PENGEMBANGAN SIK UNTUK SAFETY CRITICAL PROCESSES DAN SPIN-OFF-NYA UNTUK INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH Widi Setiawan * dan Syarip ** 'P2PN - BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314 "P3TM - BATAN, JI. Babarsari, Yogyakarta 55010 Abstrak Sejak tahun 1994 telah dimulai upaya penguasaan dan pengembangan Sistem Instrumentasi dan Kendali (SIK) untuk reaktor riset, yang merepresentasikan safety critical processes, dengan sasaran terwujudnya sebuah sistem yang mendudukkan operator sebagai pengamat, pengoptimasi dan manager pad a saat adanya gangguan/kecelakaan. Dalam upaya tersebut dilakukan pembagian atas dua lingkup permasalahan. Pertama masalah penempaan kemampuan rancang- bangunlrekayasa SIK (overall system) yang memenuhi standard nuklir. Kedua adalah masalah upaya inovasi pada setiap bagian SIK untuk mewujudkan daya saing pasar melalui keunggulan produk dalam bentuk integrasi teknologi dan peningkatan kandungan lokal . Sejak tahun 2003 BAT AN telah pula mulai mewujudkan saran a pengembangan dan pengujian sistem kendali terdistribusi (Distributed Control System - DCS) untuk SIK reaktor daya yang terdiri dari prototipe emulator sistem kendali terdistribusi yang digabung dengan real-time simulator untuk Pressurized Water Reactor (PWR). Pemanfaatan jangka pendek penelitian dan pengembangan Sistem Instrumentasi dan Kendali di BA TAN ditujukan baik untuk reaktor riset yang telah ada di Indonesia maupun untuk masyarakat dalam wujud spin-off. Mengingat tugas pengembangan educational, technological & industrial infrastructure yang diemban oleh pemerintah an tara lain lembaga riset, dalam makalah ini dilaporkan kegiatan penelitian dan pengembangan dalam lingkup SIK safety critical processes yang dilakukan BA TAN bersama perguruan tinggi, serta kemungkinan untuk memperluas spin-off litbang tersebut bagi industri kecil dan menengah serta rumah sakit. 1. Pendahuluan Sistem lnstrumentasi & Kendali (SIK) didominasi oleh teknologi elektronik dan Komputer yang sangat cepat berkembang atau dengan kat a lain memiliki faktor kadaluarsa (obsolescence factor) yang dapat menjadi masalah besar bagi kelangsungan operasi reaktor nuklir. Suatu perangkat disebut telah kadal uarsa j ika terjadi kerusakan tidak dapat diperbaiki karena suku cadang sudah tidak diproduksi. Permasalahan kadaluarsa tersebut berakibat perlunya import perangkat pengganti yang terkait dengan biaya tinggi serta plant down-time. Jika technological & industrial infrastructure untuk SIK dapat ditumbuhkan ke arah kemampuan untuk mendukung SIK dari I'eaktor nuklir maupun safety critical industrial processes yang tidak menggunakan reaksi nuklir seperti industri petrokimia, industri perminyakan, dan industri pengolahan limbah B3, bahkan pembangkit listrik berbahan bakar fosil, misalnya berupa services, komponen dan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENGEMBANGAN SIK UNTUK SAFETY CRITICALPROCESSES DAN SPIN-OFF-NYA UNTUK INDUSTRI KECIL
Sejak tahun 1994 telah dimulai upaya penguasaan dan pengembangan Sistem Instrumentasi danKendali (SIK) untuk reaktor riset, yang merepresentasikan safety critical processes, dengansasaran terwujudnya sebuah sistem yang mendudukkan operator sebagai pengamat, pengoptimasidan manager pad a saat adanya gangguan/kecelakaan. Dalam upaya tersebut dilakukan pembagianatas dua lingkup permasalahan. Pertama masalah penempaan kemampuan rancangbangunlrekayasa SIK (overall system) yang memenuhi standard nuklir. Kedua adalah masalahupaya inovasi pada setiap bagian SIK untuk mewujudkan daya saing pasar melalui keunggulanproduk dalam bentuk integrasi teknologi dan peningkatan kandungan lokal . Sejak tahun 2003BAT AN telah pula mulai mewujudkan saran a pengembangan dan pengujian sistem kendaliterdistribusi (Distributed Control System - DCS) untuk SIK reaktor daya yang terdiri dari prototipeemulator sistem kendali terdistribusi yang digabung dengan real-time simulator untuk PressurizedWater Reactor (PWR). Pemanfaatan jangka pendek penelitian dan pengembangan SistemInstrumentasi dan Kendali di BATAN ditujukan baik untuk reaktor riset yang telah ada diIndonesia maupun untuk masyarakat dalam wujud spin-off. Mengingat tugas pengembanganeducational, technological & industrial infrastructure yang diemban oleh pemerintah an tara lainlembaga riset, dalam makalah ini dilaporkan kegiatan penelitian dan pengembangan dalam lingkupSIK safety critical processes yang dilakukan BATAN bersama perguruan tinggi, sertakemungkinan untuk memperluas spin-off litbang tersebut bagi industri kecil dan menengah sertarumah sakit.
1. Pendahuluan
Sistem lnstrumentasi & Kendali (SIK) didominasi oleh teknologi elektronik dan
Komputer yang sangat cepat berkembang atau dengan kat a lain memiliki faktor
kadaluarsa (obsolescence factor) yang dapat menjadi masalah besar bagi
kelangsungan operasi reaktor nuklir. Suatu perangkat disebut telah kadal uarsa j ika
terjadi kerusakan tidak dapat diperbaiki karena suku cadang sudah tidak
diproduksi. Permasalahan kadaluarsa tersebut berakibat perlunya import
perangkat pengganti yang terkait dengan biaya tinggi serta plant down-time.
Jika technological & industrial infrastructure untuk SIK dapat ditumbuhkan ke
arah kemampuan untuk mendukung SIK dari I'eaktor nuklir maupun safety critical
industrial processes yang tidak menggunakan reaksi nuklir seperti industri
petrokimia, industri perminyakan, dan industri pengolahan limbah B3, bahkan
pembangkit listrik berbahan bakar fosil, misalnya berupa services, komponen dan
kemampuan rancang bangun substitusi fungsional (refurbishing) tersedia di dalam
negeri, permasalahan kadaluarsa akan dapat diatasi.
Oleh karena itu, kemampuan rancang-bangun refurbishing SIK reaktor riset
merupakan faktor yang cukup dominan dalam upaya untuk menjaga kelangsungan
pengoperasian dan perawatan reaktor-reaktor nuklir yang telah beroperasi di
Indonesia (reaktor "Kartini" di Yogyakarta, TRIGA MARK II di Bandung, dan
Reaktor Serba Gooa "G.A. Siwabessy" di Serpong).
Demikian pula dalam rangka mempersiapkan program Pembangkit Listrik Tenaga
Nuklir (PL TN), terutama agar dapat memaksimalkan kandungan lokal dalam
setiap phase dari program PLTN dan menjamin operasi yang aman dan efisien
serta menjamin perawatan selama masa operasi PLTN, perlu dilakukan upaya alih
teknologi secara sistematis melalui pengembangan educational, technological &
industrial infrastructure.
Ini berarti bahwa realisasi upaya alih teknologi, tel utama dalam lingkup SIK perlu
dilaksanakan secara serentak, tidak hanya di BATAN, tetapi juga di perguruan
tinggi bahkan industri.
Sejak tahoo 1994 telah dimulai upaya penguasaan dan pengembangan Sistem
Instrumentasi dan Kendali (SIK) untuk reaktor riset dengan sasaran terwujudnya
sebuah sistem yang mendudukkan operator sebagai pengamat, pengoptimasi dan
manager pada saat adanya gangguan/kecelakaan. Dalam upaya tersebut telah
dilakukan pembagian permasalahan atas kemampuan rancang-bangun/rekayasa
SIK (overall system) yang memenuhi standard nuklir serta kemampuan meraih
inovasi pada setiap bagian SIK untuk mewujudkan daya saing pasar melalui
keunggulan produk dalam bentuk integrasi teknologi dan peningkatan kandungan
lokal (gambar 1) /1/.
53
Lingkup kegiatan Litbang SIK reaktorI
• Pengemba~an untuk memperolehPenempaan kemampuan daya saing dan kemampuanRancang Bangun Overall-System meningkatkan kandungan lokal
Peningkatan kandungan \okalinstr. Ukur & Kendali
KualitasNuklir
Pengembangan sisteminformasi proses
Pengembangan sistem operasiMulti-vendor
system
CIM : computer Pengembangan sistem yg
integrated manufacuring terkait dgn keselamatan
Gambar 1: Skema lingkup kegiatan penelitian dan pengembangan SIK reaktor
nuklir
Partisipasi nasional yang besar dalam rancang-bangun SIK dari PLTN pertama
kemungkinan sulit dicapai. Namun hal tersebut tidak berlaku dalan1 rancang
bangun nuclear power plant training simulator (NPPTS). Proyek NPPTS dapat
dipandang sebagai kendaraan untuk alih teknologi di bidang SIK bagi negara yang
akan membangun PLTN pertamanya.
Oleh karena itu dalam rangka mempersiapkan kemampuan partisipasi nasional
tersebut, sejak tabun 2003 BAT AN telah mulai mewujudkan sarana
pengembangan dan pengujian system kendali terdistribusi (Distributed Control
System - DCS) untuk SIK reaktor daya yang terdiri dari prototipe emulator sistem
kendali terdistribusi yang digabung dengan real-time simulator untuk Pressurized
Water Reactor (PWR) /2/.
Mengingat tugas pengembangan educational, technological & industrial
infrastructure kegiatan terse but dilakukan dengan melibatkan perguruan tinggi,
saat ini terutama Universitas Gadjah Mada dan perguruan tinggi dengan titik-berat
pendidikan ketrampilan seperti Politeknik Muhammadiyah Yogyakarta dan
Akademi Teknik Mesin Industri, serta dengan mengupayakan spin-off berupa
dukungan integrasi teknologi bagi masyarakat industri. Pemanfaatan jangka
54
pendek penelitian dan pengembangan SIK di BAT AN diberikan baik pada reaktor
riset yang telah ada di Indonesia maupun kepada masyarakat dalam wujud spin
off Dalam makalah ini dilaporkan kegiatan penelitian dan pengembangan yang
dilakukan BAT AN bersama perguruan tinggi, serta dibahas tentang kemungkinan
untuk memperluas spin-offuntuk industri kecil dan menengah serta rumah sakit.
2. Kegiatan Penguasaan Rancang-Bangun Overall System yang MemenuhiStandard Nuklir
Pengembangan SIK reaktor untuk safety critical industrial processes memerlukan
sarana untuk :
• Menggali permasalahan dalam SIK untuk safety critical industrial
processes .
• Menemukan solusi permasalahan, baik berupa metoda ataupun teknik barn
• Pengujian fungsi, unjuk kerja, dan keandalan prototype hasil
Dayareaktor
implementasi metodalteknik baru tersebut atau hasil peningkatan
kandunganlokal.
Oleh karena itu sasaran pertama dari upaya penguasaan kemampuan rancang
bangun overall system yang memenuhi standard nuklir adalah mewujudkan
sebuah prototipe SIK berbasis komputer dan berstruktur terdistribusi yang
diinstalasi di reaktor "Kartini" dan saat ini dipergunakan sebagai Instrumentation
and Control (I&C) Development System dengan obyek kendali reaktor "Kartini"
sebagai representasi dari safety critical industrial processes (gambar 2).
Isistem proteksiL I SistemInformasi Proses 1I Reaktor __ , L.§~~~en.mental !, , - --.- ..- --'Permintaanl Eksperimental J ! I .
Daya" . r-~---·L_.--
Sistem Kendali hReaktor IEksperimental l."Kartini" I
Gambar 2: Diagram blok Instrumentation and Control (I&C) Development System
dengan obyek kendali reaktor "Kartini"
55
Instrumentation and Control (l&C) Development System dirancang dengan
mempertimbangkan kemungkinan pengembangan fasilitas berikut :
(1) Sistem keselamatan (antara lain Sistem Proteksi Reaktor, dalam hal In!
selain reaktor dapat pula safety critical industrial processes lain)
(2) Sistem kendali (terutama nucleonic control system yang dapat
diaplikasikan baik di reaktor maupun di proses indusri yang menggunakan
metoda nuklir seperti industri kelapa sawit, kertas, petrokimia)
(3) Sistem Informasi Proses
(4) Sistem Proteksi Radiasi (untuk proses nuklir atau proses industri non
nuklir yang menggunakan nucleonic control system atau metoda nuklir
lainnya).
Teknologi yang dipergunakan pada konfigurasi standard dari Instrumentation and
Control (l&C) Development System adalah sbb.:
(1) Sistem Proteksi Reaktor :
Dirancang menurut National Standard ANSI/ANS-15.5.l978 : Criteria for the
reactor safety systems of research reactors, sistem proteksi untuk reaktor riset
terdiri dari :
a) Protective instrument system yang terdiri dari beberapa protective
instrument subsystems dan decision logic units. Sedangkan setiap
protective instrument subsystem terdiri dari decision logic units untuk
subsystem level dan beberapa protective instrument charmels yang terdiri
dari sensor, signal conditioners dan trip unit.
b) Safety shutdown equipment yang terdiri dari magnet power supply, magnet
current switches yang digerakkan oleh decision logic units atau manual
Kendali Prediktif Model (Model based Predictive Controller - MPC) berbasis
DSP56001 Motorola - diimplementasikan sebagai pengendali ketinggian
permukaan air pada pembangkit uap PLTN tipe PWR), 12 Juli 2004, Seminar
Pengembangan Instrumentasi & Kendali Nuklir 2004.
/4/ Meilana, Adi Susanto, Widi Setiawan, "Rancang bangun Kendali Fuzzy
Dengan Aktuator Motor Stepper (tahap awal sistem kendali posisi target
iradiasi tiga sumbu), 12 Juli 2004, Seminar Pengembangan Instrumentasi &Kendali Nuklir 2004.
70
Garis besar perjalanan penelitian dan pengembangan SIK untuk prosesnuklir di BAT AN sejak 1994
Thn. Kegiatan Hasil
anggaran 1994/1995~Penguasaan rekayasa overall ~SIK berbasis personal komputer
system
dan berstruktur terdistribusi
~Pengembangan kendali daya yang saat ini dipergunakan
dan start-up automatissebagai Instrumentation and
Control (I&C) DevelopmentSystem di reaktor "Kartini".~Sistem Kcndali nucleonic
(nucleonic control system)untuk pengendalian dayareaktor pada keadaan start-updan daya tetap (denganalgoritma gabungan directcontrol dan PO untuk start-upserta algoritma PID untuk dayatetap).1995/1996~Pengembangan maintenance ~Analisator vibrasi berbasis
expert svstem yang terdiri daripersonal computer sebagai
fasiiitas untuk predictivebagian dari fasilitas predictive
maintenance, preventive
maintenance.maintenance dan trouble shootin~.1996/1997
~Pengembangan analisator ~Analisator vibrasi (real-time)vibrasi dilanjutkan dengan basis
berbasis DSP5600 I Motorola
Digital Signal Processordengan I-axis accelerometer
DSP56001 Motorola.~Simulator analitis untuk reaktor
~Pengembangan metoda simulasi Kartini (dengan sistem operasi
proses untuk optimasiDOS pada Personal Computer)
parameter kendali : simulator teras reaktor Kartini berbasiskinetika titik dengan umpanbalik suhu. Suhu dihitung daritluks neutron dan distribusitluks untuk reaktor homogen.1997/1998~Pengembangan Sistem Kendali ~Kendali daya dan start-up
nucleonic (nucleonic controlautomatis dengan algoritma
system) dengan algoritma Fuzzyfuzzy controller.
Controller (diterapkan pada
~Perangkat lunak data-basekasus pengendal ian daya
pengkabelan lengkap denganreaktor pada keadaan start-up
fasilitas searching dengan datadan daya tetap)
entry melalui bar-code.~
Upaya mewujudkan fasilitastrouble shooting dimulai daripengembangan perangkat lunakdata-base lengkap denganfasilitas searching dengan dataentry melalui bar-code.
71
Thn. ~Kegiatan ~Hasil
anggaran 1998/1999~Revisi perangkat keras maupun~Embedded acquisition system
perangkat lunak SIK dengan
dengan Analog-to-Digitalsasaran berupa kesiapan untuk
Converter berupa add-on cardsertifikasi.
dan Digital Multimeter yangdikendalikan melalui IEEE-488bus.~
~Pengujian lapangan analisator ~Dipero1eh hasil uji cobavibrasi
analisator vibrasi pada kasus~
Pengembangan trouble karakterisasi redaman fondasi
shooting expert system.terhadap gempa bumi dan
vibrasi pompa pendingin kalangprimer (primary loop) reaktor.~Trouble shooting expert system
berbasis fault-tree untuk catudaya AC/DC dari I&CDevelopment System2000~Pengembangan fasilitas ~Data vibrasi sensor laju alir
predictive maintenance y.i.pada kalang primer dan
perangkat untuk identifikasi
sekunder.
sistem reaktor (primary loop dan secondary loop) terutamauntuk early fault detection(analisator vibrasi diuji-cobapada kasus karakterisasi vibrasikomponen lain y.i. sensor lajualir).2001
~Studi eksperimental terhadap ~Perangkat lunak 3 jenis filtermasalah rancang-bangun 3 jenis
Peningkatan kandungan loka1, ~Modul percobaan embeddedterutama perangkat keras
controller berbasis algoritmaembedded controller pada
Fuzzy controller pad a hardwareprocess level.
platform berupamicrocontroller 8031 dari Intel(d iterapkan untuk kasus
72
Thn.anggaran
2002
2003
~ Kegiatan
~
~ Pengembangan metodaoptimasi kendali Fuzzv yangmengarah ke penurunan fuzzyrule dan membershio functionsecara heuristic.
~ Pengembangan bagian akuisisidari sistem pembatas denganteknik real-time programmingpada real-time operating systemOS-9 dan VME-bus computerVM62 sebagai hardwareplatform.
~ Pengembangan sistem kendalimanual reaktor TRIGA2000
(kerma P2PN dan P3TkN)~ Rancang-bangun sistem akuisisi
dan MMI (Man-MachineInterface) untuk sistempenampil safety relatedparameter reaktor TRIGA2000Bandung (kerma P2PN, P3TM,P3TkN)
~ Pengembangan metoda simulasiproses untuk optimasiparameter kendali difokuskanpad a pengembangan simulatorproses dalam keadaan start-uoberbasis artificial neuralnetwork
~ Pengembangan sarana ujisystem kendali steam generatorserta saran a uji system kendalifluks neutron pada reaktor daya(tahap I)
~ Hasil
~ pengendalian daya reaktor)~ Rancangan algoritma neuro
fuzzy untuk penurunanfuzzyrule dan membership functionsecara heuristic.
~ Perangkat lunak untuk akuisisisinyal analog dengan real-timeoperating system OS-9 danVME- bus computer VM62sebagai hardware platform.
~ Sistem kendali manual reaktorTRIGA2000
~ Sistem akuisisi dan MMI (ManMachine Interface) lIntuksistem penampil safety relatedparameter reaktor TRIGA2000Bandung
~ Simulator reaktor "Kartini"
dalam keadaan start-up (subkritis) dan kritis berbasisartificial neural network.
~ Steam generator real-timesimulator berbasis modelsimulink utk transfer function
dari steam generator yangdiabaikan bagian orde 3 nya.Transfer function ygdipergunakan mengandllngbagian integral, non-minimumphase system dan orde 1
~ Sistem kendali PID digital danSistem kendali MPCS (ModelPredictive Control System)untuk pengendalian araspermukaan air dalam steamgenerator dengan masukanberupa sinyal analog araspermukaan air steam generatordari keluaran DAC pada realtime simulator. Keluaran
kendali tersebut berupa sinyalanalog utk DC motor driver.
~ Embedded controller untukreactor control rod drivesystem