basis weight dan moisture machine direction control sistem untuk ...

ISSN 0216-3128 225Rony Djokorayono, dkk.

BASIS WEIGHT DAN MOISTURE MACHINE DIRECTIONCONTROL SISTEM UNTUK MENINGKATKAN KUALITASPRODUKSI DI INDUSTRI KERTAS LECES

Rony Djokorayono, A.Rifai, Junus, A. Jamil.

Peralatan Industri P2PN Batan Puspiptek Serpong

ABSTRAKBASIS WEIGHT DAN MOISTURE MACHINE DIRECTION CONTROL SISTEM UNTUKMENINGKATKAN KUALITAS PRODUKSI DI INDUSTRI KERTAS LECES. Telah dikonstruksi BasisWeight don Moisture machine direction Control System dengan metoda absorpsi sinor beta don absorpsiinfrared yang digunakan untuk meningkatkan kualitas produksi kertas di Industri kertas Leces. Kualitasproduksi kertas ditentukan oleh nilai Basis Weight don Moisture yang disesuaikan dengan Target Produksiyang diinginkan, dengan persyaratan ketelitian ukur untuk basis weight adalah .:t2.5 gram/m2 don untukmoisture adalah :10,1%. Keunggulan sistem ini hila dibandingkan dengan metoda cuplikan adalah dapatmengendalikan variabel basis weight don moisture secara ON-LINE terus menerus selama produksi dontidak merusak hasil produksi seperti yang dilakukan dengan metoda cuplikan

ABSTRACTBASIS WEIGHT AND MOISTURE MACHINE DIRECTION CONTROL SYSTEM TO REDUCE LOSSPRODUCTION AT LECES PAPER INDUSTRY. Basis Weight and Moisture Machine Direction ControlSystem have been constructed by using beta absorption and infrared absorption method to reduce lossproduction of the paper Industry at Leces Paper Industry. Quality Paper Industry product depends onvariable Basis Weight and Moisture that has been set up according to the Set Point Target ProductionProcess with the required accuracy .:t 2,5 gramlm2 for Basis Weight mesurement and .:t 0,1% for themoisture. The advantage of this system compared to the sample method is the effective technique ofmeasurement and the ON-LINE control ofthe.production process without disturbing the process production.

beberapa pabrik kertas didunia yang mana basilpengendalian proses akan memenuhi standardpelaporan tampilan komputer Proses ACCU -RA Y1180 Micro Profile Manager, hal tersebut akanmudah diadaptasi oleh setiap operator mesin kertasdi berbagai pabrik kertas diseluruh dunia, sedangkankonfigurasi hardware tersusun dari KomputerProses, satu unit Frame Digital Interface, satu setremote terminal unit, satu set remote aktuator unitdimana hubungan antar unit processor meng-gunakan standard komunikasi RS232/RS422.

PENDAHULUAN

TEKNIK PEN GUKURAN, PENGEN-DALIAN PROSES DAN T AMPILANPROSES

Pengukuran Basis Weight (Gramatur)

Pengukuran basis weight berdasarkan metodatransmisi-absorpsi pancaran radioisotop Beta yang

memenuhi formula:

B asis Weight dan moisture merupakanvariabel penting yang digunakan sebagai

standard acuan dari hasil produksi di lndustri Kertasterutama untuk berat kertas antara 60 grarn/m2

sampai 400 gram/m2.

Basis Weight dan Moisture machine direction

control system yang dikonstruksi, denganmemanfaatkan Scanner dan sistem aktuator prosesyang ada di Paper Machine 2 PT .Kertas Lecesmenggunakan metoda transmisi radiasi beta untukpengukuran Basis Weight dan menggunakan metoda

transmisi sinar infrared dengan panjang gelombang1.8 nm/l, 9 nm untuk pengukuran moisture.

Sistem yang dikonstruksi dapat mengen-dalikan secara ON-Line variabel proses kertassehingga akan mengurangi kerugian bahan bakuakibat dari berfluktuasinya nilai basis weight: dan

moisture hasil produksi dan sekaligus meningkatkanmutu kertas yang diinginkan oleh pembeli.

Sistem tersebut diatas identik dengan sistemACCU -RAY yang telah ban yak digunakan oleh

-Prosiding Pel1emuan dan Presentasi IImiah Peneiitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

ISSN 0216 -3128226 Rony Djokorayono, dkk.

/ = /0 e-UX (1)

"'fif:Pengendalian Basis Weight '

Pengendalian Basis Weight dapat dilihat pactaGambar 1. Dimana metoda pengendalian meng-gunakan metoda Pengendalian Proposional Integralbipolar pulse duration. Signal variabel Bw diukuroleh Remote Terminal unit kemudian diintegrasikanke Sistem Komputer Proses dan basil perhitungankomputer diumpan batik melalui Remote Aktuatorunit dan dilanjutkan ke unit Dezurich controllerstock valve untuk membuka increaceldecreace valvestock sehingga basil pengendalian akan menyesuai-kan dengan target secara otomatis dimana nilai tar-get dimasukan pacta tampilan proses komputer pactakolom Product Grade sebelum proses dilaksanakan.

Kemudian disederhanakan menjadi in / = in /0 -ux

dengan asumsi In fo dan u merupakan konstantasehingga formuiasi diatas dapat disederhanakan

menjadi

x sebanding proporsional dengan I

Dimana 10 = lntensitas radiasi beta sebelum di-

arbsorpsi kertas

1 = Intensitas radiasi beta setelah di-

arbsorpsi kertas

Pengendalian Moisture

Pengendalian Moisture dapat dilihat pactaGambar 2. Dimana metoda pengendalianmenggunakan metoda Pengendalian ProporsionalIntegral bipolar pulse duration. Signal variabelmoisture diolah oleh sistem penditeksi pulsa yangtersusun dari unit diteksi head pulse dan logic pulsekemudian disincronisasi yang menghasilkan signaltegangan searah (DC) dan kemudian diukur olehRemote Terminal Unit kemudian djintegrasikan keSistem Komputer Proses dan hasil perhitungankomputer diumpan balik melalui Remote AktuatorUnit dan dilanjutkan ke unit Tylor controller steamvalve untuk membuka increace/decreace valvesteam presure sehingga hasil pengendalian akanmenyesuaikan dengan target secara otomatis dimananilai target telah dimasukan pacta tampilan proseskomputer pacta kolom Product Grade sebelumproses dilaksanakan.

u = konstanta atenuasi massa untukkertas

x = berat kertas per satuan luas (gram

1m2)

Dari formula tersebut diatas terdapathubu~gan linier antara berat kertas persatuan luasdeng~n intensitas radiasi beta yang terarbsorpsi olehmaterial kertas, intensitas radiasi beta setelahdiarbsorpsi oleh kertas kemudian diukur intensi-tasnya menggunakan detektor Ion Chamber Highsensitive beta yang hasilnya merupakan arus listriksearaJ1 (DC) yang dikonversi ke standard signal 4-20mA, untuk kemudian ditransmisikan melalui kabelsignal ke Remote Terminal Unit.

Dalam hal ini dengan menggunakan sumberradioktive Beta Kr85 aktivitas 400 mCi dapatdigunakan untuk mengukur Basis Weight (gramatur)kertas dari standard (>0 gram sampai 400 gram per

meter persegi.

Ta/11pilan Proses Composite Profile/SingleScanPengukuran Moistllre

Merupakan Tampilan komputer proses yangmenampilkan Basis Weight, Moisture dan Bone Dryberbentuk profile grafik yang disesuaikan denganposisi Slice (18 Slice) secara cross direction SingleScan, dari grafik tersebut dapat menginformasikannilai parameter basis weight,moisture,bone dryterhadap lebar kertas dan hasil informasi tersebutdapat digunakan untuk mengatur pembukaan slicevalve stock dan steam valve sehingga profile ba...i...weight,moisture dan bone dlJ' secara cross direction

merata.

Pacta tampilan ini dilengkapi juga nilainumerik hasil pengukuran basis 11'eight, moi.\'ture,bone dry yang merupakan nilai aktual pengukuransehingga dapat dengan mudah dibandingkan dengannilai target yang sebelumnya telah dimasukan.

Pengukuran moisture berdasarkan padamet0da transmisi abrsorpsi sinar infrared denganpanj~ng gelombang 1,8 nm clan panjang gelombang1,9 11m , sinar infrared dengan panjang gelombang1,8 nm akan sensitive terhadap kadar air yangterd~pat dalam material kertas sedangkan infraredden~an panjang gelombang 1,9 nm tidakter~ngaruh oleh adanya kadar air didalam kertas ,sehmgga dengan membandingkan intensitas sinarinfrnred yang mempunyai kedua panjanggel<l>mbang tersebut diatas setelah melalui materialkertas akan diperoleh nilai kadar air (moisture) yangterdapat didalam kertas tersebut.

Batas ukur yang dihasilkan oleh sistemdetj;:ksi moisture adalah 0,5%.sampai 10.0% denganket~litian ukur 0, I % moisture.

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

ISSN 0216-3128 227Rony, Djokorayono, dkk.

-£-

StIXok Valn W I ~

Gambar I. Diagrant kontrol B JJJ

--*-Steam~QR Valftlllc/~

Gambar 2. Diagram kontro/ Moisture

228 ISSN 0216 -3128Rony Djokorayono, d/(k.

Tampilan Proses Sistem Overview

Merupakan tampilan komputer proses yangmenampilkan beberapa variabel proses utama secaraterintegrasi yang terdiri dari tampilan numerik pre-sent target, aktual pengukuran proses, posisi aktu-ator, tampilan trend average, tampilan Compositeprofile atau tampilan Single Scan, dimana variabelproses utama tersebut meliputi Basis Weight,Moisture, Bone Dry, dan pelaporan Reel Produksi.

Tampilan Proses Trend Average

Merupakan tampilan komputer proses yangmenarnpilkan basis weight ,moisture, bone dryberbentuk profile grafik secara Machine Directiondimal1a nilai pengukuran bw,moist,bd secara singlescan dikalkulasi oleh komputer menjadi nilai Trendsecara machine direction dan ditampilkan pada layarmonitpr, dan nilai ini yang akan digunakan untukpengendalian bw, moist ke sistem aktuator.

Tampilan Proses Production Summary

I Merupakan tampilan ~omputer proses yang

menampilkan nilai numerik dari akumulasi proses

produksi (througput Ton/hour) , average speed,waktu mulai produksi (RUN), waktu yang hilang

dalam proses produksi (lost time), dan waktu yang

digunakan untuk merubah Rrade (~rade change).Oarl Itampilan tampilan ini akan dapat diketahui

kr.:l.:r.:patan produksi daiam setiap jam, jumlahakum~lasi produksi pada suatu saat dan waktu yang

hilan~ pada saal kcrtas putus atau kesalahan

prod~ksi (Puper Bruke).

INTEGRASI HARDWARE SISTEMCONTROL BASIS WEIGHT DANMOISTURE

Integrasi hardware sistem control Basisweight clan moisture dapat dilihat pada Gambar3,dimana blok sistem secara keseluruhan akantersusun dari Komputer Proses, Remote TerminalUnit. Remote .4ktul1tur Unit. Frame digital interfaceclan Scanner yang dilengkapi Source Kr85 ..)()urcelI1ji-ared. detektor beta .detektor mm.,ture clanBeberapa kelcngkapall variabel proses-

FRMIE DIGITALINI"ERF ACED£'I1!CTOe.

saJRCE

SCANNER BW I MOIST

M~ v.r~ Roo! Spooci~. JkJw ot.xk ~

VARIABELPROSES

RTUSENSOR SCANNI:R

DAN PROSESINTmF ACE

~8t~ -

Volft.-~ -

KOMPUTERI PROSES!

/" ,

Gambar 3. integrated BWIM Control Process

Prosiding Pertemuan Qan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

ISSN 0216 -3128 229Rony Djokorayono, dkk.

Komputer Proses

Komputer Proses digunakan sebagai mo~itorTampilan Proses, perhitungan kontrol , pengol-ahansignal signal pengukuran proses, memasukan nilaitarget BW, Moist, dan terintegrasi ke remoteterminal unit, remote aktuator unit, frame digitalinteiface, serta melaporkan hasil produksi dan dapatdicetak setiap saat.

~~~-

square dengan ketelitian ukur 2 gram per metersquare dengan source Kr85 beraktivitas 400 mCi,jika digunakan untuk mengukur berat kertas yanglebih tipis digunakan source premetium.

Standard head Moisture digunakan untukmengukur besaran moisture dengan dua filterinfrared sehingga dari korelasi kedua filter tersebutakan menghasilkan nilai moisture kertas , scannerini dilengkapi juga dengan motor AC variabel speedsehingga kecepatan scanner dapat diatur sesuaidengan keperluan , resolusi scan minimum IS detikper scan dan maksimum 30 detik per scan,pengaturan speed motor dilakukan oleh remoteaktuator unit dengan menginjeksikan standard arus0-20 mA atau standard voltage 0-10 Volt.

Kelengkapan lain dari scanner ini adalahsensor sheet break, head position selebar positionslice valve yang terdapat di unit IVire.

Renlote Tenninal Unit

Remote Terminal Unit berfungsi sebagai dataakusisi sistem dimana besaran variabel proses yangterdiri dari basis weight, moisture, dry stock(consistency), steam presure, head pospaper break(sheet break), machine speed, reel speed, wirespeed, valve position bw feed back, valve position.steam pres lire feed back dan lain lain dikonversi kebes~ran digital kemudian dikonversi ke variabel

komunikasi serial asynchronous yang dilengkapidengan protokol khusus yang akhimya dapatdit~ima oleh Komputer Proses.

Sistem ini dilengkapi dengan processorpengolah signal head pulse, logic pulse. dansinkronisasi logic yang akan menghasilkan be~aranmoisture, disamping itu sistem ini tersusun darimodul processor, modul data akusisi dengan ADCresolusi 12 bit, modul power supply, modulfrekuensi to voltage converter, modul pengkondisisignal, modul power supply dimana modul modultersebut menggunakan standard modul 3U DIN dan

standard Rack 19".

Frame Digital Interface

Frame digital interface berfungsi sebagaipengendali scanner, unit ini menerima batasanbatasan operasi dari komputer proses diantaranya :operasi lokal , operasi remote, menerima konstantavariabel speed AC drive motor scanner, menerimabatas kertas kiri dan batas kertas kanan, mengirimbesaran head position ke remote terminal unit.

Unit ini dapat dioperasikan stand alone tanpainteraksi dengan komputer proses tetapi selalumemberikan informasi besaran head positionmelalui remote terminal unit .dan dilengkapi dengansebuah processor yang melakukan proses logicdimana batasan pengoprasiannya diterima dari

komputer proses.Remote Aktuator Unit

Remote Aktuator Unit berfungsi sebagaipengendali aktuator stock valve daD steam presurevalve dimana variabel kontrol yang diterima darikomputer proses melalui serial komunikasiasynchronous RS232/RS422 dikonversi oleh unit inimenjadi signal kontrol untuk menggerakan unit unitaktuator proses. Unit ini tersusun oleh modulprocessor, modul logic output, modul relay logic,modul digital to analog, dan modul power supplydimana modul modul tersebut menggunakanstandard modul3U DIN dan standard rack 19".

PEMBA-DATA DANPENY AJIANHASAN

Data pengukuran proses selalu dilakukancross check dengan hasil pengukuran di lab ujrkertas leces setiap 6 jam, hal tersebut dilakukanuntuk melihat kesetabilan hasil pengukuran sistemyang dibuat, dalam hal ini hanya dilakukan untukpengukuran basis weight clan moi.~ture sedangkanvariabel proses yang lain dibandingkan dengan alatyang terdapat pad a panel proses. Pada tabel dibawahini dapat dilihat data pengukuran proses yang telah

dilakukan diantaranya:

Scanner Basis Weight dan Moistur.

Scanner Basis Weight dan Moisture yangdigunakan memenuhi standard ketas Paper Machinedua Kertas Leces dengan lebar sheet atau lebartambour 3,5 meter. standard Head Basis Weightuntuk digunakan mengukur berat kertas antara 60gra!11 per meter square sampai 400 gram per meter

Data Pengllkuran Basis Weight

Dari hasil pengukuran ba:.'is weight didapatkorelasi persamaan linier Y = -O,337X + 565,558

dengan koefisien korelasi R = 0,965 dan

persam*an ini akan dimasukan didalam perhitungansoftwar~ sehingga hasil pengukuran akan sesuaidengan nilai standard sample basis weight sebagaistandar~ kalibrasi.

Data Pengukuran Dry Stock ( Consistensy)

Tabel3. Data pengukuran dry stock (consistency).

Dry Stock (Consistensy)% Panel Transmitter

Hasil Pengukur-an (Digital)

Tabell. Data Pengukuran Basis Weight.

3,00

2,90

2,57

2,51

2,50

2,45

1,95

1,00

1822

1719

1289

1215

1205

1955

1455

505

Oari hasil pengukuran consistency didapatkorelasi persamaan linier Y = 0,00 I X + 0,839dengan koefisien korelasi R = 0,789 dan persamaan

moisture ini akan dimasukan ke perhitungansoftware sehingga hasil pengukuran akanditampilkan pada layar monitor komputer prosessesuai dengan standard kalibrasi consistency Pulpkertas.

Data Pengukuran Moisture Data Pengukuran Reel Speed (Accuray)

Tabel2. Data pengukuran moisture. Tabel4. Data pengukuran reel speed (accuray).

Moisture StandardKertas %

Hasil Pengukuran

(Digital)

9,58

8,80

7,60

6,58

5,50

4,60

3,40

330

291

253

214

175

136

98

Oari hasil pengukutan moisture didapatkorela~i persamaan linier Y = 0,027 X + 0,851dengalil koefisien korelasi R = 0,990 daD persamaan

moist~re ini akan dimasukan ke perhitungansoftware sehingga hasil pengukuran ~kanditampilkan pada layar monitor komputer prosessesuai dengan standard kalibrasi moisture kertas.

Dari hasil pengukuran Reel Speed didapatkorelasi persamaan linier Y = 0,485 X + 696,488dengan koefisien korelasi R = 0,998 dan persamaan

Reel Speed ini akan dimasukan ke perhitungan

Proslding Perternuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NluklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

Rony Djokorayono, dkk.

softWare sehingga basil pengukuran akan ditampil-kan pada layar monitor komputer proses sesuaidengan standard kalibrasi Reel Speed Mesin kertas.

Oari hasil pengukuran Wire Speed didapatkorelasi persamaan linier Y = 0,472 X + 638,524dengan koefisien korelasi R = 0,990 clan persamaanwire speed ini akan dimasukan ke perhitungan

software sehingga hasil pengukuran akan ditampil-kan pada layar monitor komputer proses sesuaidengan standard kalibrasi wire speed mesin kertas.

Data Pengukuran Dosing Valve Position FeedBack (Panel Transmitter)

T

tbel 5. Data pengukuran dosing valve posi.tionfeed back. Data Pengukuran Steam Pressure

Tabe17. Data pengukuran steam pressure.

Oari basil pengukuran steam presure didapatkorelasi persamaan linier Y = 0,000 I X + 0,092dengan koefisien korelasi R = 0,990 dan persamaansteam pressure ini akan dimasukan ke perhitungansoftware sehingga basil pengukuran akan ditampil-kan pada layar monitor komputer proses sesuaidengan standard kalibrasi steam pressure pada panelproses kertas.

I Oari hasil pengukuran Dosing Valve PositionFeed Back pacta panel transmitter didapat korelasipersamaan linier Y = 0,021 X + 15,530 dengankoet'isien korelasi R = 0,994 dan persamaan

nloisture ini akan dimasukan ke perhitungansofl\j.'are sehingga hasil pengukuran akan ditampil-kan~pada layar monitor kdmputer proses sesuaiden an standard kalibrasi Dosing Valve PositionFee Back pad a panel proses di mesin kertas.

KESIMPULAN

Dari hasil pengukuran yang telah dilakukandapat disimpulkan bahwa sistem yang dibuatmemenuhi syarat untuk digunakan dengan catalanperlu uji ulang sehingga nilai tluktuasi tampilanproses dapat dikurangi sehingga akan sesuai denganstandard pengukuran dan pengendalian pada industrikertas. Penyimpangan basis weight yang diijinkandalam proses kontrol di Industri Kertas adalah :t 2,5

gram/m2 sedangkan penyimpahgan maksimum darisistem yang dibuat :t 3,0 gram/m2 dengan koefisienkorelasi r = 0,965.

Datu Pengukuran Wire Speed (m/min).

Tabel 6. Data pengukuran Wire Speed (mImin).

Wire Speed Accuray(m/min)

Hasil Pengukuran(Digital)

300,5

290,2

280,5

250,2

200,6

190,4

180,6

130,5

1990

1968

1946

1886

1778

1759

1735

1629

Penyimpangan moisture yang diijinkandalam proses kontrol di Industri Kertas maksimumadalah :t: 0,1%, sedangkan penyimpangan maksi-mum dari sistem yang dibuat :t: 0,3% dengankoefisien korelasi r = 0,99. Sedangkan untuk

pengukuran variabel proses yang lain umumnya

Prosiding Perlemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologll"ukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

232 ISSN 0216-3128 RoilY Djokorayollo, dkk.-

memenuhi standard pengukuran dengan ketilitian :t0,1% qengan koefisien korelasi r = 0,99, kecuali

untuk pengukuran dry stock (consistency) mem-punyai ,koefisien korelasi r=0, 789.

TANYAJAWAB

Meskipun sistem yang dibuat dapat di-gunak~ untuk pengendalian proses di lndustriKertas tetapi masih diperlukan penyempumaandalam hal sistem deteksi , instalasi serta diperlukanpengujian lebih lanjut seperti uji kehandalan Sistem.

Farid W. Machmud

-Belum terlihat kaitan basis weight & machinedirection control dalam peningkatan kualitaskertas. Dapatkah anda menjelaskannya?

Rony D.

-Kalau sistem proses kertas itu dikontrol secaramanual (sampling) maka hasil produksi akandisohek dan hasilnya rusak dan kontrol ha~'ilproduksi tak terkendali, misal hila di set 70 grmhasilnya bisa :f:error 30 grm tetapi dengan sistemini hasilnya mel1capai kelelitial1 ukur :f: 3 grmdan tidak n1erusak kerla.'i hasi! produk.'ii.

DAFTARPUSTAKA

2

Industrial Nucleonic Accuray, Colombus Ohio43t282 USA 1987.

S9'tem Pengaturan,edisi ketiga, Richard C.Dorf

1~93.

Prosiding Pert.amuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002