~

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA UNIT PEl\ffiUATANZOH (ZIRCON HYDROXIDE) DARI ZBS (ZIRCON BASED

SULF AT)

Moch. Rosyid, Tunjung Indrati Y.Pusat Teknologi Akselerator Dan Proses Bahan - BATAN

mJosyid@batan.go.id, tunjung_indrati@yahoo.co.id

ABSTRAK

PERANCANGAN SISTEM AKUlSISI DATA UNIT PEMBUA TAN ZOH (ZIRCONHYDROXIDE) DARI ZBS (ZIRCON BASED SULFA T). Telah di/akukan perancangansistem akuisisi data unit pembuat ZOH dari ZBS. Perancangan di/akukan sebagaitindak Ianjut dari Rancang Bangun Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RA TB)pembuatan ZOH dari ZBS yang dilengkapi dengan sistem akuisisi data. Hasi/rancangan adalah sistem akan bekerja berdasarkan tetapan atau parameter yangtelah diperhitungkan sebelumnya. Metoda perancangannya dimulai denganmemahami deskripsi proses pembuatan ZOH dari ZBS secara sinambung,mengidentifikasi parameter yang akan diamati. Deskripsi proses perlu diketahui untukmenentukan aktuator yang dipakai, adapun parameter-parameter tersebut digunakanuntuk menentukan sensor yang akan digunakan. Parameter tersebut adalahpendeteksian cadangan NH40H dan ZBS dalam tangki pengumpan, laju alir larutanZBS dan NH40H, suhu di dalam RA TB, pH di dalam RA TB dan laju alir larutan ZOHyang dihasi/kan. Berdasarkan perhitungan,agar didapatkan hasi/ ZOH dibutuhkan .aliran ZBS ke dalam reaktor dengan laju alir 10 ml/menit bersamaan dengan aliranNH40H dengan laju alir 6,1 ml/menit ke dalam RA TB bervolume 3 liter. Ketika volumeRA TB mencapai separo tangki maka pemanas mulai dihidupkan sementara umpantetap mengalir. Kondisi pH dan suhu di dalam RA TB selalu dipantau dengan settingpoint pH pada 10 sementara setting point suhu sebesar 90°C. Pemonitoran parametermemerlukan alat ukur/transduser atau sensor tertentu. Atas kajian tersebut makadiperoleh hasi/ rancangan berupa flow chart pengendali ketika mengendalikan proses,ketika membaca dan mengirimkan data serta dihasilkan tampi/an parameter prosesakuisisi data pada layar monitor sesuai dengan parameter yang direncanakan.Katakunci: akuisisi data, pengendalian proses

ABSTRACT

DESIGN OF DATA AQUISITION SYSTEM ZOH PRODUCTION PROCESSEQUIPMENT OF ZBS (ZIRCON BASED SULFA T) . Design of data acquisitionsystem of ZOH maker unit from ZBS has performed. Design is done as a follow-up ofThe Design Flow stirred tank reactor (RA TB) ZOH Making of ZBS is equipped with adata acquisition system. The design of the system is going to work based onconstants or parameters that have been previously calculated. Design method beginswith understanding the process description of ZBS ZOH continuous basis, identify theparameters to be observed. Description of the process need to know to determine theactuator is used, as for these parameters are used to determine the sensor to beused. The parameter are the detection of NH40H and ZBS reserves the feeder tank,flow rate ZBS and NH40H , the temperature inside RA TB, RA TB and pH , theproduced flow rate of ZOH. Based on the calculation, in order to get the resultsneeded ZOH ZBS will flow into the reactor at the rate of 10 ml/min simultaneously withNH40H with discharge flow 6.1 ml/min into the RA TB 3 liters volume. When thevolume reaches half tank RA TB then start heating is turned on while the constant feedflow. Conditions of pH and temperature on the RA TB always monitored by setting

Moch. Rosyid, dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 225

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

~

batan

point pH at 10 while setting point temperature of 90°C. Monitoring parameters requiregauge/transducer or a particular sensor. The study on the obtained results in the formof a flow chart design controller when controlling the process, when read and transmitdata, and display the resulting data acquisition process parameters on the screenaccording to the parameters that was planned.Keyword: data acquisition, process controlling

PENDAHULUAN

Proses pengolahan pasir Zr menjadi zirconiadengan kemurnian 99,5 % mempunyaitahapan peleburan menggunakan NaOH padasuhu 650 DC- 900 DC,pelindihan air hasilleburanpada suhu 80 DC,penyaringan untuk memisahkanNaOH sisa dan Na2Si03 dari Na2Zr03,pengeringan Na2Zr03, pelindihan menggunakanair, pelindihan menggunakan HCI pada suhu 90DC, pembentukan ZBS (Zirconium Based Sulfat)menggunakan H2S04 dan NH40H, pembuatanZOH (Zirconium Hydroxide) dari ZBS pada suhu90DC dan pH 10, pelarutan slurry ZOHmenggunakan HCI suhu sekitar 90 DC,evapurasi,kristalisasi ZOC, pencucian ZOC, pengeringanZOC, dan kalsinasi ZOC menjadi zirconia.Tahapan proses di atas dilakukan menggunakanperangkat laboratorium berupa beaker glass danprosesnya secara catu (/,2,3,4).

Pengembangan perangkat prosesselanjutnya adalah suatu perangkat yang dapatdioperasikan secara sinambung (continue) danbersistem akuisisi. Adanya perangkat tersebutmaka proses lebih efektif, data secara online dapatterekam sehingga perubahan dinamika dalamsuatu proses dapat dipelajari. Pada penelitian iniakan dilakukan rancangan akuisisi data padaproses pembentukan ZOH dari ZBS sebagaikelengkapan perancangan perangkat prosespembuatan ZOH dari ZBS menggunakan ReaktorAlir Tangki Berpengaduk (RATB). Maksud dantujuan penelitian ini adalah menyiapkan sistemakuisisi data pada proses pembuatan ZOH sebagaibagian dari pengembangan teknologi pengolahanpasir zirkon lokal menjadi produk ZOH. EndapanZOH setelah dikeringkan dapat dikalsinasi untukmemperoleh zirconia yang diharapkan memenuhiderajat industri keramik.

Proses pembentukan ZOH dijelaskandalam bentuk P&ID pada Gambar LPengoperasian proses pembuatan ZOH dari ZBSmempunyai deskripsi proses sebagai berikut.Larutan NH40H 10% dialirkan menggunakanajustable pump dengan laju alir 6,1 ml/menit kedalam RATB yang mempunyai volume 3 liter (R­01). Bersamaan dengan itu pasta ZBS jugadialirkan ke dalam reaktor pengaduk dengan laju

alir 10 mllmenit. Pada saat pengisian R-Olmencapai setengah volume R-Ol maka pemanasdihidupkan sementara aliran umpan tetapdipertahankan sampai reaktor terisi 80 % volume.Suhu dan pH akan bergerak sampai mencapaisetting point yaitu pH 10 dan suhu 90 DC.Waktutinggallarutan dalam reaktor R-Ol diperkirakan 2- 3 jam Slurry ZOH yang dihasilkan akandialirkan ke clarifier.

Akuisisi data atau dalam bahasa

sederhananya disebut dengan proses mendapatkandata, merupakan proses yang penting dalamsistem pemantauan dan pengendalian suatusistem. Fenomena fisik seperti suhu, pH, levelatau ketinggian cairan di dalam sebuah tabung,laju atau kecepatan, gaya, tekanan, radioaktivitas,intenstitas cahaya, resistansi, kelembaban,konsentrasi gas, medan magnet, frekuensi, danlain sebagainya ditangkap oleh sebuah transduser(5).

Oleh tranduser, fenomena fisik tersebutdiubah menjadi fenomena listrik berupa arus atautegangan. Setelah mengalami penguatan,tegangan tersebut diubah menjadi bentuk digitalkemudian diambil oleh sebuah prosessor,kemudian ditampilkan dalam bentuk angka padaLCD atau dikirim ke komputer untuk diampilkandalam benuk grafik. Selain itu data juga diolahsebagai pertimbangan dalam melakukanpengendalian.

TAT A KERJA

Tahapan pelaksanaan kegiatan melaluitahapan mempelajari deskripsi proses, mencaritransduser atau sensor yang sesuai, mencari dan.menentukan prosessor pengendali, mencari danmemilih driver actuator yang dibutuhkan.Berdasar deskripsi proses maka parameter yangakan diambil data dan sekaligus dimonitor dapatditentukan. Tahapan berikutnya adalah membuatdiagram alir, program kendali dan penyusunanprogram akuisisi. Oleh karena kegiatan ini dalamtahap perancangan maka hasilnya adalah diagramalir dan hasil tampilan program yangdirencanakan. Program ini merupakan persia pandalam uji coba dan uji fungsi sistem akuisisi data.

Buku II hal. 226 ISSN 1410 - 8178 Moch. Rosyid, dkk

@>batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

Level meter

S?~11ZBS

T-1

Pompa perilstatik- ~pH meter

P-1

P-2

termometer

Flow meter

F

P-2

Pompa dosis dengandigital inputoutput

Reakt4>r bengadukP-5

Ke clarifier

___ F

Low Flow meter

Gambar 1. Proses pembuatan ZOH

HASIL DAN PEMBAHASAN

Proses awal dari sistem ini adalah deteksi

cadangan pengumpan. Pendeteksi cadangan ZBSdan NH40H kecuali untuk memastikanketersediaan umpan juga untuk jaminan kualitasberlangsungnya proses pembuatan ZOH secarasinambung. ]ika cadangan salah satu bahantersebut tidak cukup maka sistem tidak akanberjalan. Sensor level yang dapat digunakanadalah ultrasonic level control.

Parameter proses pembentukan ZOH dariZBS

Dalam sistem kendali dan akuisisi data

pada proses pembuatan ZOH, fenomena atauparameter yang selalu dikendalikan adalah lajualir umpan ZBS dan laju alir NH40H, pH larutandalam reaktor dan suhu larutan dalam reaktor (R­01).

Untuk mencatu ZBS ke dalam reaktor

digunakan pompa dosis dengan kapasitasmaksimum 30 ml/menit, sesuai dengan kebutuhan10 mVmenit. Disamping itu pompa dilengkapidengan Analog/Digital input dan Digital outputuntuk keperluan pengendalian. Pengaturan lajualir dilakukan dengan cara memberikan signalmasukan analog 4-20 mA.

Laju alir larutan NH4(OH) 10 %dikendalikan dan dicatu menggunakan pompadosis yang dilengkapi dengan Analog/Digitalinput dan Digital output.Pengaturan laju alir dilakukan dengan caramemberikan signal masukan analog 4-20 mA.

Pemantauan laju alir ZBS dan larutanNH4(OH) masing-masing menggunakan ultra low

flow meter. Terpilihnya sensor ini berdasarpertimbangan bahwa disamping sensitifitas alatpada range ml/menitjuga memiliki keluarananalog atau digital. Keluaran analog atau digitalini diperlukari pengandali untuk mengendalikanpompa dalam laju aliran NH40H.

Untuk memanaskan larutan di dalamreaktor digunakan elemen pemanas dan suhunyaterus dipantau menggunakan termokopel.

Pemantauan pH menggunakan pH meter.]ika pH < 9 maka laju aliran NH4(OH) dinaikkan,sebaliknya jika pH > 10 maka aliran diturunkan.Secara default, setting point laju alir sebesar 6.1ml/menit.

Parameter-parameter yang diamati dansensor yang digunakan selengkapnya dijelaskanpada Tabell.

Mach. Rasyid I dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 227

PRO SIDING SEl\1INARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLffi

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

@>batan

Pengendalian proses dengan PLC NPN), 16 outputs (1A @24VDC) dan 8 analog

Programable Logic Controller (PLC) inputs (12-bit, 0-5V). Fasilitas lain yang tersediaadalah suatu perangkat yang digunakan untuk adalah 2 analog outputs (12-bit, 0-5V or O-IOVmengendalikan suatu proses. Alat ini dapat selectable), 1 RS232 port, I RS485 Port - supportdiprogram sesuai keinginan pemakai. Untuk Modbus RTU and ASCII, 4 Pulse Measurement,pengendalian proses digunakan Super PLC model 2 Encoders, 4 PWM outputs, 3 channel StepperFMD1616-10 dari Triangle dengan fasilitas Built- Motor Controller, Very Fast 32-bit CPU danin Ethernet port - Support MODBUSrrCp, pilihan I2C untuk pengenbangan. Secara skematisProgrammable via the Internet, 16 inputs (24V fasilitas tersebut tertera pada Gambar 2.

Tabell. Parameter yang diamati dalam akuisisi data.

No. Parameter RangeSensorLevel

Keunggulan

Hubungan ke

keluaran

PLC

1.

Level ZBS30 - 700 emUltasonic level

4-20 mAdanNon contact

D-I #1

transmitterIOQie

2.

Level NH40H 30 - 700 emUltasonic level

4-20 mA danNon contact

D-I#2

transmitterIOQie

3.Laju alir ZBS

6 mil men itLow flow meter4-20 mASangat sensitiveAiD #1

4.

Laju alir NH40H10 mil men itLow flow meter4-20 mASangat sensitiveAID #2

5.

pH larutan 0-14pH meterRS485Tersedia serial

ModbusHanna

output

6.

Suhu 90 ·CSensor PT100RS485Tersedia serial

Modbusoutput

7.

HasH keluaran83 mllmenit -Low Flowmeter

4-20 mASangat sensitiveAID #3

reaktor51liam

Buku II hal. 228

Y·I.I.l,j.I.ldJddJ,l,l,lJ

LCD Display Module

RS232C (COMM1)-

·'5V Analog RetAID #1 10 S _

DIA1J1 102OVAmilog Gmt

Gambar 2. PLC Type FMD1616-10

ISSN 1410 - 8178

+0 12 to 24V DC

Power Supply-. for PLC

Digital & SpecialOutputs Section

To Expan$ionBoard

Moch. Rosyid, dkk

~

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

Sensor Level ZBS

Sensor 1ill!@! ZBS

Sensor lajualir tfJk(OH)

Sensor pH R-1

Sensor suhu R-1

Sensor 1ill! alir ZOH

KEYPAD4x4

Gambar 3. Blok diagram akuisisi data pembuatan ZOH

Sistem ini dilengkapi dengan keypad 4x4untuk merubah nilai tetapan awal. Prosesperubahan nilai ditampilkan pada LCD.

Semua parameter yang teroaca PLCdikirim ke komputer melalui RS232-port untukditampilkan. Proses akuisisi dan pengendalianyang dilakukan PLC dijelaskan dalam bentukdiagram alir pada Gambar 4.

Proses diawali dengan membacacadangan bahan pada tangki kemudianmengendalikan pH, mengendalikan suhu,mengirim data ke komputer dan terakhirpembersihan alat.Pembersihan alat dilakukan

menyemburkan air ke dalam RATB.

Tampilan akuisisi pad a komputer

Saat mulai dihidupkan dan programdijalankan komputer akan menampilkan Tanggaldan jam operasi, operator, nilai tetapan yangdipakai, dan data parameter proses yang masih000. Setelah proses berlangsung, data-tersebutakan berisi data terbaru sa at proses berlangsung.Tampilan akuisisi dijelaskan pada Gambar 5.

Data yang ditampilkan pada komputeradalah :

a. laju alir ZBSb.laju alir NH4(OH),c. suhu larutan di dalam reaktor

d. pH larutane. pH air danf. flow ZOH yang dihasilkan.Data-data tersebut ditampilan pada

komputer pada diagram alir dan pada tabelparameter proses.

Hubungan input dan output dalampengendalian proses.

Secara skematis hubungan input danoutput dalam pengendalian proses pembentukanZOH tertera pada Gambar 3.

Level tangki cadangan ZBS dancadangan NH4(OH) masing-masing dipantau PLCmelalui Digital Input (DI-I dan DI-2) dengansensor level, sementara laju aliran NH4(OH)diatur dari keluaran analog DA#l. Karenaketerbatasan fasilitas analog Output dari PLCmaka pengaturan laju alir ZBS dilakukan secaramanual sebesar 10 ml /menit. Untuk maksud

pengendalian, pompa ZBS dihidup-matikanmelalui DO-2.

]ika level salah satu tangki terlalurendahlcadangan kosong maka keluaran analogDA#l diatur = 0 atau tidak ada ada aliran

NH4 (OH). Pada kondisi terse but Digital otputDO-l juga dibuat tidak aktif dan pompa ZBSmati. sehingga pengisian reaktor R-I dihentikan,adapun proses lain tetap berlangsung sampaidihasilkan ZOH.

Laju alir ZBS dan NH4(OH) masing­masing dipantau dengan low flow meter yangdatanya dikirim ke komputer.

Pengendalian pH di dalam R-lberdasarkan deteksi melalui pH meter yangpengaturannya dengan aktuasi naik-turunnya lajualiran NH4(OH) melalui DA#2

Suhu di dalam R-l dideteksi dengansensor suhu Thermo Couple yang dilengkapianalog output dan pengaturannya melalui aktuasianalog output 0-1 OV ke elemen pemanas.

dengan

Mach. Rosyid I dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 229

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

Flow chart ~~

Pompa perilstatikdan pompa dosis

mati

~

batan

Pompa perilstatikdan pompa dosis

mati

• Bacajlow ZBS

• Bacajlow NH4(OH

• Baca suhu

• Baca pH di reaktor

• Bacajlow ZOH

• Kirim data ke komputer

Panelkendali

Semua proses akuisisi ditangani olehPLC yang dipasang di dalam panel kendali. Padapanel kendali diberi saklar untuk menghidupkan

Gambar 4. Flow Chart PLC dalam akuisisi pembuatan ZOH

Untuk data flow ZOH yang dihasilkan proses. ]ika tombol keluar di klik maka hanyaditampilkan komputer dalam bentuk total jumlah keluar dari pemantauan. sementara proses tetapZOH yang sudah dihasilkan. setelah dilakukan berlangsung. Sistem akan berhenti jika saklarpenghitungan. pada panel kendali dimatikan.

Disamping itu pada komputer jugaditampilkan grafik laju alir NH4(OH) dan pHsetiap saat.

Dalam sistem ini komputer hanya sebagaipenampil. Komputer tidak dapat mengendalikan

Buku II hal. 230 ISSN 1410 - 8178 Moch. Rosyid, dkk

&>batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

sistem, LCD

menampilkan

4 baris 20

tetapan dan

karakter

keypad

untukuntuk

mengubah tetapan.

Gambar 5. Tampilan akuisisi data pad a layar komputer.

• Kursor akan menuju nilai tetapan flow ZBS.

KENDALl PEMBUATAN ZOH I I Nilai tetapan baru dapat dimasukkan .• Untuk tetapan lain, tekan tombol ~ atau T .

.!.J I I Jika 15 detik tidak ada tombol yang ditekan makatetapan tersebut disimpan ke dalam EEPROM.

On fOff

Gambar 6. Tampilan panel kendali

Tampilan pada panel kendali :• Data tetapan flow ZBS , flow NH40H , pH di

dalam reaktor, suhu di dalam reaktor dan rpmpengaduk ditampilkan pada monitor LCD.

• Jika nilai tetapan tersebut akan diganti, makatombol # ditekan dan ditahan selama 3 detik.

KESIMPULAN

Telah dibuat rancangan sistem akuisisidan kendali unit pembuat ZOH dari ZBS.Pengendalian dilakukan dengan PLC. Datatetapan flow ZBS , Flow NH40H , pH di dalamreaktor, suhu di dalam reaktor , rpm pengadukdan flow air ditampilkan pada monitor LCD.Parameter-parameter proses mulai flow ZBSsampai hasil ZOH setiap sa at ditampilkan padamonitor komputer.

DAFT AR PUST AKA

1. TUNDJUNG INDRATI dkk, 2004, Laporanteknis pengolahanpasir zircon, kerjasamaPTAPB-BPPT. PTAPB-BATAN Yogyakarta

2. SUNARDJO dkk 2011, Laporan TeknisKegiatan Peningkatan Kemurnian Zr02,PTAPB BAT AN, Y ogyakarta.

Moch. Rosyid f dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 231

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologl Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 11 September 2013

@>batan

3. PRISTI HARTATI dkk, 2012, LaporanMetallurgical Test Work Pengolahan PasirZircon, kerjasama PTAPB-PTANTAM.PTAPB-BATAN Yogyakarta.

4. N.V.TUYEN, V.T.QUANG, T.G.HUONGand V.H.ANH, 2007. Preparation of HighQuality Zirconium Oxychloride from Zirconof Vietnam. The annual report. VAEC.VAEC­AR 07 - 3.286 -291.

5. AGFIANTO EKO PUTRA.http://agfi.staff. ugm.ac. idlblog/index. php/2009/02/antarmuka -pc-dasar-dasar-akuisisi -datal

Tanya jawab

Kiswanta

~ Untuk koneksi PLC dengan komputer yangmenggunakan RS 232 sementara padakomputer sekarang hanya ada USB, makadiperlukan konverter USB to RS 232.Bagaimana setting band rate untukmenyesuaikan kecepatan sampling data agarsinkron dengan proses yang dimonitor?

Moch. Rosyid<} Untuk upload program ke dalam PLC

digunakan RS 232. Untuk PC yang tidak adaport RS 232 digunakan USB to RS 232converter. Kecepatan sampling data dapatdi/akukan karena kedua alat (port serial PCdan port serial PLC) dapat diatur band rate­nya. Komunikasi yang pernah di/akukanadalah pada band rate 9600 bps.

Khairul Handono

~ Tampilan data aquisisi pada HMImenggunakan bahasa apa?

Moch. Rosyid<} Untuk tampi/an data aquisisi dapat

digunakan delphi, visual basic, ataumenggunakan Lab. View. dalam rancanganini yang digunakan adalah visual basic versi6.0.

Buku II hal. 232 ISSN 1410 - 8178 Moch. Rosyid, dkk