42
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 23 Februai sampai dengan Juni 2015. Pembuatan program dilaksanakan di Sub Bidang Sistem instrumentasi dan Kendali serta pengambilan data di Ruang Kontrol Utama (RKU) PRSG GAS BATAN.
B. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Perangkat Keras (Hardware) Berikut perangka tkeras yang digunakan dalam penelitian ini adalah; a. Laptop Laptop berfungsi sebagai client (projec LabVIEW) dan server (NI OPC), serta penampil pengukuran data. b. Kabel Kabel digunakan untuk menghubungkan distributor aktif dari multifier ke PLC. c. PLC S7-300 PLC Siemens S7-300 didesain berbentuk modular, sehingga penggunanya dapat membangun suatu sistem dengan mengkombinasikan komponen-komponen atau susunan modul-modul S7-300 seperti yang ditunjukkan pada gambar 11 PLC S7-
43
300 disusun dari beragam komponen (Reference Manual SIMATIC PLC S7-300, 2003). Daftar pengkabelan ditumjukan pada tabel 1. Tabel 1. Daftar Pengkabelan PLC S7-300 Modul Analog No. Sistem Alamat Keterangan 1 JKT 03 CX811 (Flux) PIW318 MODUL 4 ; PIN 18(+), 19(-) 2 JKT 03 CX821 (Flux) PIW320 MODUL 5 ; PIN 2(+), 3(-) 3 JKT 03 CX831 (Flux) PIW322 MODUL 5 ; PIN 4(+), 5(-) 4 JKT 03 CX841 (Flux) PIW324 MODUL 5 ; PIN 6(+), 7(-) 5 JAC 01 CR811 PIW 284 MODUL 2 ; PIN 16(+), 17(-) 6 JAC 01 CR821 PIW 350 MODUL 2 ; PIN 18(+), 19(-) 7 JAC 01 CR831 PIW 288 MODUL 3 ; PIN 2(+), 3(-) 8 JRG 10 FX801 PIW 326 MODUL 5 ; PIN 8(+), 9(-) Gambar 14 merupakan PLC S7-300 yang sedang dalam proses instalasi pengkabelan PLC.
Gambar 14. Instalasi Pengkabelan PLC S7-300 d. Multiplier Phoniex MCR - FL - C - UI - 2UI – DCI
Gambar 15. Multiplier PhoniexMCR - FL - C - UI - 2UI – DCI
44
2. Perangkat Lunak yang Digunakan dalam Penelitian
Perangkat lunak merupakan program yang dibuat untuk memantau dan merekam data. Dalam penelitian ini penulis menggunakan perangkat lunak LabVIEW 2014. LabVIEW adalah perangkat lunak pemograman yang diproduksi oleh National instruments. Seperti bahasa pemograman lainnya yaitu C++, matlab atau Visual basic, LabVIEW juga mempunyai fungsi dan peranan yang sama, perbedaannya bahwa LabVIEW menggunakan Bahasa pemrograman berbasis grafis atau blok diagram sementara Bahasa pemrograman lainnya menggunakan basis text. Program LabVIEW dikenal dengan sebutan Vi atau Virtual instruments karena penampilan dan operasinya dapat meniru sebuah instrument.
C. Prosedur Penelitian Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yang dilakukan. Prosedur yang dilakukan adalah perancangan sistem, realisasi sistem, pengujian sistem dan data. Jika data yang diinginkan sesuai maka lanjut ke tahap pengambilan data, pengolahan data, pembuatan laporan dan selesai. Gambar 16 merupakan tahapan yang dilakukan pada penelitian ini.
45
Mulai
Perancangan Sistem
Pembuatan Sistem
Uji Coba Sistem
Data Tidak Benar Ya Pengambilan Data Data Hasil Analisis
Selesai
Gambar 16. Diagram Alir Penelitian
Langkah kerja yang dilakukan penelitian ini bagian pertama, dilakukan penyusunan blok diagram penelitian guna mempermudah jalannya penelitian. Diagram blok ini juga mempermudah dalam menyusun sebuah rancangan penelitian jika dalam suatu rancangan terdapat kendala – kendala. 1. Perancangan Sistem Implementasi dasar desain tersebut dibutuhkan komputer PC yang sudah diinstalasi dengan perangkat lunak program aplikasi LabVIEW dan driver untuk
46
perangkat akuisisi data. Kemudian komputer juga dihubungkan dengan perangkat akuisisi data (PLC) untuk
mengakuisisi data dari kanal pengukuran.
atau
komputer dapat mengambil data dari penyimpan data dalam Gambar 17.
LAN
PLC
Gambar 17. Susunan perangkat Penghitung Fluks Neutron Terkoreksi N16 Program penghitung fluks neutron koreksi N16 melakukan perhitungan matematis berdasarkan data masukan N16 dan kerapatan fluks neutron dari Data Acqusition (DAQ) atau dari penyimpan data komputer. Data PLC digunakan saat perangkat penghitung kerapatan perangkat Rangkaian Penghitung Fluks Neutron Terkoreksi N16 terhubung langsung ke kanal pengukuran saat reaktor beroperasi. Sedangkan data dari penyimpan data digunakan saat akan menjalankan program dengan masukan dari data operasi reaktor sebelumnya.
Perancangan alat ini meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. Alat dirancang untuk merubah keluaran distributor pasif dari RPS menjadi aktif yang selanjutnya didistribusikan ke dalam perangkat PLC S7-300 yang akan digunakan. Perancangan perangkat keras dilakukan untuk mengukur data yang dilanjutkan dengan perancangan perangkat lunak sebagai pembaca dan perekam data. Bagan sistem monitoring dapat dilihat pada gambar 18.
47
Panel RKU JKT 03 distributor JAC01
RPS
Distributor pasif
CVA06 CQA06
KolamReaktor
JRG10 FX801
Distributor aktif Client PLC server
Gambar 18. Rancangan sistem monitoring
Gambar 19 merupakan gambar teras reaktor dan komponen internal dalam kolam. Sedangkan gambar 20 merupakan blok diagram pengukuran kerapatan fluks neutron.
48
Gamabr 19. Teras dan komponen internal kolam reaktor Blok diagram sistem pengukuran kerapatan fluks neutron ditunjukan pada gambar 18.
49
Ionization chamber
Giude tube
Terminal box
Protection tube for measuring cables
Liniear DC amplifier
High-voltage generator
9. Test and indicator unit 6. Buffer amplifier Limit value unit
10. simulator
11. Indicator recorder neutron fluks density
12. Indicator module, high-voltage>max.resp>min
Gambar 20. Blok diagram pengukuran kerapatan fluks neutron Pengukuran kerapatan fluks neutron dideteksi oleh detektor neutron yang berada di teras reaktor. Setiap penggantian atau perubahan susunan bahan bakar di dalam
50
teras reaktor akan berpengaruh terhadap distribusi fluks neutron yang dihasilkan pada tiap titik lokasi oleh karena itu perlu dilakukan pengukuran distribusi fluks neutron thermal pada pusat teras. Pengukuran fluks neutron dilakukan dengan berbagai metode baik secara langsung maupun tidak langsung. Salah satu cara pengukuran fluks neutron secara langsung adalah metode detektor swadaya. Detektor merupakan bagian yang sangat penting dari suatu sistem pencacah radiasi karena alat ini berfungsi untuk menangkap radiasi dan mengubahnya menjadi sinyal atau pulsa listrik. Terdapat dua besaran yang biasa diukur dari suatu paparan radiasi nuklir yaitu jumlah radiasi dan energi radiasi. Jumlah radiasi diperlukan untuk mengetahui aktivitas sumber radiasi, sedangkan energi radiasi digunakan untuk menentukan jenis sumber radiasi. Setiap radiasi yang mengenai detektor akan diubah menjadi sebuah sinyal (pulsa) listrik sehingga jumlah radiasi dapat ditentukan dengan mengukur jumlah pulsa listrik yang dihasilkan detektor. Tinggi sinyal (pulsa) listrik yang dihasilkan detektor menunjukkan energi radiasi yang mengenai detektor sehingga energi radiasi dapat ditentukan dengan mengukur tinggi pulsa listrik yang dihasilkan detektor. Detektor kerapatan fluks neutron berada di teras reaktor, posisi masing – masing detektor kerapatan fluks neutron berda di beberapa tempat yang berbeda dengan alasan agar didapatkan nilai pengukuran yang akurat. Posisi tiap detektor kerapatan fluks neutron ditunjukan pada gambar 21.
51
JKT02 CX821 JKT03 CX831 JKT03 CX821
JKT04 CX801 JKT02 CX811
JKT01 CX821
JKT01 CX811
JKT03 CX841
JKT03 CX811
Gambar 21. Posisi detektor fluks neutron Pada tahap perancangan sistem perangkat keras dilakukan pemotongan dan pemindahan titik jalur pengkabelan di kabinet CVA06 untuk pengambilan data
52
pengukuran daya. Pengukuran daya didapat dari dua detektor yaitu detektor kerapatan fluks neutron (JKT03) dan laju dosis gamma yang dihasilkan dari peluruhan N16 (JAC01). Perancangan sistem dilakukan dengan merubah posisi pengkabelan JKT03 CX811/821/831/841, JAC01 CR811/821/831, dan JRE10 FX801. Tabel 2 adalah tabel pengubahan posisi pengkabelan di kabinet CVA06. Tabel 2. Pengubahan pengkabelan No Sistem Alamat Awal 1 JKT03 CX811 CVA06 AA001 18(-)17 (+) 2 JKT03 CX821 CVA06 AA002 26(-)25 (+) 3 JKT03 CX831 CVA06 AA003 18(-)17 (+) 4 JKT03 CX841 CVA06 AA003 20(-) 19(+) 5 JAC01 CR811 CVA06 AA008 5(-) 6 (+) 6 JAC01 CR821 CVA06 AA006 21(-)22 (+) 7 JAC01 CR831 CVA06 AA005 13(-) 14(+) 8 JRE10 FX801 CVA06 AA008 7(-) 8 (+)
Perubahan Alamat CVA06 BA010 18(-) 17(+) CVA06 BA011 26(-) 25(+) CVA06 BA012 18(-) 17(+) CVA06 BA012 20(-) 19(+) CVA06 BA008 5(-) 6 (+) CVA06 BA009 21(-) 22(+) CVA06 BA009 13(-) 14(+) CVA06 BA008 7 (-) 8(+)
Pengubahan posisi kabel
Gambar 22. Pengubahan posisi kabel di kabinet CVA06 Pengubahan posisi kabel di kabinet CVA06 selanjutnya distribusikan ke Multiplier Phoniex MCR - FL - C - UI - 2UI – DCI sebagai distributor aktif dengan pengaturan keluaran 0-10 V.
53
sebelum Sesudah
Gambar 23. Instalasi Distribusi Aktif pada Panel CQA06 sebelum dan sesudah pemasangan distributor aktif
Keluaran multiplier dihubungkan ke PLC S7-300 sebagai perangkat keras akusisi data yang digunakan untuk menghubungkan server yang dilanjutkan perangkat lunak LabVIEW. Program yang dibuat pada perangkat lunak LabVIEW dimaksudkan untuk pemantauan dan perekaman data pengukuran daya dari detektor neutron dan lajudosis gamma yang selanjutnya dilakukan perhitungan N16 terkoreksi untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat dan real time. Sebelum dilakukan pengukuran secara langsung menggunakan perangkat lunak yang dibuat maka dilakukan pengujian pembacaan dari perangkat lunak OPC Server dengan memberikan masukan sinyal arus sebesar 0-20 mA menggunakan sumber arus. Kemudian dilakukan pengecekan kanal lainya dengan mengambil tiga titik pengukuran 0 mA, 10 mA dan 20 mA pada tiap kanal. Hasil pembacaan OPC server dengan sumber arus 0-20 mA ditunjukan pada tabel 3.
54
Tabel 3. Hasil Pembacaan OPC Server dengan sumber Arus 0-20 mA Arus [mA] Tampilan OPC [Skala PLC] 0 10 1 1383 2 2764 4 5520 5 6909 6 8298 7 9677 8 11058 9 12447 10 13826 14 19352 15 20736 18 24887 19 26268 20 27645
2. Pembuatan Sistem Perangkat Lunak Pemrograman penghitung dilakukan menggunakan program LabVIEW yang disebut instrumen maya, karena operasi dan tampilannya merupakan imitasi dari instrumen fisik. Untuk memenuhi kinerja penghitung yang ditetapkan dalam desain dasar, seperti pada instrumen fisisnya akan dibuat imitasi panil depan. Program LabVIEW untuk generator sinyal ini dinamakan penghitung fluks neutron terkoreksi N16. Pada panel depan terdapat kontrol tempat pengguna menginputkan : parameter pengukuran, pilihan mode operasi dan penyimpanan data. Disamping itu pada panel depan juga terdapat tombol untuk pengoperasian, serta terdapat monitor berupa chart yang memberikan gambaran visual hasil bacaan dan perhitungan. Panel depan memuat kontrol dan indikator seperti pada tabel 4.
55
Tabel 4. Kontrol dan Indikator pada Panil Depan Jenis
Tombol Boolean
Kontainer
Kontrol Numerik
Nama Antar Muka Pengguna
Kegunaan
Tombol on atau off
Menghentikan menjalankan Program
atau
Tombol mulai pengukuran
Memulai Pengukuran
2 Tombol simpan data
Menyimpan data pengu-kuran atau membatalkan
2 Kontrol Tab
Untuk memilih mode input data : dari PLC atau tempat penyimpan data.
Laju data
Untuk menginputkan se-lang waktu update hasil pengukuran dan atau input PLC.
Kecepatan koreksi
Untuk menginputkan kecepatan koreksi.
Limitation
Untuk Limitation
Histeris
Untuk menginputkan Histeris
Dial pemilih nilai c
Pemilih nilai c: c = 0 untuk pengujian c = ∞ untuk menyamakan nilai N16 dan N16-corr c = koreksi untuk mengaktifkan koreksi
menginputkan
Perancangan perangkat lunak ini menggunakan program virtual instrument LabVIEW. Data hasil pengukuran dapat terekam otomatis dan tersimpan kedalam file yang dinginkan. Data pengukuran yang dihasilkan kanal pengukuran daya JKT03 dan JAC01. Gambar 24 merupakan diagram alir dapat mewakili penjelasan dari proses pengolahan data.
56
Mulai NI OPC Server
Mean data 10 sampel per detik
Konversi dalam nilai Arus, Tegangan, dandaya
Perhitungandaya N16 terkorekrsi
Hasil data
Selesai
Gambar 24. Diagram Alir Pengolahan Data
Nilai yang dikonversi dari keluaran nilai arus 0-20 mA, cara pengkonversian dilakukan dengan penghitungan menggunakan tabel perawatan operasi reaktor MPR30 (Maintenance Protection Reactor). Tabel pengkonversian nilai arus (mA) ke nilai besaran lain ditunjukan pada tabel 5 pengukuran JAC01 CR831 dan JRE10 FX801 sedang untuk tabel 6 adalah daftar konversi pengukuran JKT03 CX831.
57
Tabel 5. Daftar konversi nilai kanal pengukuran JAC01 CR831 dan JRE10 FX801 Tegangan Daya (MW) Arus (mA) Persen (%) (A*8) (A/2) (C/3,333) A C B D 0,00 0,00 0,00 0,00 2,00 1,00 16,00 4,85 4,00 2,00 32,00 9,70 10,00 5,00 80,00 24,00 12,00 6,00 96,00 29,09 16,00 8,00 128,00 38,40 18,00 9,00 144,00 43,20 20,00 10,00 160,00 48,00
Tabel 6. Daftar konversi nilai kanal pengukuran JKT03 CX811/821/831/841 Daya (MW) Arus (mA) Volt (A/2) Persen(%) (A*8) (C/3,333) A B C D 0,00 0,00 0,00 0,00 3,33 1,67 26,64 7,99 4,00 2,00 32,00 9,70 6,66 3,33 53,28 14,55 8,00 4,00 64,00 19,40 10,00 5,00 80,00 24,00 13,33 6,67 106,6 29,09 14,00 7,00 112,00 31,52 16,67 8,33 133,34 38,40 18,00 9,00 144,00 43,20 20,00 10,00 160,00 48,00
Proses pengolahan data dimulai dengan mengkonversi nilai keluaran dari pengukuran daya detektor ke distributor aktif dengan keluaran menjadi 0-20 mA. Hasil perekaman data ditampilkan kembali dalam bentuk chart dan numerik agar pengguna dapat memantau hasil pengukurannya. Dari hasil data yang terekam dilakukan perhitungan matematis daya N16 terkoreksi, persamaan matematis yang dibuat dimasukan dalam program LabVIEW, sehingga didapatkan hasil akhir daya N16 terkoreksi.
58
3. Uji coba sistem Realisasi sistem dilakukan di Ruang Kontrol Utama (RKU). Pengujian sistem dilakukan dengan membaca data pada kanal pengukuran fluks neutron dan pengukuran laju dosis gamma di sistem pendingin primer. Realisasi sistem dilakukan di Ruang Kontrol Utama (RKU). Uji coba ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kinerja sistem yang telah dibangun. Pengujian sistem dilakukan dengan membaca data pada kanal pengukuran fluks neutron dan pengukuran laju dosis gamma di sistem pendingin primer. Hasil data yang terbaca merupakan nilai dari perhitungan N16. Gambar uji coba sistem ditunjukan pada gambar 25.
Mulai
NI OPC Server
Volt (0-10 V)
Perhitungan N16 terkoreksi
Simpan
Selesai
Gambar 25. Bagan uji coba sistem
4. Data Data yang dihasilkan dari proses akuisisi data adalah berupa data pengukuran daya dari kanal pengukuran kerapatan fluks neutron JKT03 dan laju dosis gamma JAC01 yang dikonversikan nilai tegangan. Hasil ini kemudian diolah kembali
59
untuk dilakukan perhitungan N16 terkoreksi sebagai hasil akhir pengukuran daya sebenarnya menggunakan perangkat lunak LabVIEW 2014. Tabel 7 adalah tabel data pengukuran kerapatan fluks neutron JKT03 dan laju dosis gamma JAC0, dan tabel 8 merupakan tabel data pengukuran JRG10 FX801 terpasang dengan intrumentasi maya N116 terkoreksi. Tabel 7. Data pengukuran detektor JKT 03 CX831 dan JAC01 CR831 Detektor kerapatan fluks Detektor laju dosis gamma (JAC01) neutron (JKT03) N o Tegangan Persentase Daya Tegangan Persentase Daya (V) (%) (MW) (V) (%) (MW) 1 2 3
N16 terkoreksi (MW)
Tabel 8. Data pengukuran JRG10 FX801 terpasang dengan instrumentasi maya N16 terkoreksi N16 terkoreksi (MW) N16 terkoreksi (MW) No Terpasang Instrumentasimaya 1 2 3
5. Analisis Analisis dilakukan untuk menentukan nilai daya di kolam reaktor dengan menggunakan LabVIEW untuk mendapatkan data pengukuran daya N16 terkoreksi dari detektor laju dosis gamma JAC01 CR831dan detektor kerapatan fluks neutron JKT03 CX831. Nilai daya yang didapat dari masing-masing detektor digunakan sebagai data primer untuk perhitungan N16 terkoreksi persamaan 13.
60
N16-corr
=
+ UXN
(13)
Di mana : N16-corr
= tegangan N16 terkoreksi (volt); = tegangan kerapatan fluks nuetron (volt);
UXN
= tegangan keluaran trigger amplifier (Inter Atom, 1989).
