PEMBUATAN SISTEM MONITORING TEKANAN DAN TEMPERATUR BERBASIS PLC PADA SARANA EKSPERIMEN KONDENSASI (SEKONDEN) Kussigit Santosa, Agus Nur Rachman Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, Puspiptek, Serpong, Tangerang Email : kussigit@batan.go.id ABSTRAK PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEKANAN DAN TEMPERATUR BERBASIS PLC PADA SARANA EKSPERIMEN KONDENSASI. Telah dilakukan pembuatan sistem monitoring tekanan dan temperatur berbasis PLC (Programming Logical Controller) pada sarana eksperimen kondensasi. Model sekonden merupakan sarana mendalami perilaku pembebanan internal yaitu berupa perubahan temperatur dan tekanan yang saling terkait pada sungkup reaktor PLTN. Untuk mengamati tingkah laku karakteristik ini diperlukan suatu alat untuk mencatat dan merekam besaran temperatur dan tekanan yang terjadi pada saat eksperimen, maka dibuatlah sistem akuisisi data temperatur dan tekanan. Tujuan dari pembuatan sistem monitoring temperatur dan tekanan ini adalah untuk mempermudah dan memperlancar pengumpulan data temperatur dan tekanan yang disebabkan karena injeksi air dengan kondisi tertentu pada sekonden. Metode yang digunakan adalah merangkai modul-modul yang berupa yang terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak, adapun perangkat keras utamanya terdiri PLC XBM-DR16S, Modul XBF- TC04S dan XBF-AD04A, sedangkan perangkat lunak yang digunakan adalah XG5000. Sensor yang digunakan pada pengukuran temperatur menggunakan sensor termokopel tipe k dan tekanan menggunakan pressure transduser. Dari hasil eksperimen dapat disimpulkan bahwa pembuatan sistem monitoring temperatur dan tekanan dapat berjalan dengan baik dan dapat dipergunakan untuk keperluan monitoring tekanan dan temperatur pada sarana eksperimen kondensasi. Kata kunci : Akuisisi data, PLC, temperatur dan tekanan ABSTRACT DEVELOPMENT OF TEMPERATURE AND PRESSURE MONITORING SYSTEM BASED ON PLC AT THE CONDENSATION EXPERIMENTS FACILITY. Manufacturing temperature and pressure monitoring system based on PLC (Programming Logical Controller) on the condensation experiments facility has been made. Sekonden model is a tool that is steeped in the behavior of internal loading in the form of changes in temperature and pressure are interlinked in nuclear reactor containment. To observe the behavior of these characteristics needed a tool to take notes and record the magnitude of the temperature and pressure that occur during the experiment, then made the data acquisition system temperature and pressure, The objective of the temperature and pressure monitoring system is to simplify and streamline data collection temperature and pressure caused by the injection of water with certain conditions on sekonden. The method used is to assemble the modules that form which consists of hardware and software, while hardware consists primarily PLC- XBM-DR16S, Module XBF-TC04S and XBF-AD04A, while the software used is XG5000. Sensors are used in temperature measurement using a sensor of type k thermocouple and pressure using a pressure transducer. From the experimental results it can be concluded that the manufacture of pressure and temperature monitoring system can work well and can be used for purposes of monitoring pressure and temperature experiments on the condensation experiments facility. Keywords: Data Acquisition, PLC, temperature and pressure. Buku II hal. 548
PENDAHULUAN S arana eksperimen kondensasi (Sekonden) merupakan salah satu fasilitas eksperimen yang ada di Bidang Operasi Fasilitas. Fasilitas ini dioperasikan untuk mempelajari fenomena kondensasi yang terjadi pada reaktor. Parameter yang diamati pada percobaan dengan menggunakan sekonden adalah hubungan temperatur dan tekanan. Hambatan yang dihadapi pada sistem peralatan sebelumnya adalah tidak bisa mencatat atau merekam besaran tekanan, sehingga kaitan antara besaran temperatur dan tekanan tidak bisa diamati secara cepat. Karena begitu pentingnya untuk mengamati dan meneliti tingkah laku antara hubungan temperatur dan tekanan ini maka diperlukan suatu sistem yang teliti dan cepat untuk menyimpan data yang sedang diamati. Untuk itu kegiatan pembuatan sistem monitoring temperatur dan tekanan berbasis PLC ini diperlukan. Pembuatan sistem monitoring ini bertujuan mencatat dan merekam data perubahan hubungan antara temperatur dan tekanan yang terjadi pada sekonden dan menyimpannya dalam komputer, sehingga untuk melakukan pengolahan data lebih lanjut dapat dilakukan dengan mudah. Untuk melakukan kegiatan ini maka metoda yang digunakan adalah merangkai modul-modul yang terdiri dari modul PLC XBM-DR16S yang merupakan modul kendali yang dirangkai dengan modul XBF-TC04S dan XBF-AD04A yang masing-masing modul tersebut merupakan modul pengambil data dari termokopel dan pressure tranducer. Langkah selanjutnya adalah pembuatan program kendali pada komputer dengan perangkat lunak XG5000. Program ini berupa program ladder dan lebih dikenal dengan diagram ladder. Setelah semuanya siap maka langkah terakhir adalah memasukkan perangkat lunak kendali tersebut ke modul PLC. TEORI Sekonden (Sarana eksperimen kondensasi) Reaktor PLTN sebenarnya adalah tempat reaksi fisi yang menghasilkan radioaktif dan panas pelepasan. Panas pelepasan inilah yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik dengan menggunakan mesin turbin uap. Hubungan antara temperatur dan tekanan didalam sungkup reaktor sangat penting. Salah satu kegagalan reaktor dapat terjadi karena kegagalan pendinginan (LOCA). Kegagalan pendinginan ini harus segera diatasi maka perlu dilakukan studi tingkah laku pendinginan dengan injeksi air dengan tekanan tertentu agar mendapatkan kondisi temperatur yang aman [1]. Maka perlu dibuat sarana eksperimen kondensasi (sekonden). Diagram dan gambar sekonden dapat ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Gambar 1. Diagram sarana eksperimen kondensasi (sekonden) Gambar 2. Sarana eksperimen kondensasi (sekonden) PLC (Programmable Logic Control) Programmable Logic Control adalah sebuah perangkat elektronika digital yang menggunakan memori dapat di program sebagai penyimpanan internal dan menyediakan instruksiinstruksi untuk menjalankan fungsi-fungsi yang spesifik seperti logic, sequence, timing, counting dan aritmatic. [2,3] PLC yang digunakan pada perancangan ini adalah XBM-DR16S, Modul XBF- TC04S dan XBF-AD04A 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 [2]. Adapun bentuk fisik PLC XBM-DR16S dapat dilihat pada Gambar 3. Di PLC inilah diagram ladder yang telah dibuat di komputer dimasukkan ke dalam PLC ini. Buku II hal. 548
Adapun bentuk tampilan layar editor XG5000 dapat dilihat pada Gambar 4. untuk 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 8-2. konektor RS-232C 8 5. Key Switch 8-3. konektor power supply Gambar 3. Bagian-bagian PLC XBM-DR16S. XBF-TC04S Untuk melakukan pembacaan temperatur dari sensor termokopel tipe k diperlukan sebuah modul antar muka yang dapat mengubah tegangan output dari termokopel menjadi sebuah data digital. Untuk memudahkan proses pembacaan tegangan output termokopel digunakan modul XBF-TC04S [3]. Modul ini merubah tegangan output termokopel menjadi data digital yang dapat langsung terbaca oleh manusia, karena tampilannya sudah berupa angka-angka. Tetapi karena XBF-TC04S merupakan sebuah modul PLC sehingga dibutuhkan CPU PLC untuk dapat mengoperasikannya. XBF-AD04A XBF-AD04A adalah sebuah modul antarmuka yang berfungsi sebagai pembaca arus dalam tampilan digital berupa angka-angka. XBF- AD04A merupakan sebuah modul PLC sehingga dibutuhkan CPU PLC untuk dapat mengoperasikannya [4]. Perangkat Lunak XG5000 Untuk membuat diagram ladder pada PLC XBM-DR16S digunakan perangkat lunak XG5000. XG5000 adalah perangkat lunak yang dirancang untuk program dan debug PLC seri XGT dengan fitur antara lain sebagai berikut [5] : 1. Multi-PLC, Multi Program Memungkinkan pengguna untuk mengedit, memantau atau mengelola sistem PLC. 2. Multi monitoring Berbagai fungsi pemantauan disediakan seperti pemantauan variabel, pemantauan perangkat, sistim monitoring, pemantauan tren, pemantauan modul khusus, dan lain-lain. Keterangan : a. Menu bar e. Status bar b. Tool bar f. Edit window c. Project Window g Message window d. Variable Monitoring Window Gambar 4. Tampilan perangkat lunak XG 5000 TATA KERJA Gambar 5. Diagram alir tata kerja Langkah-langkah pembuatan sistem monitoring ini adalah merangkai modul XBF- TC04S dan XBF-AD04A dengan XBM-DR16S yang merupakan kendali utama. Hubungan antara masing-masing modul ini harus sesuai dengan spesifikasi. Sensor termokopel tipe K yang jumlahnya 5 (lima) buah disambungkan ke modul XBF-TC04S dan 2 sensor tekanan disambungkan ke modul XBF-AD04A. Langkah selanjutnya adalah membuat program kendali monitoring pada komputer menggunakan perangkat lunak XG5000, program ini lebih dikenal dengan diagram ladder. Kussigit santosa, dkk. Buku II hal. 549
Setelah diagram ladder ini jadi, langkah terakhir adalah memasukkan (download) diagram ladder ke CPU PLC XBM-DR16S. Untuk melihat lebih jelas urutan dari tata kerja dapat dilihat pada Gambar 5. HASIL DAN PEMBAHASAN Rangkaian Instrumentasi Rangkaian instrumenstasi yang digunakan pada sistem ini terdiri dari blok input, proses, output. Blok input terdiri dari lima buah sensor termokopel dan dua buah pressure transduser. Blok proses menggunakan PLC XBM-DR16S dengan modul XBF-TC04S dan XBF-AD04A. Pada blok output menggunakan sebuah perangkat komputer. Blok diagram rangkaian ini seperti terlihat pada Gambar 6. Pemrograman ladder dengan XG5000 Agar PLC dapat digunakan maka perlu diisikan dengan program diagram ladder [5]. 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 perancangan ini digunakan PLC LG dengan seri XGB, dengan tipe CPU XGB. Tampilan menu tipe PLC ditampilkan pada Gambar 7. 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-TC04S dan XBF-AD04A. Menu parameter I/O ditampilkan pada Gambar 8. Gambar 6. Rangkaian instrumentasi monitoring temperatur dan tekanan Gambar 8. Menu paramater I/O Gambar 7. Tampilan tipe PLC Modul XBF-TC04S akan membaca output dari termokopel, pada modul ini keluaran dari sensor termokopel akan langsung dikonversi dalam Buku II hal. 550
bentuk temperatur sehingga memudahkan dalam pemrogramannya Gambar 9 menunjukkan hasil pemrograman menggunakan diagram ladder pada sistem monitoring temperatur. Pada baris 2 sampai ke baris 6 menunjukkan output dari modul XBF- TC04S dibaca pada register U yaitu pada U0104, U0105, U0106, U0107 dan U0204. Kemudian dari register tersebut ditempatkan pada register D, yaitu D0100, D0110, D0120, D0130 dan D0140 sebagai tempat penyimpanan sementara. Dari persamaan (1) dapat dicari nilai tekanan (x) sebagai berikut: x =. (3) Dari rumus (3) dibuat diagram ladder untuk menampilkan hasil pengukuran pressure transduser, ditampilkan pada Gambar 10. Gambar 10. Diagram ladder sistem monitoring tekanan Tabel 1. Hasil uji coba sistem monitoring temperatur dan tekanan pada sekonden Gambar 9. Diagram ladder sistem monitoring temperatur Modul XBF-AD04A akan membaca output dari pressure transduser tetapi masih dalam bentuk arus. Karena diinginkan tampilan berupa 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 Maka didapat y = ax + b, y = 3.2x + 4. (2) NO. P1 P2 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 1 0.77 0.75 31.5 30.7 30.5 31.5 32.5 2 0.77 0.78 31.7 30.6 30.5 31.5 32.5 3 0.8 0.82 32 30.2 31 31 32 4 0.82 0.85 32.1 30.1 31.1 31 32.5 5 0.81 0.82 31.9 30.2 30.9 31.1 32 6 0.78 0.8 31.6 30.5 30.5 31.5 32.5 7 0.8 0.83 31.4 30.8 30.4 31.7 32.5 8 0.82 0.85 31.5 30.7 30.5 31.7 32.7 9 0.82 0.83 31.6 30.6 30.6 31.5 32 10 0.77 0.8 32.1 30.1 31.1 31 32.2 11 0.77 0.79 32.1 30.2 31.1 31.2 31.8 Keterangan : P : Tekanan TC : Pembacaan Temperatur. Pada baris 1 dan baris 2 menunjukkan output dari modul XBF-AD04A dibaca pada register U yaitu pada U0302 dan U0303. Kemudian dari register tersebut ditempatkan pada register Kussigit santosa, dkk. Buku II hal. 549
D0150 dan D0160, sebagai tempat penyimpanan sementara. Selanjutnya pada baris 3 dan baris 4 menunjukkan proses konversi arus yang terbaca modul, kemudian diubah menjadi bentuk satuan tekanan berdasarkan rumus (3). Ringkasan hasil percobaan sistem monitoring temperatur dan tekanan pada sekoden dapat dilihat pada Tabel 1. Dari hasil percobaan monitoring temperatur dan tekanan yang ditampilkan pada Tabel 1 maka dapat dilihat bahwa pembuatan sistem monitoring temperatur dan tekanan ini dapat berjalan dengan baik. PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR,, Yogyakarta, 6 Oktober 2009 2. ANONIM, User Manual XGB series. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) 3. ANONIM, Datasheet LS Programmable Logic Controller XGB Termokopel Input Module XBF TC04S. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) 4. ANONIM, Datasheet LS Programmable Logic Controller XGB Analog Input Module XBF AD04A. LS Industrial Systems Co.Ltd, (2006) 5. ANONIM, User s Manual XG5000 IEC XGT Series. LS Industrial Systems Co., Ltd, (2007) KESIMPULAN Telah dilakukan pembuatan sistem monitoring tekanan dan temperatur berbasis PLC pada sarana eksperimen kondensasi (sekonden). Dari hasil uji coba pada hasil dan pembahasan, bahwa sistem monitoring ini dapat berjalan dengan baik, yaitu besaran temperatur dan tekanan dapat terdokumentasi dengan baik dan tercatat pada komputer. Sehingga pembuatan sistem monitoring tekanan dan temperatur berbasis PLC pada sarana eksperimen kondensasi dapat digunakan. DAFTAR PUSTAKA 1. GIARNO, dkk Modifikasi Pipa Injektor pada Sarana Eksperimen Kondensasi, PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN TANYA JAWAB Ainur Rosidi Alasan pemilihan PLC XGB? Apkah PLC dapat menampilkan hasil pengukuran suhu daam bentuk 0 C? Kussigit Santosa Tipe PLC XGB sudah banyak digunakan di BOFA dan alasan pemilihan karena bahasa pemrograman bahasa PLC yang sudah umum yaitu tipe MK Bisa, akan tetapi harus mengkonversi terlebih dahulu. Buku II hal. 550