Daftar isi Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Serpong, 20 Nopember 2007
Rekayasa
Perangkat
ISSN 1693-3346
Nuklir
ABSTRAK Telah dirancang sistem monitor proses pabrik kertas dan sistem kendali gramatur kertas
(Basis Weight) untuk arah mesin kertas dengan lebar scanner 3,5 meter metoda absorpsi sinar beta jenis Kripton 85 yang mempunyai ketelitian gram/m2
•
memonitor
menggunakan
ukur gramatur 2,5
Keunggulan sistem ini bila dibandingkan dengan metoda cuplikan adalah dapat proses dan mengendalikan
gramatur secara ON-LINE terus menerus selama
produksi dan tidak merusak hasil produksi.
ABSTRACT Monitoring
Process
System and Basis Weight (gramatur)
of 3.5 metre width Paper
Machine have been designed by using source Kripton. 85 beta absorption gramature accuracy 2,5 gram/m2
method with
•
The advantage of this system compared by sample method system is the effectiveness of the technique to measure basis weight and ON-LINE monitoring
of production process
paper industries without disturbing the process production.
1. PENDAHULUAN Basis Weight merupakan variabel penting yang digunakan sebagai standard acuan dari hasil produksi di Industri Kertas terutama untuk berat kertas (gramatur) gram/m2 sampai 200 gram/m
antara 60
2.
Basis Weight machine direction control system yang dirancang, dengan memanfaatkan Scanner yang tersedia
dan
sistem
aktuator
proses
yang
metoda transmisi radiasi beta untuk pengukuran
menggunakan
yang dikonstruksi
diharapkan
dapat mengendalikan
ada
di mesin
kertas
Basis Weight. Sistem
secara ON-Line variabel proses
kertas sehingga akan mengurangi kerugian bahan baku akibat dari bertluktuasinya
basis weight hasil produksi dan sekaligus meningkatkan
nilai
mutu kertas yang diinginkan
oleh pembeli. Konsep rancangan sistem ini mengacu kepada rancangan sistem ACCU - RAY yang telah
banyak
pengendalian
digunakan
oleh
beberapa
pabrik
kertas
didunia
dimana
hasil
prosesnya akan memenuhi standard pelaporan tampilan komputer Proses
ACCU - RAY 1180 Micro Profile Manager, hal terse but akan mudah diadaptasi oleh setiap operator
mesin kertas di berbagai pabrik kertas diseluruh
112
dunia, sedangkan
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
konfigurasi hardware tersusun dari Komputer Proses, satu unit Frame Digital Interface (Kendali scanner), satu unit remote terminal aktuator
(Data Aktuator
menggunakan
kendali
(unit Data Akusisi), satu unit remote
Proses) dimana
hubungan
antar
unit processor
standard komunikasi RS232/RS422 .
2. SISTEM PENGUKURAN BASIS WEIGHT (GRAMATUR) DAN MONITOR PROSES PABRIK 2.1 Pengukuran Basis Weight (Gramatur) Pengukuran basis weight berdasarkan metoda transmisi-absorpsi
pancaran radioisotop
Beta yang memenuhi formula: 1 = 10 e
-ux
Kemudian disederhanakan
(1)
••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
menjadi In 1 = In 10 - ux
dengan asumsi
merupakan konstanta sehingga formulasi diatas dapat disederhanakan
In 10 dan u
menjadi :
X sebanding proporsional dengan logaritmik 1 dimana 10 = Intensitas radiasi beta sebelum diarbsorpsi kertas
= Intensitas radiasi beta setelah diarbsorpsi kertas u = konstanta atenuasi massa untuk kertas x = be rat kertas per satuan luas (gram/
m2)
Dari formula terse but diatas terdapat hubungan linier antara berat kertas persatuan luas dengan
logaritmik
intensitas
intensitas radiasi beta menggunakan
radiasi
oleh material
setelah diarbsorpsi oleh kertas kemudian
kertas,
diukur intensitasnya
detektor IonChamber High sensitive beta yang hasilnya merupakan arus
listrik searah (DC) yang dikonversi ditransmisikan
beta yang terarbsorpsi
ke standard signal 4-20 mA, untuk kemudian
melalui kabel signal ke Remote Terminal Unit (Data Acqusition Unit).
Konsep perancangan
sistem ini menggunakan
sumber radioctive Beta Kr85 aktivitas
100 mCi yang dapat digunakan untuk mengukur Basis Weight (gramatur) kertas dari standard 60 gram sampai 200 gram per meter persegi.
2.2. PENGENDALIAN BASIS WEIGHT Pengendalian menggunakan
Basis Weight dapat dilihat pad a gambar 1, dimana metoda pengendalian metoda
Pengendalian
Proposional Integral bipolar pulse duration..
Signal variabel BW diukur oleh Remote Terminal unit kemudian Sistem
Komputer
Proses dan hasil perhitungan 113
komputer
diintegrasikan
diumpan
ke
balik melalui
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Remote Aktuator unit dan dilanjutkan ke unit Dezurich controller stock valve untuk membuka
increaceldecreace
menyesuaikan
dengan
valve
stock
sehingga
target secara otomatis
dimana
hasil
pengendalian
nilai target dimasukan
akan pada
tampilan proses komputer pad a kolom Product Grade sebelum proses dilaksanakan. PI CONTROL
RTU
F,lektromet RAU SENSOR
FLOW STOCK PULP
BW
....!::.... '...
Sheet Kertas
...
SPEED MACHINE
DEC
INC
DEZURICH CONTOLLER STOCK VALVE
SOURCE Kr 85 Beta
CONSISTENCY PULP
Gambar 1. Blok Sistem Kendali Basis Weight Mesin Kertas
Katup Aliran Pulp
3. INTEGTRASI HARDWARE SISTEM PROSES DAN KENDALl BASIS WEIGHT Integrasi hardware sistem proses dan kendali Basis weight dapat dilihat pada gambar2, dimana blok sistem secara keseluruhan akan tersusun dari Komputer Proses, Remote
Terminal Unit (Data Akusisi Unit), Remote Aktuator Unit (Data Aktuator Kendali Proses), Frame digital interface dan Scanner yang dilengkapi Source Kr85, detektor beta dan Beberapa kelengkapan variabel proses.
3.1 Komputer Proses
114
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
Komputer Proses digunakan sebagai monitor Tampilan Proses, pengolahan
signal signal pengukuran
proses , memasukan
perhitungan kontrol , nilai target BW, dan
terintegrasi ke remote terminal unit, remote aktuator unit, frame digital interface, serta melaporkan hasil produksi dan dapat dicetak setiap saat.
3.2 Remote Terminal Unit (Data Akusisi Unit) Remote Terminal Unit berfungsi sebagai data akusisi sistem dari besaran variabel proses yang meliputi basis weight, moisture, dry stock (consistency), steam presure,
head pospaper break (sheet break), machine speed, reel speed, wire speed, valve position bw feed back,valve position steam presure feed back dan lain lain, besaran variable proses tersebut dikonversi ke be saran digital kemudian dikonversi ke variabel komunikasi
serial
asynchronous
yang dilengkapi
dengan
protokol
khusus
yang
akhimya besaran variable proses tersebut dapat diterima oleh Komputer Proses. Sistem ini dilengkapi
dengan processor pengolah signal head pulse, logic pulse dan
sinkronisasi logic yang akan menghasilkan besaran moisture, disamping itu sistem ini tersusun dari modul processor, modul data akusisi dengan ADC resolusi 12 bit, modul power supply, modul frekuensi to voltage converter, modul pengkondisi signal, modul power supply dimana modul modul tersebut menggunakan
adopsi
standard modul 3U
DIN dan standard Rack 19" .
3.3 Remote Aktuator Unit (Aktuator Kendali Proses) Remote Aktuator Unit berfungsi sebagai pengendali aktuator stock valve dan steam presure valve dimana melalui
serial
variable
komunikasi
control
yang
asynchronous
diterima
RS232/RS422
menjadi signal kontrol untuk menggerakan unit unit actuator oleh modul processor, modullogic
dari
computer
dikonversi
proses
oleh unit ini
proses. Unit ini tersusun
output, modul relay
logic, modul digital to analog, dan modul power supply dimana modul modul tersebut menggunakan
standard modul 3U DIN dan standard rack 19".
3.4 Scanner Basis Weight. Scanner
Basis Weight yang digunakan
memenuhi
dengan lebar sheet atau lebar tambour 3,5 meter,
standard
ketas Paper Machine
standard Head Basis Weight untuk
digunakan mengukur berat kertas antara 60 gram per meter square sampai 200 gram per meter square dengan ketelitian ukur 2 gram per meter square dengan source Kr85
115
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
beraktivitas
100 mCi, jika digunakan
untuk mengukur
berat kertas yang lebih tipis
digunakan source premetium. Dilengkapi mounting head Moisture yang digunakan untuk mengukur besaran moisture dengan
dua
menghasilkan
filter
infrared
sehingga
dari
korelasi
kedua
filter
tersebut
akan
nilai moisture kertas , scanner ini dilengkapi juga dengan motor AC
variabel speed sehingga kecepatan scanner dapat diatur sesuai dengan keperluan
,
resolusi scan minimum 15 detik per scan dan maksimum 30 detik per scan, pengaturan speed motor dilakukan oleh remote aktuator unit dengan menginjeksikan
standard arus
0-20 mA atau standard voltage 0-10 Volt. Kelengkapan
lain dari scanner ini adalah sensor sheet break , head position selebar
position slice valve yang terdapat di unit Wire.
3.5 Frame Digital Paralel Interface (FDPI) Frame
digital paralel
interface
berfungsi
sebagai
pengendali
scanner
menerima batasan batasan operasi dari komputer proses diantaranya
, unit ini
: operasi loleal ,
operasi remote, menerima konstanta variabel speed AC drive motor scanner, menerima batas kertas kiri dan batas kertas kanan , mengirim besaran head position ke Remote Terminal Unit (Data Akusisi Unit). Unit ini dapat dioperasikan stand alone tanpa interaksi dengan komputer proses tetapi selalu memberikan dilengkapi
informasi besaran head position melalui remote terminal unit .dan
dengan sebuah processor yang melakukan
pengoprasiannya
diterima dari komputer proses.
116
proses logic dimana batasan
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
3.6. Blok sistem Instrumentasi proses pabrik kertas tampak atas
PULP
ARAH PROSES KERTAS
PRE PARA nON "
••••••••••••••••••••••••
Y'
n ••••••••••
•••••••••
HEAD BOX
""""""'"
·········r·······························································1
;
.
f'"
.
HEAD BOX 18 SLICE
WIRE SYSTEM
t······· ..·
____
~ANGGA KE LANT AI BA W AH
MACHINE GLOS PANEL FRAME DIGITAL
PANEL TERMINAL DAN SCANNER
PHERIPHERAL
PROSES
INTERFACE ..... "
DRYER SYSTEM GROUP GENAP GROUP GANJIL
t····
······ ..·.. ···1
· ······..·······..···········..·········
·
j
CONTROL ROOM
100 METER
CALANDER REMOTE TERMiNAL UNIT (DATA AKUSISI UNIT) SCANNER BW MOIST
~~ •• ~~~
• '~"ATOR
JALUR KABEL DILANTAI
AWAH 1 TAMBOUR = 3 TON (HASIL I JAM PROSES)
._ .. n__ ._.
I
20 METER .._-----~
!..._,_._
117
._._.'"_n
.._ ...•
;
UNIT
LI PROSES)
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
3.7. Blok Instrumentasi proses pabrik kertas tampak samping
r-- -
-----
I PULP PREPARATION PROCESS: CHEST, STOCK BOX, CHEST TANK: INSTRUMENTASI PENDUKUNG MELIPUTI: 1. FLOW STOCK PULP (MASS FLOW) RANGE 00.00 SID 60.00 M3/JAM ATAU 0000 SID 1750 LITER/MINUTE 2. DOSING STOCK VALVE POSITION (0 % SID 100%) 3. LEVEL CONTROL CHEST TANK 4. PULP CONSISTENCY ( 2.0 % SID 4.0 % , OPERASI 3.0 % ) 5. LIMIT SWITCH DOSING VALVE POSITION INCREASE (INC) 6. LIMIT SWITCH DOSING VALVE POSITION DECREASE (DEC) 7. STATUS AUTO STOCK DOSING VALVE CONTROL 8. STATUS LOKAL STOCK DOSING VALVE CONTROL
WIRE PROCESS INSTRUEMENT SENSOR WIRE SPEED RANGE: 0.0 SID 300.0 MIMENIT WIRE PROCESS
l MACHINE
-.J
-;
-J
SPEED RANGE - - -- 0 --.-SID 300.0
MACHINE GLOS ,---------·---·--1 !
I
.
I
DRYER PROCESS: :- 1. STEAM PRESSURE RANGE -1.0 BAR SID 2.0 BAR 2. LIMIT SWITCH STEAM VALVE POSITION INCREASE (INC) 3. LIMIT SWITCH STEAM VALVE POSITION DECREASE (DEC) 4. STATUS REMOTEIAUTO STEAM PRESSURE CONTROL 5. STATUS MANUA:ULOKAL STEAM PRESSURE CONTROL 6. STEAM PRESSURE FEED BACK VALVE POSITION (0 SID 100%)
DRYER PROCESS
SENSOR SCANNER BWIM PROCESS: 01. STATUS SHEET BREAK (PAPER BREAK) 02. STATUS REEL TURN UP 03. STATUS ONIOFF SHEET 04. STATUS GAIN MONITOR IR MOISTURE 05. LIMIT FORWARD SCANNER 06. LIMIT REVERSE SCANNER 07. HOME END OFF SHEET (MEMBER I NILAI HP MIN) 08. FAR END OFF SHEET (MEMBERI NILAI HP MAKS) (HP = HEAD POSITION) 09. BASIS WEIGHT (BW) SENSOR 10. DETECTOR COL TEMP 11. DETECTOR GAP TEMP 12. SOURCE COL TEMP 13. SOURCE GAP TEMP 14. HEAD POSITION (HP) 15. STATUS FORWARD REVERSE SCANNER 16. MOIST MEASURE 17. MOIST REFERENSE 18. REELER SPEED (0 SID 300.0 M/MENIT)
118
ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
3.8. Blok sistem terintegrasi Instrumentasi proses pabrik kertas
/
SCANNER
-, I I
PANEL _ FDPI
I
i
L
.1
I
CONTROL
PANEL SCANNER
BW/M KOMPUTER SCANNER
PANEL INSTRUMENTASI PROSES
ROOM
PANEL PROSES
1--------RTU/ DAU
COMPUTER INFORMASI PROSES
I DIHUBUNGKAN RAU
ACCU RAY PID 8W CONTROLLER
ACCU-RA Y PID MOIST CONTROLLER
DENGAN DEZURICK FLOW STOCK DOSING VALVE DI PANEL INSTRUMENT PROSES
DIHUBUNGKAN DENGAN TYLOR STEAM PRESURE CONTROLLER DI PANEL INSTRUMENT PROSES
Gambar 2. Integrasi hardware sistem proses dan kendali Basis weight
119
I,
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
4. KESIMPULAN Dari hasil identifikasi variabel proses pabrik kertas diperlukan sistem kendali scanner dengan masukan variabel head posistion dan kendali on off, sistem kendali basis weight (gramatur)
dengan masukan variabel basis weight, flow stock, machine speed, consistensi
dan kendali PID untuk buka tutup katup flow pulp, dan Sistem informasi proses untuk menginformasikan
variabel analog 31 kana I, variabel counter 6 kanal dan variabe1 status
32 bit, serta dilengkapi
tampilan
proses yang melaporkan
tampilan
profil kertas arah
melintang mesin kertas (cross direction) dan arah machine direction.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] IAEA (International Atomic Energy Agency) 1965, Radioisotope Instruments in Industry and Geophysic, Viena. [2] Insustrial Nucleonic Accuray 1987, Colombus Ohio 43282 USA.
120
