Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ABSTRAK
ISSN 1693-3346
Telah dirancang sistem monitor proses pabrik kertas dan sistem kendali gramatur kertas
(Basis Weight) untuk arah mesin kertas dengan lebar scanner 3,5 meter menggunakan
metoda absorpsi sinar beta jenis Kripton 85 yang mempunyai ketelitian ukur gramatur 2,5
gram/m2 • Keunggulan sistem ini bila dibandingkan dengan metoda cuplikan adalah dapat
memonitor 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 method with
gramature accuracy 2,5 gram/m2 •
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) antara 60
gram/m2 sampai 200 gram/m 2.
Basis Weight machine direction control system yang dirancang, dengan memanfaatkan
Scanner yang tersedia dan sistem aktuator proses yang ada di mesin kertas
menggunakan metoda transmisi radiasi beta untuk pengukuran Basis Weight. Sistem
yang dikonstruksi diharapkan dapat mengendalikan secara ON-Line variabel proses
kertas sehingga akan mengurangi kerugian bahan baku akibat dari bertluktuasinya nilai
basis weight hasil produksi dan sekaligus meningkatkan mutu kertas yang diinginkan
oleh pembeli.
Konsep rancangan sistem ini mengacu kepada rancangan sistem ACCU - RAY yang
telah banyak digunakan oleh beberapa pabrik kertas didunia dimana hasil
pengendalian 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 dunia, sedangkan
112
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
konfigurasi hardware tersusun dari Komputer Proses, satu unit Frame Digital Interface
(Kendali scanner), satu unit remote terminal (unit Data Akusisi), satu unit remote
aktuator (Data Aktuator kendali Proses) dimana hubungan antar unit processor
menggunakan 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 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• (1)
Kemudian disederhanakan menjadi In 1 = In 10 - ux dengan asumsi In 10 dan u
merupakan konstanta sehingga formulasi diatas dapat disederhanakan 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 = berat kertas per satuan luas (gram/ m2)
Dari formula terse but diatas terdapat hubungan linier antara berat kertas persatuan luas
dengan logaritmik intensitas radiasi beta yang terarbsorpsi oleh material kertas,
intensitas radiasi beta setelah diarbsorpsi oleh kertas kemudian diukur intensitasnya
menggunakan detektor IonChamber High sensitive beta yang hasilnya merupakan arus
listrik searah (DC) yang dikonversi ke standard signal 4-20 mA, untuk kemudian
ditransmisikan 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 Basis Weight dapat dilihat pad a gambar 1, dimana metoda pengendalian
menggunakan metoda Pengendalian Proposional Integral bipolar pulse duration..
Signal variabel BW diukur oleh Remote Terminal unit kemudian diintegrasikan ke
Sistem Komputer Proses dan hasil perhitungan komputer diumpan balik melalui
113
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Remote Aktuator unit dan dilanjutkan ke unit Dezurich controller stock valve untuk
membuka increaceldecreace valve stock sehingga hasil pengendalian akan
menyesuaikan dengan target secara otomatis dimana nilai target dimasukan pada
tampilan proses komputer pad a kolom Product Grade sebelum proses dilaksanakan.
PICONTROL
RTU
F,lektrometRAU
SENSOR
BW
FLOWSTOCKPULP DEC INC
....! ....... ::'...
SOURCE
Kr 85 Beta
SheetKertas
SPEEDMACHINE
CONSISTENCY
PULP
Gambar 1. Blok Sistem Kendali Basis WeightMesin Kertas
DEZURICHCONTOLLER
STOCK VALVE
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
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Komputer Proses digunakan sebagai monitor Tampilan Proses, perhitungan kontrol ,
pengolahan signal signal pengukuran proses , memasukan 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 besaran 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 variable control yang diterima dari computer proses
melalui serial komunikasi asynchronous RS232/RS422 dikonversi oleh unit ini
menjadi signal kontrol untuk menggerakan unit unit actuator proses. Unit ini tersusun
oleh modul processor, modullogic 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 standard ketas Paper Machine
dengan lebar sheet atau lebar tambour 3,5 meter, 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
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
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 filter infrared sehingga dari korelasi kedua filter tersebut akan
menghasilkan 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 , unit ini
menerima batasan batasan operasi dari komputer proses diantaranya : 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 informasi besaran head position melalui remote terminal unit .dan
dilengkapi dengan sebuah processor yang melakukan proses logic dimana batasan
pengoprasiannya diterima dari komputer proses.
116
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
3.6. Blok sistem Instrumentasi proses pabrik kertas tampak atas
ISSN 1693-3346
PULP
PRE PARA nON
HEAD BOX
""""""'"WIRE SYSTEM
MACHINE GLOS
ARAHPROSESKERTAS
" •••••••••••••••••••••••• n •••••••••• Y' •••••••••
·········r·······························································1 ; .
HEAD BOX18 SLICE
f'" .
t······· ..·
PANEL FRAMEDIGITAL
PHERIPHERAL
INTERFACE
____ ~ANGGAKE LANT AIBA W AH
PANEL TERMINAL PROSESDAN SCANNER
..... " ······ ..·.. ···1
DRYER SYSTEM t···· · ······..·······..···········..········· · j
GROUP GENAPGROUP GANJIL
CONTROLROOM
CALANDER
SCANNERBW MOIST
1 TAMBOUR = 3 TON
(HASIL I JAM PROSES)
117
100METER
REMOTE TERMiNAL UNIT(DATA AKUSISI UNIT)
~~ •• ~~~ • '~"ATOR UNIT
JALUR KABEL LI PROSES)
DILANTAI
AWAH
._ .. n__ ._. ._._.'"_n .._ ...•;
I 20 METER!..._,_._ .._-----~
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
3.7. Blok Instrumentasi proses pabrik kertas tampak samping
ISSN 1693-3346
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/MINUTE2. 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 CONTROL8. STATUS LOKAL STOCK DOSING VALVE CONTROL
WIRE PROCESS INSTRUEMENT SENSORWIRE SPEED RANGE: 0.0 SID 300.0 MIMENIT
WIREPROCESS
-.J - - -- --.-- -Jl MACHINE SPEED RANGE 0 SID 300.0
,---------·---·--1-; MACHINE GLOS! 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 CONTROL5. STATUS MANUA:ULOKAL STEAM PRESSURE CONTROL6. STEAM PRESSURE FEED BACK VALVE POSITION (0 SID 100%)
DRYERPROCESS
SENSOR SCANNER BWIM PROCESS:01. STATUS SHEET BREAK (PAPER BREAK)02. STATUS REEL TURN UP03. STATUS ONIOFF SHEET04. STATUS GAIN MONITOR IR MOISTURE05. LIMIT FORWARD SCANNER06. LIMIT REVERSE SCANNER07. 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) SENSOR10. DETECTOR COL TEMP11. DETECTOR GAP TEMP12. SOURCE COL TEMP13. SOURCE GAP TEMP14. HEAD POSITION (HP)15. STATUS FORWARD REVERSE SCANNER16. MOIST MEASURE17. MOIST REFERENSE18. REELER SPEED (0 SID 300.0 M/MENIT)
118
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
3.8. Blok sistem terintegrasi Instrumentasi proses pabrik kertas
ISSN 1693-3346
-,PANEL I
_ FDPI II iL .1
SCANNER
BW/M
KOMPUTERSCANNER
PANEL INSTRUMENTASI
PROSES
/
1---------I DIHUBUNGKAN
DENGAN DEZURICKFLOW STOCKDOSING VALVE DIPANEL INSTRUMENTPROSES
I CONTROL ROOM
PANELSCANNER
RTU/DAU
COMPUTERINFORMASIPROSES
PANELPROSES
RAU
ACCU RAY PID 8WCONTROLLER
ACCU-RA Y PID MOISTCONTROLLER
DIHUBUNGKANDENGAN TYLORSTEAM PRESURECONTROLLER DIPANEL INSTRUMENTPROSES
I ,
Gambar 2. Integrasi hardware sistem proses dan kendali Basis weight
119
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
4. KESIMPULAN
ISSN 1693-3346
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