mengukur Basis Weight (gramatur) kertas dari standard 60 gram sampai 200 gram per meter persegi PENGENDALIAN BASIS WEIGHT Pengendalian Basis Weight dapat dilihat pad a gambar 1, dimana metoda pengendalian menggunakan metoda Pengendalian Proposional Integral bipolar pulse duration.. Signal variabel BW diukur oleh Remote Terminal unit kemudian diintegrasikan ke Sistem Komputer Proses dan hasil perhitungan komputer diumpan balik melalui 113

3 Remote Aktuator unit dan dilanjutkan ke unit Dezurich controller stock valve untuk membuka increaceldecreace valve stock sehingga hasil pengendalian akan menyesuaikan dengan target secara otomatis dimana nilai target dimasukan pada tampilan proses komputer pad a kolom Product Grade sebelum proses dilaksanakan. RTU PI CONTROL SENSOR BW...! :: '... SOURCE F,lektromet Sheet Kertas RAU FLOW STOCK PULP DEC INC SPEED MACHINE DEZURICH CONTOLLER STOCK VALVE Kr 85 Beta CONSISTENCY PULP Gambar 1. Blok Sistem Kendali Basis Weight Mesin Kertas Katup Aliran Pulp 3. INTEGTRASI HARDWARE SISTEM DAN KENDALl BASIS WEIGHT Integrasi hardware sistem proses dan kendali Basis weight dapat dilihat pada gambar2, dimana blok sistem secara keseluruhan akan tersusun dari Komputer Proses, Remote Terminal Unit (Data Akusisi Unit), Remote Aktuator Unit (Data Aktuator Kendali Proses), Frame digital interface dan Scanner yang dilengkapi Source Kr85, detektor beta dan Beberapa kelengkapan variabel proses. 3.1 Komputer Proses 114

4 Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Komputer Proses digunakan sebagai monitor Tampilan Proses, perhitungan kontrol, pengolahan signal signal pengukuran proses, memasukan nilai target BW, dan terintegrasi ke remote terminal unit, remote aktuator unit, frame digital interface, serta melaporkan hasil produksi dan dapat dicetak setiap saat. 3.2 Remote Terminal Unit (Data Akusisi Unit) Remote Terminal Unit berfungsi sebagai data akusisi sistem dari besaran variabel proses yang meliputi basis weight, moisture, dry stock (consistency), steam presure, head pospaper break (sheet break), machine speed, reel speed, wire speed, valve position bw feed back,valve position steam presure feed back dan lain lain, besaran variable proses tersebut dikonversi ke be saran digital kemudian dikonversi ke variabel komunikasi serial asynchronous yang dilengkapi dengan protokol khusus yang akhimya besaran variable proses tersebut dapat diterima oleh Komputer Proses. Sistem ini dilengkapi dengan processor pengolah signal head pulse, logic pulse dan sinkronisasi logic yang akan menghasilkan besaran moisture, disamping itu sistem ini tersusun dari modul processor, modul data akusisi dengan ADC resolusi 12 bit, modul power supply, modul frekuensi to voltage converter, modul pengkondisi signal, modul power supply dimana modul modul tersebut menggunakan adopsi standard modul 3U DIN dan standard Rack 19". 3.3 Remote Aktuator Unit (Aktuator Kendali Proses) Remote Aktuator Unit berfungsi sebagai pengendali aktuator stock valve dan steam presure valve dimana variable control yang diterima dari computer proses melalui serial komunikasi asynchronous RS232/RS422 dikonversi oleh unit ini menjadi signal kontrol untuk menggerakan unit unit actuator proses. Unit ini tersusun oleh modul processor, modullogic output, modul relay logic, modul digital to analog, dan modul power supply dimana modul modul tersebut menggunakan standard modul 3U DIN dan standard rack 19". 3.4 Scanner Basis Weight. Scanner Basis Weight yang digunakan memenuhi standard ketas Paper Machine dengan lebar sheet atau lebar tambour 3,5 meter, standard Head Basis Weight untuk digunakan mengukur berat kertas antara 60 gram per meter square sampai 200 gram per meter square dengan ketelitian ukur 2 gram per meter square dengan source Kr85 115

5 beraktivitas 100 mci, jika digunakan untuk mengukur berat kertas yang lebih tipis digunakan source premetium. Dilengkapi mounting head Moisture yang digunakan untuk mengukur besaran moisture dengan dua filter infrared sehingga dari korelasi kedua filter tersebut akan menghasilkan nilai moisture kertas, scanner ini dilengkapi juga dengan motor AC variabel speed sehingga kecepatan scanner dapat diatur sesuai dengan keperluan, resolusi scan minimum 15 detik per scan dan maksimum 30 detik per scan, pengaturan speed motor dilakukan oleh remote aktuator unit dengan menginjeksikan standard arus 0-20 ma atau standard voltage 0-10 Volt. Kelengkapan lain dari scanner ini adalah sensor sheet break, head position selebar position slice valve yang terdapat di unit Wire. 3.5 Frame Digital Paralel Interface (FDPI) Frame digital paralel interface berfungsi sebagai pengendali scanner, unit ini menerima batasan batasan operasi dari komputer proses diantaranya : operasi loleal, operasi remote, menerima konstanta variabel speed AC drive motor scanner, menerima batas kertas kiri dan batas kertas kanan, mengirim besaran head position ke Remote Terminal Unit (Data Akusisi Unit). Unit ini dapat dioperasikan stand alone tanpa interaksi dengan komputer proses tetapi selalu memberikan informasi besaran head position melalui remote terminal unit.dan dilengkapi dengan sebuah processor yang melakukan proses logic dimana batasan pengoprasiannya diterima dari komputer proses. 116

6 Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir 3.6. Blok sistem Instrumentasi proses pabrik kertas tampak atas PULP PRE PARA non HEAD BOX """"""'" WIRE SYSTEM ARAH KERTAS " n Y' r 1 ;. HEAD BOX 18 SLICE f'". t.. MACHINE GLOS ~ANGGA KE LANT AI BA W AH PANEL FRAME DIGITAL PHERIPHERAL INTERFACE PANEL TERMINAL DAN SCANNER... " DRYER SYSTEM t j GROUP GENAP GROUP GANJIL CONTROL ROOM 100 METER CALANDER SCANNER BW MOIST 1 TAMBOUR = 3 TON (HASIL I JAM ) REMOTE TERMiNAL UNIT (DATA AKUSISI UNIT) ~~ ~~~ '~"ATOR UNIT JALUR KABEL LI ) DILANTAI AWAH._.. n._.._._.'"_n.._... ; I 20 METER!..._,_._.._-----~ 117

7 3.7. Blok Instrumentasi proses pabrik kertas tampak samping r I PULP PREPARATION PROCESS: CHEST, STOCK BOX, CHEST TANK: INSTRUMENTASI PENDUKUNG MELIPUTI: 1. FLOW STOCK PULP (MASS FLOW) RANGE SID M3/JAM ATAU 0000 SID 1750 LITER/MINUTE 2. DOSING STOCK VALVE POSITION (0 % SID 100%) 3. LEVEL CONTROL CHEST TANK 4. PULP CONSISTENCY ( 2.0 % SID 4.0 %, OPERASI 3.0 % ) 5. LIMIT SWITCH DOSING VALVE POSITION INCREASE (INC) 6. LIMIT SWITCH DOSING VALVE POSITION DECREASE (DEC) 7. STATUS AUTO STOCK DOSING VALVE CONTROL 8. STATUS LOKAL STOCK DOSING VALVE CONTROL WIRE PROCESS INSTRUEMENT SENSOR WIRE SPEED RANGE: 0.0 SID MIMENIT WIRE PROCESS -J -.Jl MACHINE SPEED RANGE SID ;, MACHINE GLOS! I. I DRYER PROCESS: :- 1. STEAM PRESSURE RANGE -1.0 BAR SID 2.0 BAR 2. LIMIT SWITCH STEAM VALVE POSITION INCREASE (INC) 3. LIMIT SWITCH STEAM VALVE POSITION DECREASE (DEC) 4. STATUS REMOTEIAUTO STEAM PRESSURE CONTROL 5. STATUS MANUA:ULOKAL STEAM PRESSURE CONTROL 6. STEAM PRESSURE FEED BACK VALVE POSITION (0 SID 100%) DRYER PROCESS SENSOR SCANNER BWIM PROCESS: 01. STATUS SHEET BREAK (PAPER BREAK) 02. STATUS REEL TURN UP 03. STATUS ONIOFF SHEET 04. STATUS GAIN MONITOR IR MOISTURE 05. LIMIT FORWARD SCANNER 06. LIMIT REVERSE SCANNER 07. HOME END OFF SHEET (MEMBER I NILAI HP MIN) 08. FAR END OFF SHEET (MEMBERI NILAI HP MAKS) (HP = HEAD POSITION) 09. BASIS WEIGHT (BW) SENSOR 10. DETECTOR COL TEMP 11. DETECTOR GAP TEMP 12. SOURCE COL TEMP 13. SOURCE GAP TEMP 14. HEAD POSITION (HP) 15. STATUS FORWARD REVERSE SCANNER 16. MOIST MEASURE 17. MOIST REFERENSE 18. REELER SPEED (0 SID M/MENIT) 118

8 3.8. Blok sistem terintegrasi Instrumentasi proses pabrik kertas PANEL _ FDPI I -, L.1 I I i SCANNER BW/M KOMPUTER SCANNER PANEL INSTRUMENTASI / I CONTROL ROOM PANEL SCANNER PANEL RTU/ DAU COMPUTER INFORMASI RAU ACCU RAY PID 8W CONTROLLER ACCU-RA Y PID MOIST CONTROLLER I DIHUBUNGKAN DENGAN DEZURICK FLOW STOCK DOSING VALVE DI PANEL INSTRUMENT DIHUBUNGKAN DENGAN TYLOR STEAM PRESURE CONTROLLER DI PANEL INSTRUMENT I, Gambar 2. Integrasi hardware sistem proses dan kendali Basis weight 119

9 4. KESIMPULAN Dari hasil identifikasi variabel proses pabrik kertas diperlukan sistem kendali scanner dengan masukan variabel head posistion dan kendali on off, sistem kendali basis weight (gramatur) dengan masukan variabel basis weight, flow stock, machine speed, consistensi dan kendali PID untuk buka tutup katup flow pulp, dan Sistem informasi proses untuk menginformasikan variabel analog 31 kana I, variabel counter 6 kanal dan variabe1 status 32 bit, serta dilengkapi tampilan proses yang melaporkan tampilan profil kertas arah melintang mesin kertas (cross direction) dan arah machine direction. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] IAEA (International Atomic Energy Agency) 1965, Radioisotope Instruments in Industry and Geophysic, Viena. [2] Insustrial Nucleonic Accuray 1987, Colombus Ohio USA. 120