INSCITRON: Simulator Pabrik Kimia Berbasis Model Dinamis

12 March 2011

Abstrak

      OTS merupakan perangkat lunak berbasis personal komputer yang menyajikan simulasi operasi yang terjadi di dalam pabrik kimia. Dengan OTS seorang peserta pelatihan dapat belajar bagaimana mengoperasikan unit operasi pada berbagai kondisi operasi, yaitu kondisi normal, start-up, shutdown, emergency, dan malfunction. Unit operasi disini bisa berupa suatu unit proses dalam sebuah kilang minyak, pabrik petro kimia atau bisa juga berupa power plant.  OTS dilengkapi dengan fitur-fitur yang sama seperti yang terdapat pada control panel yang ada di control room suatu industri kimia, sehingga memudahkan instruktur untuk memberikan pelatihan dan penilaian kepada operator. OTS juga dilengkapi dengan fitur interlock yang bertujuan untuk mengamankan operasi.

      Pada paper ini akan disajikan keberhasilan Gama Kreasindo, perusahaan profesional berbasis technopreneurship dari UGM yang telah melakukan invensi OTS yang selanjutnya diberi nama INSCITRON.

Pengantar

       Didalam operasi pabrik kimia dikenal lima macam kondisi operasi:

1. Start up, yaitu kondisi dimana pabrik mulai dioperasikan setelah mengalami perbaikan tahunan,

2. Normal, merupakan kondisi setelah start up selesai yang ditandai dengan terpenuhinya spesifikasi produk seperti yang diinginkan,

3. Shutdown, yang merupakan kondisi menghentikan pabrik sesuai dengan prosedur sampai pabrik benar-benar berhenti karena perlu adanya perbaikan,

4. Emergency, yaitu kondisi tidak lazim yang memerlukan tindakan cepat dan tepat untuk menghindari tingkat resiko yang lebih tinggi, dan

5. Malfuction, yaitu kondisi dimana unit operasi tidak berfungi sebagaimana mestinya.

        Kelima kondisi diatas tidak bisa dicobakan pada saat pabrik berjalan normal, khususnya bagi operator baru saat on-the-job training. Untuk itu diperlukan simulator (perangkat lunak) untuk memprediksi fenomena pada kondisi tersebut. Beberapa simulator yang biasa digunakan adalah Aspen plus, Hysis, Chemcad, Pro II dll. Simulator tersebut dapat mempelajari fenomena dan karakteer proses, akan tetapi hanya bisa mensimulasikan kondisi operasi normal (steady state). Disamping itu, tampilan proses yang ada tidak sama dengan DCS, sehingga fungsi simulator tersebut hanya untuk mempelajari proses yang terjadi di pabrik kimia. Untuk itu diperlukan simulator non-generik yang mampu memprediksi kondisi nyata di lapangan.

        Salah satu contoh simulator non-generik yang banyak dipakai di industri adalah OTS (operator training simulator). Tampilan OTS sama seperti fitur-fitur yang ada pada layar human machine interface DCS (distributed control system) pada pabrik kimia. Hanya saja kebanyakan model proses yang digunakan bersifat historian dengan menggunakan rumus-rumus empiris.

        Ada tiga tahapan pengambangan teknologi, yaitu:

• Developing technology, yang terdiri dari penelitian dasar dan penelitian terapan
• Emerging technology, merupakan aplikasi dari penelitian terapan pada skala industri
• Commercial technology yang merupakan komersialisasi dari teknologi yang telah melewati fase emerging technology.

Pada tulisan ini akan dipaparkan keberhasilan Gama Kreasindo, perusahaan profesional berbasis technopreneurship dari UGM dalam melakukan invensi OTS. 

Operator training simulator (OTS)

        Secara umum OTS terdiri dari:

         a. Process model (PM), yang merupakan perangkat utama yang menjalankan algoritma pemodelan unit proses baik pada kondisi transient, steady state maupun kondisi dinamis (start-up, shutdown dan upset). Selain itu PM juga memuat safety & trip system logic yang ‘disambungkan’ (interfaced) ke Instructor Station/interface.

         b). Instructor station (IS) yang berfungsi sebagai pengendali aktivitas operasional OTS dan bertindak sebagai instruktur simulasi proses, yang antara lain digunakan untuk memonitor semua variable proses, memasukkan berbagai mode operasi, initial conditions, snapshots, backtracks, faults and malfunctions, mengubah kondisi battery limit, field-operated devices, dan mengukur performansi serta merekam hasil penilaian dari peserta training simulasi proses kimia. Disamping itu instruktur juga mempunyai fasilitas untuk mengubah time-scale, baik secara fast-time (10 times of the real time) maupun slow time (0.1 times of the real time). Instructor Station terdiri dari 1 unit komputer yang diperlengkapi dengan sebuah printer untuk membuat laporan hasil simulasi EOS dan FOS. Instruktur dapat meng-interupt kondisi proses yang sudah steady-state menjadi unsteady-state /unbalance.

         c). Emulated operator station (EOS) yang berfungsi untuk mengemulasikan operator station dari DCS (Foxboro I/A Series) yang digunakan sebagai operator untuk pelatihan simulasi proses dan terdiri dari monitor, keyboard dan pointing device. Man-Machine Interface yang tersedia pada EOS akan dapat merepresentasikan semua obyek yang berhubungan dengan aktivitas operator di control room seperti operating group, trends, alarm, grafik, dls. Operator station terdiri dari beberapa unit komputer dan sistem di desain agar memungkinkan untuk dilakukan penambahan jumlah operator station.

         d). Field operator station (FOS), yang bertindak untuk merepresentasikan fungsi operator lapangan (tidak berada di control room) dan juga merepresentasikan fungsi ESD/Interlock dalam berbagai mode, yaitu automatic, normal dan status bypass switch pada posisi on/off, tetapi aktivitasnya dilakukan dengan menggunakan interface grafikal (graphical user interface). FOS memuat beberapa obyek field equipment seperti block/bypass valves, motor stater, local relay, bypass interlock, switch control, dan beberapa tipe piranti analog maupun digital lainnya. FOS dapat merupakan bagian dari OS.

        OTS yang sekarang banyak dipakai di industri kebanyakan menggunakan model historian pada processs model dan belum menggunakan prinsip chemical engineering tools. Data yang diperoleh dari operasi pabrik diolah dan selanjutnya dibuatkan rumus empiris sebagai suatu blax box, sehingga terkadang dimungkinkan menghasilkan suatu data yang kontradiktif dengan kaidah ilmiah yang ada.

INSCITRON

      Gama Kreasindo, perusahaan profesional berbasis technopreneurship dariUGM berhasil melakukan invensi OTS. Hasil invensi diberi nama INSCITRON. Sistematika INSCITRON terdiri dari main server, data base server yang berfungsi untuk menghitung dan menyimpan data. Disamping itu terdapat instructor station dan engineer/operator station yang dihubungkan dengan switch seperti yang terlihat pada Gambar 1.

Tampilan INSCITRON

      Tampilan INSCITRON sama persis seperti yang ada pada control panel dalam control room yang ada di industri kimia. Beberapa contoh tampilannya dapat dilihat pada Gambar 2.

Kelebihan INSCITRON

      Gama Kreasindo telah bekerjasama dengan salah satu pabrik kimia terbesar di Indonesia yang ada di Kalimantan Timur. Dari hasil diskusi dengan beberapa pakar sebagai pengguna disampaikan beberapa kelebihan INSCITRON seperti:

• Process model menggunakan prinsip chemical engineering tools: neraca massa, neraca panas, keseimbangan dan proses kecepatan, sehingga model yang dihasilkan merupakan model dinamis
• Dapat berfungsi sebagai OTS seperti yang saat ini dipakai di beberapa industri, yaitu mempelajari fenomena dan karakter proses pada kondisi startup, operasi normal, shutdown, emergency dan mulfuction.
• Dapat dipakai mempelajari  “know-how” proses yang ada disetiap unit operasi. 
• Dapat dipakai mempelajari perubahan spesifikasi produk seandainya terjadi perubahan spesifikasi bahan baku.
• Dapat dipakai oleh process engineer (PE) untuk melakukan audit proses, optimasi proses dan audit energi.
• Layanan purna jual terjamin, karena tim Gama Kreasindo siap melakukan modifikasi seandainya pada industri pengguna melakukan modifikasi proses.
• Dapat dipakai dipakai untuk melakukan inovasi proses dengan mengubah-ubah design variabel proses (kapasitas pabrik, ketersediaan energi, kondisi operasi dll).

Kesimpulan

         Dari diskusi beberapa pakar simulasi dan pengguna INSCITRON, mereka menyimpulkan bahwa:

1. INSCITRON sangat cocok diaplikasikan baik pada industri menengah maupun industri berskala besar.
2. INSCITRON dapat digunakan tidak hanya untuk latihan bagi operator baru, akan tetapi dapat pula digunakan oleh para process engineer untuk audit proses, optimasi proses dan audit energi.
3. INSCITRON bersifat fleksibel, karena jika dilakukan perubahan proses pada industri yang ada, dapat dilakukan modifikasi.
4. INSCITRON dapat dipakai mempelajari karaktersitik produk seandainya terjadi perubahan spesifikasi bahan baku.

Pustaka

Krause, A., Foundations of GTK+ Development (Expert's Voice in Open Source), Apress , 2007

Masters, J. and Blum, R., Professional Linux Programming, Prentice Hall, 2007

Pennington , H., GTK+/Gnome Application Development, New Riders Pub., 1999

Logan, S., Gtk+ Programming in C, Wiley, 2001

Campbell, Stephen L., Chancelier, JP., and Nikoukhah, R., Modelling and Simulation in Scilab/Scicos, Springer, 2000

Edris, A., “Operator and Planner Training Simulator for Advanced Transmission Technology Concepts”, Technical Report Electric Power Research Institute, New York, 2007.

Ravi, K., Dhingra, S.C., Guha, B.K., and Joshi, J.K, “Simulation of primary and secondary reformers for improved energy performance of an ammonia plant”, Chemical Engineering & Technology – CET, Vol 12, Issue 1, 358-364, 1989

Yu, Y.H., “Simulation of Secondary Reformer in Industrial Ammonia Plant”, Chemical Engineering & Technology, Volume 25, Issue 3 , Pages307 – 314, 2002.

ditulis oleh:

Ardhi Wicaksono, Ade Kurniawan, Haniif Prasetiyawan dan Anugerah Galang Persada

www.gamakreasindo.com