Neuro Furnace Control: Turunkan Pemakaian Energi dan Elektroda di Pabrik BajaKamis, 12 Agustus 2010Kategori:IndustrialisasiNeuro Furnace Controller (NFC) atau pengendali pergerakan elektroda pada tungku busur listrik berbasis Jaringan Saraf Tiruan (JST), sebuah software hasil karya monumental dari kolaborasi insinyur-insinyur PT Krakatau Steel (PTKS) dan Laboratorium Sumber Daya Energi (LSDE) BPPT. Sejak diaplikasikan, perangkat lunak ini telah menghasilkan jutaan dollar dan berpeluang mengantikan pengendali konvensional pada industri baja.Siapa bilang insinyur-insinyur Indonesia tidak bisa menghasilkan karya spektakuler? Jika ada kesempatan, anak-anak bangsa ini juga mampu melahirkan prestasi yang membanggakan untuk negerinya. Salah satu di antaranya adalah Neuro Furnace Controller (NFC), sebuah software yang berfungsi sebagai pengendali pergerakan elektroda pada tungku busur listrik (Electric Arc Furnace/EAF). Ini merupakan yang pertama di dunia dan dihasilkan dari kerjasama penelitian antara PT Krakatau Steel (PTKS) dengan Laboratorium Sumberdaya Energi (LSDE) BPPT dalam kerangka program RUK (Riset Keunggulan Kemitraan). Sejak diaplikasikan, PTKS telah berhasil meraup jutaan dollar dari penghematan pemakaian listrik dan elektroda serta kenaikan produksi.

Gambar 1. Proses peleburan baja pada tungku busur listrik (EAF) PT Krakatau Steel.Dan peluangnya tidak hanya sampai di situ. NFC, yang sudah dipatenkan atas nama PTKS dan BPPT ini, mempunyai potensi menjanjikan karena bisa menggantikan sistem kendali elektroda berbasis PLC atau konvensional yang kini dipakai di pabrik-pabrik baja. Bisa dibayangkan berapa hasil yang bakal diperoleh bila software ini digunakan juga oleh industri baja lainnya baik yang ada di dalam maupun di luar negeri.Potensi lainnya yang bisa digarap adalah pemanfaatan Jaringan Saraf Tiruan (JST) atau Artificial Neural Network (ANN) yang menjadi basis NFC untuk digunakan di sektor industri lain. Seperti dikemukakan Koordinator penelitian DR. Herman A Hendarsyah, karena fungsinya adalah meramal, maka JST bisa digunakan untuk industri selain industri baja. Bila hal tersebut benar-benar dimanfaatkan, tentu akan menghasilkan penghematan sebagaimana yang sudah diperoleh PTKS.Sekali lagi, NFC, yang memenangkan ASEAN Engineering Award 2001 karena dipandang cukup inovatif dan bermanfaat ini, membuktikan bahwa anak-anak bangsa memiliki kemampuan engineering yang tidak kalah dibanding rekan-rekannya dari manca negara. Asal diberi kesempatan dan hasil karyanya dihargai, niscaya akan mucul inovator-inovator baru yang bisa menghasilkan karya gemilang guna mendorong perkembangan industri nasional.Teknologi Berbasis Jaringan Saraf TiruanMenurut Manager Proses Otomasi PTKS Ir Achmad Nasser B. MM, Neuro Furnace Control yang mereka kembangkan adalah sistem pengendalian elektroda terpadu berbasis Jaringan Saraf Tiruan (JST). Jaringan Saraf Tiruan (JST) atau Artificial Neural Network (ANN) merupakan teknologi komputasi yang bekerja meniru cara kerja otak manusia dalam suatu model komputer. JST yang tergolong teknologi baru ini, dikembangkan untuk memecahkan masalah yang sangat sulit dibuat model matematikanya.Sebagaimana otak manusia, JST mempunyai kemampuan belajar dari pengalaman sehingga dapat dilatih memecahkan suatu masalah tanpa perlu diketahui korelasi seluruh faktor-faktor yang mempengaruhi masalah tersebut, ujar Nasser yang didampingi oleh anggota tim peneliti lainnya, Ir Syariefudin Algadri. Selain itu, katanya, JST juga bisa bekerja secara pararel, sehingga kemampuannya dalam mengolah data jauh lebih cepat bila dibandingkan dengan sistem komputasi konvensional yang bekerja secara urut (sequential).Kemampuan JST inilah yang dimanfaatkan untuk mengendalikan elektroda pada tungku busur listrik (EAF). Menurut Algadri, proses yang terjadi di dalam EAF sangat acak. EAF mempunyai dinamika perubahan yang sangat cepat dan acak, sehingga sangat sulit kalau tidak bisa dikatakan tidak mungkin diformulasikan dalam bentuk model mate-matika yang mewakili dinamika proses tersebut secara utuh. Akibatnya, sistem kendali elektroda berbasis PLC (Programmable Logic Controller) atau konvensional, kurang dapat memberikan respon secara akurat dan cepat terhadap perubahan yang sangat dinamis dan acak itu saat proses peleburan berlangsung, jelas Senior Engineer Proses Otomasi PTKS ini.Dikatakan oleh Algadri, salah satu karakteristik proses yang terjadi dalam EAF adalah bahwa perubahan posisi pada salah satu elektroda akan mempengaruhi elektroda lain yang berada di dekatnya. Pada sistem kendali elektroda konvensional, masing-masing elektroda secara terpisah dikendalikan oleh sebuah pengendali PI (Proportional Integral Controller). Hal ini menyebabkan ketika salah satu elektroda mencapai nilai acuannya, maka pada saat yang sama elektroda didekatnya yang sebelumya sudah mencapai atau mendekati nilai acuan, akan berubah. Demikian seterusnya sehingga dengan sistem kendali elektroda konvensional, keadaan yang stabil atau setimbang sulit dicapai, jelasnya.

Gambar 2. Konfigurasi NFC. NFC mengendalikan pergerakan elektroda pada titik optimum.Sulitnya mencapai keadaan yang stabil atau setimbang ini menjadi salah satu penyebab tidak efisiennya pemakaian energi listrik dan elektroda. Padahal, EAF yang berfungsi melebur bahan-bahan baku besi spons (sponge iron) dan besi tua (scrap) menjadi baja cair, membutuhkan puluhan MW (megawatt) daya listrik yang dihantarkan melalui tiga buah elektroda. Jumlah daya listrik yang dihantarkan sangat tergantung pada jarak atau posisi elektroda terhadap bahan baku, sehingga pengaturan jarak atau posisi ketiga elektroda tersebut oleh suatu sistem kendali elektroda akan menentukan efisien tidaknya pengoperasian sebuah EAF. Efektivitas peleburan sangat dipengaruhi oleh jarak antara elektroda dengan bahan baku. Kalau terlalu dekat, akan boros energi dan bila terlalu jauh energinya terlalu kecil. Karena itu, posisi elektroda harus diatur agar tetap optimum selama masa peleburan, kata Algadri, yang mengatakan bahwa untuk penelitian ini dibutuhkan waktu tiga tahun.JST bisa digunakan untuk mengatasi masalah ketidakakuratan dari sistem ken-dali elektroda berbasis PLC atau konvensional. Hal ini, kata Alagadri, karena JST dapat mengenali karakteristik bahan-bahan yang sedang dilebur dengan cara mengambil data-data arus listirk, tegangan dan daya sebelumnya, sehingga bisa menempatkan elektroda pada posisi yang lebih tepat.Untuk memecahkan masalah tersebut, lanjut Algadri, pihaknya menggunakan dua pendekatan. Yang pertama adalah mengganti pengendali PI dengan pengendali berbasis JST, dan kedua, mengganti Table Impedansi Acuan dengan apa yang disebut Optimasi Nilai-Acuan Impedansi. Dari pendekatan pertama, dari beberapa JST dengan konfigurasi berbeda yang dilatih di PTKS sedemikian rupa dengan ratusan ribu data hasil pengukuran di lapangan, akhirnya dihasilkan sebuah JST pengendali ketiga elektroda secara terpadu. JST pengendali ini kemudian disebut Neural Networks Regulator (NNR). Salah satu karakteristik yang menarik dari NNR ini, katanya, adalah selalu menjaga ketiga elektroda berada dalam keadaan setimbang, seakan NNR mempunyai naluri bahwa perubahan pada suatu elektroda akan mempengaruhi elektroda yang lain. Sementara dari pendekatan kedua, diperoleh Set PointsOptimizer(SPO). SPO ini berfungsi menentukan nilai acuan impedansi yang optimal sesuai dengan dinamika proses yang terjadi di dalam EAF. Dari penggabungan NNR dan SPO ini kemudian menghasilkan NFC yang bisa dijalankan pada personal computer berbasis processor pentium, jelasnya.Menghemat energi dan meningkatkan produktivitasMenurut Nasser, keuntungan langsung dari implementasi NFC adalah berkurangnya pemakaian energi listrik dan elektroda serta meningkatnya produktivitas. Dikatakan, dengan NFC berhasil dihemat penggunaan energi listrik sebesar 5,3 persen, elektroda 9,6 persen dan kenaikan produksi sebesar 9 persen. Jika disetarakan dengan uang, maka hasil penghematan tersebut bernilai 1,25 dollar AS per ton liquid steel (TLS) yang diproduksi.Hasil ini, tambahnya, cukup signifikan. Dari tiga EAF yang secara rutin mengoperasikan NFC, yaitu EAF No. 9, 10 (SSP II) dan No. 6 (SSP I) dengan total kapasitas produksi 1,1 juta TLS per tahun, diperoleh penghematan sebesar 1,375 juta dollar AS per tahun.Tidak hanya itu. Keuntungan lainnya adalah biaya produksi per unit produksi yang dihasilkan kian kecil, umur pemakaian trafo bertambah panjang, dan dinding tungku juga lebih optimal. Dibandingkan dengan sistem kendali konvensional seperti PLC atau PI Controller, kata Nasser, NFC mempunyai sejumlah keunggulan, antara lain: Mengendalikan ketiga elektroda secara terpadu. Aman bagi trafo dan dinding EAF. Pengoperasian dan perawatan lebih mudah. Mudah melakukan analisis. Akurat, stabil dan responnya cepat. Tidak memerlukan modifikasi besar pada peralatan terpasang. Sistem terpasang dapat dioperasikan kembali seperti semula. Instalasi perangkat lunak dan keras dapat dilakukan tanpa mengganggu jadwal produksi.

Gambar 3. Pada regulator konvensional masing-masing elektroda dikendalikan oleh sebuah pengendali secara terpisah, sementara NFC mampu mengendalikan ketiga elektroda secara terpadu.Sekarang PTKS sudah merencanakan pemasangan NFC untuk tujuh EAF yang masih tersisa. Ketujuh EAF tersebut belum dipasang karena teknologinya berbeda. Selama ini, katanya, PTKS menggunakan dapur dengan dua jenis penggerak, yakni hidrolik dan mekanis. Kendati bisa dipasang pada kedua jenis itu, tapi PTKS akan terlebih dulu memodernisasi dapur-dapur mekanis menjadi hidrolik baru dipasangkan NFC, tambah Algadri yang mengaku PTKS pernah ditawari program penghematan energi pada EAF sebesar 10 kilovolt per TLS dengan biaya lima milliar rupiah oleh sebuah perusahaan, sementara dengan NFC bisa dihasilkan penghematan sebesar 30 kilovolt.CustomizeMenurut Nasser, NFC bisa diapli-kasikan juga pada tungku busur listrik sejenis untuk menggantikan pengendali PLC atau kontroller lainnya, dan aplikasinya tidak membutuhkan persyaratan khusus karena teknologi ini bersifat customize.Untuk pengaplikasian NFC hanya dibutuhkan komponen, seperti Industrial PC; Tranduser listrik 3 fasa (V, I, W); Peralatan akuisisi data; Antarmuka: PC Sistem Kontrol Terpasang; dan Software NFC (Design, Maintenance & Application), ujar Nasser yang sudah mempresentasikan produk ini ke Perwaja Steel Sdn Bhd, sebuah perusahaan baja di negeri jiran, Malaysia.Sementara itu, koordinator penelitian DR. Herman A Hendarsyah, yang juga menjabat sebagai Kepala Balai Pengkajian Teknologi Energi LSDE, mengungkapkan, teknologi JST terbuka untuk dikembangkan dan diaplikasikan di sektor-sektor lain di luar industri baja. MenurutHerman, sesuai dengan sifatnya yang bisa dilatih dan belajar, JST dapat dimanfaatkan untuk memprediksi atau meramal, sehingga bisa digunakan juga pada industri-industri lainnya. Dengan sistem ini, tambahnya, bisa dihasilkan penghematan tenaga, waktu maupun biaya.Namun untuk aplikasinya, peneliti yang banyak dimintai tenaganya untuk melakukan konservasi energi di berbagai perusahaani ini mengatakan, masih dibutuhkan penelitian lebih lanjut.