RANCANG BANGUN SISTEM PANTAU TEMPERATUR PADA MODEL SUNGKUP PLTN DENGAN PLC XBM-DR16S

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PANTAU TEMPERATUR PADA MODEL SUNGKUP PLTN DENGAN PLC XBM-DR16S Kussigit Santosa, Agus Nur Rachman Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang kussigit@batan.go.id ABSTRAK RANCANG BANGUN SISTEM PANTAU TEMPERATUR PADA MODEL SUNGKUP PLTN DENGAN PLC XBM-DR16S. Untuk mendalami perilaku pembebanan internal pada sungkup reaktor perlu dilakukan penelitian dengan membuat model eksperimen sungkup reaktor. Pembuatan model sungkup ini telah dikerjakan pada kegiatan sebelumnya. Maka pada kegiatan penelitian ini telah dilakukan perancangan dan pembuatan sistem pantau temperatur pada sungkup PLTN menggunakan sensor termokopel tipe K yang dikendalikan dengan PLC (Programmable Logic Controller) tipe XBM-DR16S melalui interface modul XBF-TC04S. Metode yang digunakan adalah merancang dan membuat sistem pantau temperatur dan pengujian unjuk kerjanya. Sehingga fenomena temperatur didalam sungkup dapat diamati dan diukur dan hasilnya sangat bermanfaat bagi pengembangan keselamatan sungkup reaktor. Untuk menggerakkan PLC diperlukan pemograman yang berbasis pada diagram ladder XGB5000. Hasil pengukuran temperatur dapat ditampilkan didalam diagram ladder yang telah di running menggunakan perangkat lunak XG5000. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa sistem pantau temperatur yang dibuat dapat menampilkan hasil pengukuran kondisi temperatur pada sungkup reactor. Kata kunci : PLC, XG5000, Model Sungkup PLTN ABSTRACT DESIGN ON TEMPERATURE MONITORING SYSTEM MODEL NPP containment VESSEL WITH PLC XBM-DR16S. To explore the behavior of internal loading on the containtment of the reactor needs to be done by creating a model of experimental research reactor containtment. Containment modeling has been done on previous activity. So in this research activity has been carried out making the temperature monitoring system at nuclear power plant containment using type K thermocouple sensor which is controlled by PLC (Programmable Logic Controller) type-dr16s XBM through the interface module XBF-TC04S. The method used is the manufacture of temperature monitoring system and test its performance. So the phenomenon of temperature inside the containtment can be observed and measured and the results are very useful for the development of the reactor containment safety. To drive the PLC programming is required based on ladder diagrams XGB5000. Results of temperature measurement can be displayed in the ladder diagram which has been in the running to use the software XG5000. From the test results showed that the temperature monitoring system created to display the results of temperature measurement well. Key word : PLC, XG5000, NPP containment Model PENDAHULUAN P enelitian mengenai perkiraan pembebanan internal pada sungkup reaktor telah dilakukan oleh negara-negara maju yang mengembangkan PLTN terutama sejak terjadinya kecelakaan Chernobyl yang sampai menghancurkan gedung reaktor sehingga menyebabkan tersebarnya Kussigit Santosa, dkk. ISSN Buku I hal 123

2 material radioaktif ke lingkungan. Karena hasil detil dari penelitian tersebut tidak banyak yang dapat diakses sehingga untuk lebih mendalami perilaku pembebanan tersebut dan cara mengatasinya perlu dilakukan penelitian sendiri dengan membuat model eksperimen sungkup reaktor [1]. Pada model sungkup ini nantinya akan mencatat perubahan temperatur dan tekanan yang terjadi didalamnya. Pada kegiatan sistem pantau yang diakibatkan oleh pembebanan internal dibagi menjadi dua kegiatan, pertama adalah pembuatan sistem pantau temperatur dan yang kedua adalah pembuatan sistem pantau tekanan. Untuk makalah ini penulis menyajikan bagian yang pertama yaitu pembuatan sistem pantau temperatur pada model sungkup reaktor. Metodologi yang digunakan adalah pembuatan sistem pantau temperatur pada model sungkup dan pengujian alat apakah pembuatan ini bisa memantau suhu dengan baik. Perilaku ini dapat diamati atau divisualisasikan dengan mengetahui kondisi temperatur setiap peristiwa atau kejadian pembebanan internal. Sehingga sangatlah penting untuk mengetahui kondisi temperatur pada saat terjadinya pembebanan tersebut. Untuk membantu mengamati fenomena pembebanan internal maka sangatlah penting dan menjadi tujuan utama dari kegiatan ini untuk dibuat suatu sistem pemantauan temperatur guna mencatat dan menyimpan hasil pemantauan tersebut. Hasil yang diharapkan pada pembuatan sistem pantau temperatur dapat membantu mengamati perilaku pada pembebanan intenal pada sungkup reaktor. TEORI. Model Sungkup [1] Sungkup reaktor PLTN berfungsi sebagai pelindung reaktor dan menahan bahan radioaktif yang bocor dari sistem primer agar tidak keluar ke lingkungan bila terjadi kecelakaan dan melindungi reaktor dari gangguan eksternal serta sebagai perisai radiasi. Pemodelan sungkup yang akan dibuat adalah model eksperimen sungkup PLTN tipe air bertekanan (PWR) selanjutnya akan disebut sungkup PWR. Sungkup PWR adalah sebuah fasilitas eksperimen untuk simulasi pendinginan pada sungkup ketika terjadi kecelakaan dan mensimulasikan akibat adanya pembebanan internal berupa naiknya tekanan akibat uap air dan gas tidak dapat terkondensasi setelah terjadi kecelakaan kehilangan air pendingin (LOCA) pada sistem primer maupun pipa uap. Gambar 1 merupakan gambar model Sungkup PWR yang digunakan pada kegiatan penelitian. Gambar 1. Model Sungkup PWR [1] Buku I hal 124 ISSN Kussigit Santosa, dkk

3 Secara garis besar model sungkup terdiri dari beberapa bagian, yaitu bagian utama adalah sebuah silinder yang dibentuk dari sebuah plat baja yang di kedua sisinya dilas sehingga berbentuk silinder. Penutup sungkup yang berbentuk setengah bola dan bagian pendukung berupa sumber pembuatan uap dibagian bawah silinder berupa suatu wadah tempat pendidihan air. Bagian silinder selanjutnya disebut dinding sungkup atau sungkup, dimana sungkup ini adalah tempat berinteraksinya uap dengan air pendingin, sebagai simulasi pembebanan internal dengan asumsi bahwa sumber naiknya tekanan di dalam sungkup adalah uap yang dapat berasal dari bocornya sistem primer maupun sistem sekunder yang diperparah dengan adanya tambahan gas tak terkondensasi. Sumber energi pendidihan dapat berasal dari energi dalam dari air sebelum bocor atau juga berasal dari energi dalam dari hasil interaksi lelehan logam dengan air primer. PLC (Programmable Logic Control) [2] Konsep dari PLC sesuai dengan namanya adalah sebagai berikut. Programmable, menunjukkan kemampuannya yang dapat dengan mudah diubah-ubah sesuai program yang dibuat. Logic, menunjukkan kemampuannya dalam memproses masukan secara aritmetik (ALU), yaitu melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi dan mengurangi serta negasi. Controller, menunjukkan kemampuannya dalam mengendalikan dan mengatur proses sehingga menghasilkan keluaran yang diinginkan. Jadi Programmable Logic Control adalah sebuah perangkat elektronika digital yang menggunakan memori yang dapat di program sebagai penyimpanan internal dan menyediakan instruksi-instruksi untuk menjalankan fungsi-fungsi yang spesifik seperti logic, sequence, timing, counting dan aritmatic. PLC yang digunakan pada pembuatan ini adalah tipe XBM-DR16S dan Modul XBF-TC04S yang digunakan untuk interface termokopel tipe K. Secara umum fungsi dari PLC adalah sebagai berikut : Kontrol Sekuensial PLC memroses masukan sinyal biner menjadi keluaran yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat. Pemantauan Plant PLC secara terus menerus memonitor suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut ke operator. Diagram Ladder [3] Diagram Ladder menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertical dimana garis vertical sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positip catu daya dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatip catu daya. Program ladder ditulis menggunakan bentuk pictorial atau simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemen-elemen seperti normally open contact, normally closed contact, timer, counter, sequencer ditampilkan seperti dalam bentuk pictorial. Dibawah kondisi yang benar, listrik dapat mengalir dari rel sebelah kiri ke rel sebelah kanan, jalur rel seperti ini disebut sebagai ladder line (garis tangga). Peraturan secara umum di dalam menggambarkan program ladder diagram adalah : Daya mengalir dari rel kiri ke rel kanan. Keluaran koil tidak boleh dihubungkan secara langsung di rel sebelah kiri. Tidak ada kontak yang diletakkan disebelah kanan keluaran coil. Hanya diperbolehkan satu keluaran koil pada ladder line. Bentuk diagram ladder, dapat ditunjukkan seperti Gambar 2. Diantara dua garis ini dipasang kontakkontak yang menggambarkan kontrol dari switch, sensor atau keluaran. Satu baris dari diagram disebut dengan satu rung. Masukan menggunakan simbol (kontak normally open) dan / (kontak normally close). Keluaran mempunyai symbol ( ) yang terletak paling kanan. Untuk membuat program ladder pada PLC XBM-DR16S digunakan perangkat lunak XG Gambar 2. Diagram Ladder Kussigit Santosa, dkk. ISSN Buku I hal 125

4 TATA KERJA Menentukan dan membuat konfigurasi dan jenis rangkaian intrumentasi yang terdiri dari termokopel, modul XBF-TC04S, PLC XGM- DR16S, Catu daya dan Personal Komputer. Membuat aplikasi penggerak PLC menggunakan perangkat lunak XG5000 berupa diagram ladder pada komputer PC. Download diagram ladder yang sudah jadi ke PLC dan Langkah terakhir adalah pengujian. Untuk melihat lebih jelas urutan tata kerja dapat dilihat pada diagram alir tata kerja pada Gambar 3. MULAI Membuat konfigurasi rangkaian Pemograman Ladder Unduh ladder diagram ke PLC Pengujian baik? SELESAI Ya tidak Gambar 3. Diagram alir tata kerja Catu daya HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan konfigurasi rangkaian pengukuran temperatur Rangkaian instrumenstasi temperatur yang digunakan pada sistem ini terdiri dari blok masukan, proses, dan blok keluaran. Blok masukan terdiri dari empat buah sensor termokopel Blok proses menggunakan PLC, dan blok keluarannya menggunakan komputer. Pada fasilitas modul XBF-TC04S terdiri 4 kanal yang bisa dihubungkan ke termokopel sedangkan pada sungkup ada 6 fasilitas lubang TC. Konfigurasi termokopel sebagai berikut : 3 dipasang diliteral dinding sungkup dan satu di pipa inlet sumber uap panas.peralatan yang digunakan untuk mengambil atau mengukur temperatur pada sungkup reaktor digunakan sensor termokopel tipe K, termokopel jenis ini terbuat dari perpaduan antara Cromel (positif) dengan Alumel (negatif) yang mempunyai range pengukuran sekitar 0 o C 1100 o C [2]. Alasan dipakainya termokopel jenis ini adalah ketersedian dipasar cukup banyak dan batasan range yang cukup lebar dibandingkan temperatur operasi sungkup yang hanya sekitar 200 o C. Untuk memantau hasil pengukuran temperatur pada model sungkup ini diperlukan sebuah peralatan instrumentasi yang terdiri dari sensor temperatur dan Programmable Logic Controller (PLC) XBM-DR16S. Dengan PLC sistem instrumentasi yang dibuat akan menjadi lebih ringkas dan mudah bila dibandingkan dengan menggunakan mikrokontroler [3]. Karena pada PLC sudah disediakan code fungsi-fungsi dalam bentuk fungsi blok (block function).blok diagram sistem pantau temperatur ini dapat ditunjukan pada Gambar 4 dan Gambar 5. XGM -DR16S XBF TC04S CH 0 CH 1 C P U Monitor CH 2 CH 3 Komputer Masukan Proses Keluaran Gambar 4. Diagram Blok Sistem Pantau Temperatur Buku I hal 126 ISSN Kussigit Santosa, dkk

5 Gambar 5. Rangkaian Instrumentasi Sistem Pantau Temperatur B. Pemograman menggunakan XG [3,4] Setelah rangkaian imstrumentasi terhubung dengan baik maka selanjutnya dibuat diagram ladder dengan menggunakan perangkat lunak XG5000. Sebelum memulai dilakukan dalam penggunaannya, antara lain : 1. Pemilihan tipe PLC Saat membuat lembar kerja akan muncul pertanyaan seri PLC apa yang digunakan. Pada pembuatan ini PLC yang digunakan adalah PLC dengan seri XGB, dengan tipe CPU XGB. 2. Mendaftarkan seri PLC dan Modul yang digunakan pada menu I/O parameter. Pada perangkat lunak XG5000 setelah melakukan pendaftaran PLC dan modul yang digunakan maka akan secara otomatis membuat register untuk keperluan modul-modul tersebut. 3. Mengatur sambungan RS232 PLC di komputer agar dapat di-unduh dengan program ladder diagram atau mengunggah ladder diagram yang telah ada di PLC. Gambar 6 menunjukkan pemrograman menggunakn diagram ladder pada sistem pantau temperatur. Program ini dapat dibaca secara sequential dari baris pertama sampai akhir. Baris pertama berisi saklar start (M0001) dan stop Gambar 6. Diagram Ladder sistem pantau temperatur (M0002), yang berfungsi untuk menghidupkan sistem. Jika saklar start (M0001) ditekan maka saklar_on (M0020) akan aktif dan terkunci, dan akan mengaktifkan fungsi-fungsi yang ada pada baris kedua sampai kelima. Jika saklar stop Kussigit Santosa, dkk. ISSN Buku I hal 127

6 (M0002) ditekan maka saklar_on (M0020) akan terputus/mati dan mengkaibatkan baris kedua sampai dengan kelima akan terputus/mati juga. Baris kedua sampai dengan keempat berisi fungsi : Baris kedua: MOV U01.04 D0000, perintah ini digunakan untuk menampilkan temperatur yang terukur pada kanal 0, cabang pada baris kedua berisi ch0 (M0021), yang berfungsi sebagai indikator bahwa baris kedua sedang aktif. Baris ketiga berisi fungsi MOV U01.05 D0005 perintah ini digunakan untuk menampilkan temperatur yang terukur pada kanal 1, cabang pada baris kedua berisi ch1 (M0022), yang berfungsi sebagai indikator bahwa baris ketiga sedang aktif. Baris keempat: MOV U01.06 D0010, perintah ini digunakan untuk menampilkan temperatur yang terukur pada kanal 2, cabang pada baris kedua berisi ch2 (M0023), yang berfungsi sebagai indikator bahwa baris keempat sedang aktif. Baris kelima berisi fungsi MOV U01.07 D0015 perintah ini digunakan untuk menampilkan temperatur yang terukur pada kanal 3, cabang pada baris kedua berisi ch3 (M0024), yang berfungsi sebagai indikator bahwa baris keempat sedang aktif. C. Pengujian Sistem Pantau Temperatur Untuk mengetahui apakah program ladder yang dibuat dapat bekerja dengan baik maka dilakukan pengujian. Gambar 7, menunjukkan hasil pengujian program ladder. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa program yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik. Pada Gambar 7, baris kedua di alamat D0000 menampilkan hasil pengukuran temperatur di kanal 0 yaitu sebesar 23.5 o C. Pada baris ketiga di alamat D0005 menampilkan hasil pengukuran temperatur di kanal 1 yaitu 25.4 o C. Pada baris keempat di alamat D0010 menampilkan hasil pengukuran temperatur di kanal 2 yaitu 26.0 o C. Pada baris kelima di alamat D0015 menampilkan hasil pengukuran temperatur di kanal 3 yaitu 26.0 o C dan beberapa contoh pengambilan sampel temperatur dalam bentuk Tabel1. Gambar 7. Hasil Pengujian Diagram Ladder Sistem Pantau Temperatur Buku I hal 128 ISSN Kussigit Santosa, dkk

7 Tabel 1. Contoh pengambilan sampel Daya 4000 watt No Waktu Kanal 0 Kanal 1 Kanal 2 Kanal :00 32,30 26,30 26,40 26, :30 50,90 29,80 30,10 30, :00 77,30 40,20 40,80 40, :30 88,20 46,90 47,10 48, :00 105,10 64,40 65,20 58, :30 110,40 76,40 76,80 76, :00 113,20 81,70 82,20 77,60 KESIMPULAN Sistem pantau temperatur pada model sungkup PLTN menggunakan PLC XBM-DR16S telah dibuat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa temperatur didalam model sungkup PLTN dapat diamati dan diukur dengan akurat sehingga hasilnya dapat digunakan untuk pengembangan keselamatan sungkup reaktor. DAFTAR PUSTAKA 1. Hendro Tjahjono, Pemodelan Sungkup PWR untuk Eksperimen Dinamika Pembebanan dan Kondensasi Uap, Laporan Teknis Pusat Teknologi Keselamatan Nuklir User Manual XGB series. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) 3. Datasheet LS Programmable Logic Controller XGB Masukan Module XBF TC04S. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) 4. Kussigit Santosa, dkk, Pemrograman PLC XBM-DR16S dan Modul XBF-TC04S Untuk Revitalisasi Kalibrator Suhu Termofast, Prosiding Seminar Nasional, Penelitian Pengelolaan Perangkat Nuklir, Yogyakarta,Tahun 2010 Kussigit Santosa, dkk. ISSN Buku I hal 129