A Design Of Control System And Data Acquisition System For Post Loca Experimental Nuclear Power Plant On Beta Test Loop.

A DESIGN OF CONTROL SYSTEM AND DATA ACQUISITION SYSTEM FOR POST LOCA EXPERIMENTAL NUCLEAR POWER PLANT ON BETA TEST LOOP.

Khairul Handono, Kristedjo Kurnianto dan Kiswanta
PRPN - BATAN
ABSTRACT
A DESIGN OF CONTROL SYSTEM AND DATA ACQUISITION SYSTEM FOR POST LOCA EXPERIMENTAL NUCLEAR POWER PLANT ON BETA TEST LOOP. A design of data acquisition and control system for NPP post LOCA on BETA test loop has been conducted. The aim of this research is to increase performance of flow rate and pre-heater temperature control system. This research also increases data acquisition rate on reflooding phenomena in NPP post LOCA experiment. PID control system has been used on coolant flowrate on pump control system and preheater temperature control system. The data acquisition has been developed using Ethernet based DaqScan which has 200.000 data/sec recording rate. Initial testing shows that this data acquisition system could display required data such as test section temperature, coolant pressure and coolant flow rate. The method of this research are Ladder diagram programming and data acquisition ethernet base. All of these data are informed interactively by channel number, easy to read, fast, real time and accurate. Finally this PLC based control system is ready to use in real NPP post LOCA experiments.

Keywords: control system, data acquisition systems and BETA Test Loop

ABSTRAK
DESAIN SISTEM KENDALI DAN AKUISISI DATA UNTUK SIMULASI EKSPERIMEN POST-LOCA PLTN PADA UNTAI BETA. Telah dilakukan pembuatan disain sistem kendali dan akuisisi data pada Untai Uji BETA untuk eksperimen pasca terjadinya kecelakaan kehilangan pendingin (Post-LOCA) PLTN. Penelitian ini bertujuan meningkatkan kinerja sistem kendali laju alir dan temperatur inlet pre�heater dan meningkatkan kecepatan pengambilan data pada eksperimen fenomena reflloding pada eksperimen Post LOCA PLTN. Sistem pengendalian menggunakan integrasi PID pada inverter pengatur pompa untuk mengendalikan laju alir dan pengendalian temperatur masukan pemanas mula. Sistem data akuisisi menggunakan DaqScan dari Omega yang berbasis Ethernet dan kecepatan perekaman 200.000 data/detik. Metode yang digunakan adalah pemrograman sistem kendali menggunakan diagram Ladder dan pemrograman akuisisi data berbasis ethernet. Hasil awal yang telah diuji coba untuk sistem akuisisi data mampu menampilkan informasi berupa temperatur benda uji, tekanan dan laju air pendingin secara interaktif yakni dalam bentuk nomor kanal / parameter yang diakuisisi, mudah dibaca, cepat, realtime dan akurat. Hasil rancangan sistem kendali berbasis PLC dengan tampilan XGT yang diperoleh pada Untai Uji BETA dapat digunakan untuk mengendalikan sistem dan siap diinstalasi untuk eksperimen Post LOCA PLTN.

Kata kunci: sistem kendali, sistem akuisisi data dan untai Uji BETA
Prosiding Seminar Nasional Pengembangan Energi Nuklir III, 2010 ISSN 1979-1208

I. PENDAHULUAN
Untai Uji BETA adalah sarana eksperimen yang dapat digunakan untuk penelitian dan pemahaman fenomena reflooding yang terjadi pada bundel bahan bakar PWR selama post-LOCA. Disain, fabrikasi, instalasi, karakterisasi dan eksperimen telah selesai dikerjakan pada tahun penelitian sebelumnya. Riset yang dilakukan pada untai BETA ditujukan selain untuk pemahaman fenomena melalui pengamatan langsung, juga untuk memperoleh data perbandingan untuk pemodelan numerik. Untuk itu dibutuhkan sistem kendali yang stabil dan sistem akuisisi data yang cepat dan akurat. Perolehan data eksperimen dapat digunakan untuk mendukung data-data eksperimen fenomena reflooding pada Untai Uji BETA.

Makalah ini dimaksudkan untuk mendapatkan rancangan sistem kendali berbasis PLC dan penggunaan sistem akuisisi data berbasis ethernet. Pembahasan dibatasi pada sistem kendali berbasis PLC dan sistem data akuisisi (Data Aquisistion System, DAS) untuk merekam data fenomena pembasahan kembali (rewetting) selama proses penggenangan (reflooding). Sistem data akuisisi ini sebelumnya sangat lambat dengan kecepatan perekaman data 1 data/detik/channel. DAS yang digunakan adalah National Instrument USA, eksperimen ini hanya menggunakan 8 kanal.

Untuk meningkatkan kecepatan pengambilan data temperatur, tekanan, dan laju air pendingin tersebut, maka diperlukan sistem kendali PLC (Programable Logic Controller) dan akuisisi data berbasis komputer DAS Daqscan type 2005 dari Omega yang berbasis Ethernet dan kecepatan perekaman maksimum 200.000 data/detik sehingga diperoleh data yang lebih cepat, akurat, dapat ditampilkan secara realtime serentak pada layar monitor dan dapat disimpan dalam hard disk maupun dicetak pada printer. Kebutuhan kecepatan perekaman untuk eksperimen saat ini minimal 100 data/detik

Metodologi yang digunakan pada sistem akuisisi data dengan menentukan titik-titik lokasi pengukuran, konfigurasi sistem, penyusunan software tampilan, pengadaan hardware, penggabungan software dan hardware serta pemasangan sistem dan pengujian. Sedangkan pada sistem kendali menggunakan pemrograman ladder pada PLC , pengisian PID terintegrasi dengan inverter dan instalasi software pada PLC.

2. METODOLOGI
2.1. Deskripsi Sistem pada Untai Beta
Untai Uji Termohidraulika BETA terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu: (1) Kanal uji yang memuat bundel uji, (2) Pemanas mula, (3) Pompa sirkulasi, (4) Penukar kalor untuk membuang panas ke sistem sekunder. Kanal uji dibuat transparan dari tabung kwarsa untuk memudahkan visualisasi menggunakan kamera video. Bundel uji terdiri dari satu sampai empat batang pemanas dengan daya panas total sekitar 8 kW. Pompa sirkulasi merupakan pompa sentrifugal yang laju alirnya dapat divariasikan hingga 50 lt/menit. Pemanas mula mempunyai daya maksimum sekitar 47 kW. Sistem pemipaan digunakan tabung yang dibuat dari SS 316 dengan ukuran diameter � inci. Penukar kalor merupakan jenis lawan arah kapasitas lebih kurang 70 kW, dengan luas permukaan 20600 cm2. Diagram alir Untai Uji BETA diperlihatkan pada Gambar 1. Bagian uji QUEEN terdiri dari tabung kuarsa dengan ukuran panjang 935 mm, diameter luar 50,2 mm dan tebal 2,15 mm. Di dalam tabung tersebut, terdapat satu buah batang pemanas listrik berukuran diameter luar 9,55

Pada batang pemanas, terdapat lilitan elemen pemanas yang membentuk daerah panas (heated zone) sepanjang 750 mm. Dua buah termokopel tipe K dipasangkan pada batang pemanas dengan ketinggian yang berbeda yaitu terletak pada posisi di bawah h1 = 0 mm dan posisi di atas h2 = 200 mm dengan selisih jarak menjadi ??h = 200 mm. Termokopel dipakai untuk mengukur temperatur dinding permukaan batang pemanas dan hasil pengukuran perubahan temperatur direkam pada komputer sebagai data melalui sistem akusisi data. Untuk memahami fenomena rewetting melalui visualisasi, digunakan sebuah kamera video digital dengan kecepatan 30 frame/detik

Disain sistem kendali berbasis PLC merupakan integrasi alat kendali inverter pada pengatur pompa dan kendali pada temperatur pemanas mula. PLC merupakan sistem kendali yang dapat diprogram dan dikonfigurasi secara mandiri. Untuk pemasangan sistem kendali temperatur pemanas mula menggunakan satu unit PLC GLOFA, G7M-DR20U, satu unit modul RTD, G7F-RD2A, satu unit modul Analog input G7F-ADHA, serta satu unit monitoring XGT-panel series. Dengan PLC dan komponen pendukungnya, maka sistem kendali temperatur diharapkan dapat diterapkan pada Utai uji BETA .