PEMBUATAN SISTEM MONITORING TEKANAN BERBASIS PLC PADA FASILITAS EKSPERIMEN SIMULASI PENDINGINAN SUNGKUP PLTN TIPE PWR Agus Nur Rachman, Kussigit Santosa Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang, 15310 E-mail: ptrkn@batan.go.id ABSTRAK PEMBUATAN SISTEM MONITORING TEKANAN BERBASIS PLC PADA FASILITAS EKSPERIMEN SIMULASI PENDINGINAN SUNGKUP PLTN TIPE PWR. Untuk lebih mendalami perilaku pembebanan internal yang berupa perubahan tekanan dan suhu pada sungkup reaktor perlu dilakukan penelitian dengan membuat model eksperimen sungkup reaktor. Pembuatan model sungkup PLTN telah dilakukan oleh peneliti lain. Makalah ini akan membahas sistem instrumentasi yang dapat memonitor perubahan tekanan pada sungkup. Untuk mengukur tekanan di dalam sungkup digunakan pressure transduser yang mempunyai kemampuan mengukur tekanan sampai 5 Bar. Keluaran pressure transduser tidak dalam satuan tekanan (Bar), melainkan dalam bentuk keluaran arus dari 4-20 ma. sehingga perlu dibuat sebuah sistem instrumentasi yang dapat mengkonversi satuan arus menjadi satuan tekanan. Sistem juga perlu dilakukan pengujian, untuk memastikan bahwa sistem telah bekerja sesuai dengan spesifikasi. Diharapkan dengan dibuatnya sistem monitoring ini perubahan tekanan pada model sungkup dapat diukur sehingga penelitian terkait pembebanan internal yang salah satunya berupa perubahan tekanan pada sungkup PLTN PWR dapat dilakukan dengan optimal. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan sistem dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan spesifikasi. Kata kunci : PLC, XG5000, Model Sungkup PLTN PWR ABSTRACT PRESSURE MONITORING SYSTEMS BASED ON PLC FOR COOLING SIMULATION EXPERIMENTS FACILITY IN NUCLEAR POWER PLANT CONTAINMENT PWR TYPE. Creating a model of experimental research reactor containment need to be done, to explore the behavior of internal loading in the form of changes in pressure and temperature. The construction of nuclear power plant containment model has been made by researchers. This paper will discuss the instrumentation system that can monitor the changes in pressure on the containment. Pressure transducers which have the ability to measure the pressure to 5 bar are used to measure the pressure inside the containment. Pressure transducer output is not in units of pressure (Bar), but in the unit of current 4-20 ma. So it needs an instrumentation system that can convert units of current into the unit of pressure. The system also needs to be tested, to ensure that the system has been working according to specifications. Hopefully with this monitoring system the changes of pressure in the containment model can be measured, so that the internal loading research that related on the form of pressure changes in the PWR nuclear power plant containment can be done optimally. Based on the testing results, the system can work properly and in accordance with the specifications. Key word : PLC, XG5000, PWR Nuklir power plants containment Model Agus Nur Rachman, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 115
PENDAHULUAN P enelitian mengenai estimasi pembebanan internal yang berupa perubahan tekanan dan suhu pada sungkup reaktor telah dilakukan oleh negara-negara maju yang mengembangkan PLTN terutama sejak terjadinya kecelakaan pada PLTN Chernobyl yang sampai menghancurkan gedung reaktornya sehingga menyebabkan tersebarnya material radioaktif ke lingkungan. Hasil detil dari penelitian tersebut tidak banyak yang dapat diakses sehingga untuk lebih mendalami perilaku pembebanan internal dan cara mengatasinya perlu dilakukan penelitian sendiri dengan membuat model eksperimen sungkup PLTN. Pembuatan model sungkup PLTN telah dilakukan oleh peneliti [1]. Model sungkup perlu dilengkapi dengan sistem instrumentasi yang dapat mengukur perubahan tekanan dan suhu yang terjadi di dalam sungkup. Untuk mengukur tekanan di dalam sungkup digunakan pressure transduser yang mempunyai kemampuan mengukur tekanan sampai 5 Bar. Namun keluaran pressure transduser tidak dalam satuan tekanan (Bar), melainkan dalam bentuk keluaran arus dari 4-20 ma. Untuk itu perlu dibuat sebuah sistem instrumentasi yang dapat mengkonversi output pressure transduser dari bentuk keluaran arus menjadi tampilan tekanan yaitu dengan menggunakan Programable Logic Controller (PLC). PLC perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui apakah PLC berfungsi dengan baik dan sesuai spesifikasi. Dengan PLC sistem instrumentasi yang dibuat menjadi lebih ringkas. Pada makalah ini dibahas tentang pembuatan sistem instrumentasi berbasis PLC untuk monitoring perubahan tekanan pada model sungkup PLTN tipe PWR. Diharapkan dengan dibuatnya sistem monitoring ini perubahan tekanan pada model sungkup dapat diukur sehingga penelitian terkait pembebanan internal yang salah satunya berupa perubahan tekanan pada sungkup PLTN PWR dapat dilakukan dengan optimal. TEORI A. Model Sungkup 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 telah 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 yang tidak dapat terkondensasi setelah terjadi kecelakaan kehilangan air pendingin (LOCA) pada sistem primer maupun pipa uap. Fasilitas Eksperimen Simulasi Pendinginan pada Sungkup Gambar 1. Model Sungkup PWR Buku I hal 116 ISSN 1410 8178 Agus Nur Rachman, dkk
Secara garis besar model sungkup terdiri dari beberapa bagian, yaitu bagian utama adalah dinding yang dibentuk dari sebuah plat baja karbon yang di kedua sisinya dilas sehingga berbentuk silinder, dan selanjutnya disebut dinding sungkup. Bagian atas yaitu penutupnya berbentuk setengah bola dan bagian pendukung yaitu sumber pembuatan uap dibagian bawah. Dinding sungkup 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. Model sungkup PWR ditampilkan pada Gambar1. B. Programmable Logic Control (PLC) Programmable Logic Control adalah sebuah perangkat elektronika digital yang dapat di program dengan menggunakan diagram ladder dan mempunyai memori sebagai media penyimpanan internal serta menyediakan instruksi-instruksi untuk menjalankan fungsi-fungsi yang spesifik seperti logic, sequence, timing, counting dan aritmatic[2]. PLC yang digunakan pada pembuatan sistem monitoring ini adalah XBM-DR16S, Modul XBF-AD04A dan Perangkat Lunak XG5000. 1. XBM-DR16S PLC XBM-DR16S merupakan sebuah Main Unit PLC yang memiliki 16 I/O, yang terdiri dari 8 input dan 8 output tipe relay. Bentuk fisik PLC XBM-DR16S ditampilkan pada Gambar 2, dan spesifikasinya ditampilkan pada Tabel 1. Tabel 1. Spesifikasi XBF-AD04A Menu Rentang Data Digital Kecepatan konversi Akurasi Kanal I/O Daya Spesifikasi DC 0 ~10 V, DC 4 ~20 ma, DC 0 ~20 ma Rentang 0 ~10 V 4 ~20 ma 0 ~20 ma Data 0 ~1000 4000 ~20000 0 ~20000 1,5ms / kanal ± 0.5 % atau kurang 4 kanal / modul DC 24V : 80mA 2. XBF-AD04A XBF-AD04A adalah sebuah modul yang berfungsi sebagai pembaca arus dalam tampilan digital berupa angka-angka. XBF-AD04A merupakan sebuah modul PLC sehingga dibutuhkan CPU PLC untuk dapat mengoperasikannya. Model XBF-AD04A ditampilkan pada Gambar 3. Keterangan : 1. Run LED Untuk menunjukkan kondisi Modul, Run, Stop, dan Error 2. Terminal Terdiri dari 4 kanal input termocouple dan supply tegangan 24V DC 3. Input Selection Untuk memilih input modul, arus atau tegangan Gambar 3. Modul XBF-AD04A [3] (a) (b) Keterangan : 1. LED indikator Input 6. Led indikator output 2. Konektor RS-232C 7. Led indikator status 3. Konektor input 8-1. konektor RS-485 4. Konektor output 8 8-2. konektor RS-232C 5. Key Switch 8-3. konektor power supply Gambar 2. Bagian-bagian PLC XBM-DR16S. (a) Tampak Depan, (b)tampak Bawah [2] 4. Perangkat Lunak XG5000 Untuk membuat program ladder pada PLC XBM-DR16S digunakan perangkat lunak XG5000. XG5000 adalah perangkat lunak yang dirancang untuk program dan debug PLC seri XGT dengan fitur ditampilkan pada Gambar 4. Agus Nur Rachman, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 117
Keterangan : Gambar 4. Tampilan Software XG 5000 [4] a. Menu bar e. Status bar b. Tool bar f. Edit window c. Project Window g Message window d. Variable Monitoring Window TATA KERJA Dalam pembuatan sistem monitoring ini yang pertama dilakukan adalah membangun sistem instrumentasi, dengan menghubungkan Modul XBF-AD04A dengan XBM-DR16S. Kemudian menghubungkan output pressure transduser (1) satu dan (2) dua ke modul XBF-AD04S pada kanal (1) satu dan (2) dua. Selanjutnya membuat diagram ladder dengan menggunakan perangkat lunak XG5000. Berikutnya hubungkan PLC dengan komputer menggunakan kabel RS232. Unduhkan diagram ladder yang telah dbut ke dalam PLC. Selanjutnya lakukan pengujian pada program yang telah dibuat, untuk mengetahui program yang dibuat sudah bekerja dengan baik dan sesuai dengan spesifikasi HASIL DAN PEMBAHASAN a. Rangkaian Instrumentasi Rangkaian instrumenstasi yang digunakan pada sistem ini terdiri dari blok input, proses, output. Blok input terdiri dari empat buah sensor thermocouple. Blok proses menggunakan PLC, dan blok outputnya menggunakan komputer. Rangkaian instrumentasi monitoring tekanan ditampilkan pada Gambar 6. Gambar 6. Rangkaian Instrumentasi Monitoring Tekanan Gambar 5. Diagram alir tata kerja b. Pemrograman Ladder Menggunakan Xg5000 Agar PLC dapat digunakan maka perlu diisikan dengan program diagram ladder. Pemrograman untuk PLC XBM-DR16S menggunakan perangkat lunak XG5000. Sebelum memulai pemrograman menggunakan perangkat lunak ini, ada 2 (dua) hal yang harus diperhatikan, yaitu : 1) Pemilihan tipe PLC Saat membuat lembar kerja baru muncul pertanyaan seri PLC apa yang digunakan. Pada Buku I hal 118 ISSN 1410 8178 Agus Nur Rachman, dkk
perancangan ini digunaka PLC LG dengan seri XGB, dengan tipe CPU XGB. Tampilan menu tipe PLC ditampilkan pada Gambar 7. satuan tekanan (bar) maka diperlukan sebuah persamaan untuk mengkonversi nilai arus (ma) menjadi satuan tekanan (bar), yaitu: y = ax + b (1) Jika x adalah tekanan dan y adalah arus maka x,y = 0,4 dan x 1,y 1 =5,20 Dimana rentang tekanan dari 0 sampai 5 Bar, dan arus dari 4 sampai 20 ma. Mencari nilai Dan nilai Gambar 7. Tampilan Tipe PLC 2) Mendaftarkan seri PLC dan Modul. Untuk mendaftarkan seri PLC dan modul yang terdapat pada menu I/O parameter, dan secara otomatis membuat register U untuk keperluan modul XBF-AD04A. Menu parameter I/O ditampilkan pada Gambar 8. Modul XBF-AD04A akan membaca output dari pressure transduser tetapi masih dalam bentuk arus. Karena diinginkan tampilan beraupa Maka didapat y = ax + b, y= 3.2x + 4 (2) Dari persamaan (1) dapat dicari nilai tekanan (x) sebagai berikut: x=.. (3) Dari rumus (3) dibuat ladder diagram untuk menampilkan hasil pengukuran pressure transduser, ditampilkan pada Gambar 9. Gambar 8. Menu paramater I/O Gambar 9 menunjukkan pemrograman menggunakan diagram ladder pada sistem monitoring suhu. Program ini dapat dibaca secara sequential dari baris pertama sampai akhir. Baris pertama berisi saklar start (M0001) dan stop (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 (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 U02.02 D0020, perintah ini digunakan untuk menampilkan arus yang terukur pada kanal 1, cabang pada baris kedua berisi ch5 (M0031), yang berfungsi sebagai indikator bahwa baris kedua sedang aktif. Baris ketiga berisi fungsi MOV U02.03 D0025 perintah ini digunakan untuk menampilkan arus yang terukur pada kanal 2, cabang pada baris kedua berisi ch6 (M0032), yang berfungsi sebagai indikator bahwa baris ketiga sedang aktif. Baris keempat sampai dengan tujuh : berisikan perintah yang didasarkan oleh rumus (3). Hasil pembacaan arus dari pressure transduser pada kanal 1di tampilkan di alamat D0135. Baris kedelapan samai dengan sebelas : berisikan perintah yang didasarkan oleh rumus (3). Hasil pembacaan arus dari pressure transduser pada kanal 2 di tampilkan di alamat D0155. Agus Nur Rachman, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 119
Gambar 9. Ladder Diagram Sistem Monitoring Tekanan c. Pengujian Sistem Monitoring Tekanan Untuk mengetahui apakah program ladder yang telah dibuat dapat bekerja dan berfungsi sesuai dengan spesifikasi, maka dilakukan pengujian. Gambar 10 menunjukkan hasil pengujian program ladder. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa program yang telah dibuat dapat bekerja sesuai dengan spesifikasi. Gambar 10, baris kedua di alamat D0020 menampilkan hasil pengukuran arus dikanal 1 yaitu sebesar 7.21mA. Pada baris ketujuh di alamat D0135 menampilkan hasil konversi arus dikanal 1 yaitu 1.00 bar. Baris ketiga di alamat D0025 menampilkan hasil pengukuran arus dikanal 2 yaitu sebesar 7.17mA. Pada baris kesebelas di alamat D0155 menampilkan hasil konversi arus dikanal 2 yaitu 0.99 Bar. Buku I hal 120 ISSN 1410 8178 Agus Nur Rachman, dkk
Gambar 10. Hasil Pengujian Ladder Diagram Sistem Monitoring Tekanan KESIMPULAN Telah dilakukan pembuatan dan pengujian sistem monitoring tekanan yang berbasis PLC pada model sungkup PLTN tipe PWR. PLC digunakan sebagai sebuah sistem instrumentasi yang memonitor perubahan tekanan di dalam sungkup. Untuk menampilkan hasil pengukuran menggunakan pemrograman ladder. Berdasarkan hasil pengujian, sistem yang telah dibangun dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan spesifikasi. Hal ini dapat dibuktikan dari hasil pengujian yang ditampilkan pada Gambar 10. Arus dikanal 1 yaitu sebesar 7.21mA dapat dikonversi menjadi 1.00Bar, dan arus dikanal 2 yaitu sebesar 7.17mA dapat dikonversi menjadi 0.99Bar. Pembuatan sistem monitoring tekanan pada model sungkup PLTN berbasis PLC dinyatakan telah selesai. DAFTAR PUSTAKA 1. Tjahyono, Hendro. 2010. Verikasi Dinamika Pembebanan dan Kondensasi Uap pada Sungkup PWR Melalui Pemodelan Eksperimental. Laporan Teknis, Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir. Badan Tenaga Nuklir Nasional. 2. User Manual XGB series. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) 3. Datasheet LS Programmable Logic Controller XGB Analog Input Module XBF AD04A. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) Agus Nur Rachman, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 121
4. User s Manual XG5000 IEC XGT Series. LS Industrial Systems Co., Ltd, (2007) TANYA JAWAB Sukidi Apakah konversi antara tekanan (Bar) dengan arus (Ampere) didapatkan hasil yang linier artinya pada partisi 1 Bar arusnya 5 ma atau berapakahmampu hasil akhir bisa linear atau tidak? Agus NR Perubahan tekanan dan arus pendek pada pressure transduser adalah linear Bila tekanan naik maka arus naik. Syahrudin Yusuf Usul untuk kegiatan rancang bangun, apabila disepakati oleh seluruh personil yang melakukan kegiatan tersebut agar diwujudkan menjadi satu system atau alat yang dapat dilihat atau dipelajari oleh generasi berikutnya sehingga tidak tumpang tindih dan selalu kembali ke starting point. Agus NR Setuju Buku I hal 122 ISSN 1410 8178 Agus Nur Rachman, dkk