rancang bangun prototipe

POLI-TEKNOLOGI VOL.11 NO.2, MEI 2012
V/I DAN I/V CONVERTER STANDAR 0–10V/4–20mA
BERBASIS LABVIEW
Syafrizal Syarief1), Endang Wijaya2)
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta
Kampus UI Depok 16425 Telp/Faks : 021-7863531
[email protected]
[email protected]
ABSTRAK
Konverter Tegangan ke Arus (V/I Converter) Standar 0–10V/4–20mA dan Arus ke tegangan (I/V Converter) 420 mA/0-10V adalah rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah tegangan 0-10 Vdc menjadi arus 4-20
mAdc dan sebaliknya. Rangkaian ini umum digunakan pada sistem instrumentasi dan kontrol elektronik dimana
jarak antara sensor dengan kontroler cukup jauh, sehingga tidak memungkinkan mentransmisikannya dalam
bentuk tegangan. Kedua konverter dirancang untuk kapasitas 4 saluran. Hasil pengujian dengan menggunakan
peralatan NI-DAQ SCXI1600 dan Software LabVIEW8.0 serta peralatan pendukung yang diperlukan
menunjukkan bahwa rangkaian tersebut tidak saja memiliki performa yang memenuhi persyaratan spesifikasi
(Linier dengan kesalahan output <1% untuk tegangan catu ±15Vdc), tetapi juga kompatible dengan peralatan
standar Input/Ouput analog merk National Instrument (NI) tipe SCXI-1124.
Kata kunci:
V/I & IV Converter, NI-DAQ SCXI1600.LabVIEW8.0
ABSTRACT
Voltage to current converter (V / I Converter) Standard 0-10V/4-20mA and current-to-voltage (I / V converter)
4-20 mA/0-10V is an electronic circuit that functions convert voltage into current 0-10 Vdc 4 -20 mAdc and vice
versa. The circuit is commonly used in electronic instrumentation and control systems where the distance
between the sensor controller far enough, so it does not allow transmitting it in the form of voltage. Both
converters are designed for a capacity of 4 channels. The test results by using NI-DAQ hardware and software
SCXI1600 LabVIEW8.0 and necessary support equipment shows that the circuit not only has the performance to
meet the requirements of the specification (linear with output error <1% to ± 15VDC supply voltage), but it is
also compatible with standard equipment Input / Output analog brands National Instrument (NI) SCXI-1124
type.
Keywords:
V / I & IV Converter, NI-DAQ SCXI1600.LabVIEW8.0
PENDAHULUAN
Laboratorium Teknik Elektronika
Industri,
Jurusan
Teknik
Elektro,
Politeknik Negeri Jakarta saat ini telah
memiliki seperangkat peralatan (hard &
software) instrumentasi dan kontrol
berbasis komputer dengan merk produk
National Instruments.. Peralatan yang
dimiliki saat ini termasuk dalam kategori
standar minimum ditinjau dari sisi
perangkat keras. Sedangkan software
LabVIEW Developer Suite Versi-8 yang
dimiliki adalah software standar industri
yang umum digunakan untuk sistem DCS
dan SCADA.
(hardware)
dan perangkat lunak
(software) merupakan elemen penting
dalam proses pengukuran dan kontrol.
LabVIEW merupakan salah satu software
yang telah teruji dengan baik aplikasinya
dalam sistem akuisisi data di bidang
industri maupun militer. Tetapi untuk
menggunakan LabVIEW sebagai bagian
dari sistem akuisisi data, harus disertai
dengan hardware dari perusahaan yang
sama dan memiliki harga yang cukup
mahal.
Tabel 1 menunjukkan beberapa peralatan
penunjang Labview yang tersedia di
Laboratorim Elektronika Politeknik Negeri
Jakarta.
Pada sistem akuisisi data berbasis
komputer, perpaduan perangkat keras
165
Syafrizal S,dkk, V/I dan I/V Converter….
Tabel 1.
Nama Bagian
Merk
Spesifikasi
Supervisory
Computer
■Control
Application
Software
■Data
Acquisition
HP
Pentium 4 –
2,4MHz
LabVIEW Dev.
Suite Versi-8
■Analog
Input Module
■Digital Input
Module
NI
■Analog
Output
Module
■Digital
Output
Module
NI
NI
Prototipe yang dihasilkan dari penelitian
ini selanjutnya digunakan sebagai acuan
dasar dalam membangun perangkat
konverter V/I dan I/V standar 0-10V/420mA menggantikan produk untuk
kelengkapan sarana praktek instrumentasi
dan kontrol berbasis komputer di
Laboratoirum Teknik Elektronika Industri,
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri
Jakarta.
Tersedia
DAQ Software
SCXI1001 Rack
Mounting
SCXI1102 – 32
Channel
SCXI1162/HV –
32 Channel
Tersedia
Tersedia
NI
SCXI1124 – 6
Channel
Tersedia
NI
SCXI1163 - 32
Channel
Tersedia
NI
konverter V/I atau I/V konverter V/I dan
I/V
Keteran
gan
Tersedia
Tersedia
Tersedia
METODE PENELITIAN
Jika jarak antara plant dengan
kontroler cukup jauh sehingga tidak
memungkinkan mentransmisikan variabel
proses dalam bentuk tegangan (karena
akan terjadi penurunan aplitudo yang
signifikan sehingga akan mengakibatkan
terjadinya kesalahan), maka digunakan
mode transmisi arus dengan cara
mengubah tegangan 0-10Vdc menjadi arus
4–20 mAdc menggunakan perangkat
konverter tegangan ke arus (V/I
Converter). Sebelum diproses oleh
kontroler, arus 4-20madc diubah kembali
menjadi tegangan 0-10Vdc menggunakan
perangkat konverter arus ke tegangan (I/V
Converter). Fungsi transfer rangkaian yang
diharapkan sebagai berikut:
Model perencanaan konfigurasi
kistem instrumentasi dan kontrol di
Industri diperlihatkan pada Gambar 1.
DATA ACKQUISITION
Control Application
Software
INPUT/OUTPUT (I/O)
MODULE
Superviisory Computer
Analog Input
Digital Input
Digital Output
4-20mA
Konverter V/I:
SIGNAL
CONDITIONER
MODULE
V/I CONVERTER
0 - 10V
I  1,6V  4 (mA) ;V  0  10V
POWER DRIVER
MODULE
Power Driver
Konverter I/V:
V  0,625 I  2,5 (mA) ; I  4  20mA
PLANT
Pengujian
prototipe
konverter
menggunakan teknik pengukuran bertbasis
komputer dengan bantuan software
LabVIEW8 dan peralatan NI-DAQ SCXI
1600, SCXI 1102 (Analog Input) dan
SCXI 1124 (Analog Output) dan
Komputer. Data hasil pengukuran secara
otomatis disimpan ke komputer dalam
bentuk tabel spreadsheet. Analisis data
statistik menggunakan bantuan MS-Excel
untuk mendapatkan persamaan transfer
RTD Strain gauge Thermocouple
Sensor
Limit Switch
Gambar 1.Pengukuran Power Pant
berbasis Labview
Untuk aplikasi pengukuran dengan
jarak transmiter cukup jauh diperlukan
166
POLI-TEKNOLOGI VOL.11 NO.2, MEI 2012
I  1,6V  4,001 (mA) ;V  0  10V
rangkaian. Front panel dan block diagram
pengujian
menggunakan
LabVIEW8
diperlihatan pada Gambar 2.
Konverter I/V :
V  0,6251 I  2,501 (mA) ; I  4  20mA
PARAMETER
: HASIL ANALISIS
Tegangan Input
Fungsi Transfer
Kesalahan Rata-rata, Err(AV)
Grafik VOUT=f(VIN)
: 0 – 10Vdc
: IOUT = 1,6 VOUT + 4,001 mAdc
: 0.047%
:
Arus Output, mA
GRAFIK DATA Arus Output Vs Tegangan Input
Gambar 2 Front panel dan block diagram
pengukuran menggunakan LabVIEW8
25.000
20.000
15.000
10.000
Series1
5.000
Tegangan Input, V
Gambar 3
Block diagram pengukuran menggunakan
LabVIEW8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis data pengujian prototipe
(pada temperatur ruang 250C) yang
diperlihatkan
pada
gambar
3ab
menunjukkan bahwa rangkaian bekerja
sesuai
yang
direncanakan
dengan
karakteristik transfer:
Konverter V/I :
167
9.250
10.000
8.500
7.750
7.000
6.250
5.500
4.750
4.000
3.250
2.500
1.750
1.000
0.250
0.000
Syafrizal S,dkk, V/I dan I/V Converter….
PARAMETER
: HASIL ANALISIS
UCAPAN TERIMA KASIH
Input, IIN
: 4 – 20 mAdc
Fungsi Transfer, VOUT=f(IIN) : VOUT=0,625.IIN – 2,501 volt
Kesalahan Rata-rata, Err(AV) : 0,093%
Secara khusus peniliti mengucapkan
terima kasih kepada rekan sejawat di
Laboratorium dan Bengkel Teknik
Elektronika Industri, Jurusan Teknik
Elektro, Politeknik Negeri Jakarta atas
dukungan yang diberikan selama proses
pelaksanaan penelitian ini.
Grafik VOUT=f(IIN):
10.000
DAFTAR PUSTAKA
8.000
6.000
Series1
4.000
2.000
20.000
19.000
18.000
17.000
16.000
15.000
14.000
13.000
12.000
11.000
9.000
10.000
8.000
7.000
6.000
5.000
0.000
4.000
Tegangan Output, V
GRAFIK DATA Voutput Vs Iinput
12.000
Arus Input, mA
KESIMPULAN
Hasil pengujian dan analisis data yang
dilakukan dapat disimpulkan sebagai
berikut:
a) Rangkaian V/I Converter bekerja linier
sesuai yang dipersyaratkan dalam
perencanaan dengan kesalahan ratarata < 0.05 % pada beban resistor
500 ±1%(0,5W)-Metal film dengan
resistansi total kabel transmisi lebih
kecil dari 100 .
b) Rangkaian I/V Converter bekerja linier
sesuai yang dipersyaratkan dalam
perencanaan dengan kesalahan ratarata < 0.09% pada arus input 420mAdc dan tegangan output 0-10Vdc.
c) Rangkaian V/I dan I/V Converter dapat
dikoneksi dengan baik satu sama lain
dengan kesalahahan rata-rata 0,113%.
d) Rangkaian V/I dan I/V Converter dapat
dihubungkan dengan baik pada
perangkat modul Input/Output NISCXI1102 dan SCXI1124.
168
1) National Instruments. 2004.
The Measurement and Automation
Catalog. Austin: NI Corporate.
2) J.P. Holman. 1989. Experimental
Methods for Engineers. 5-th Ed. NY:
McGraw-Hill.
3) Simon & Schuster. 1989. Industrial
Control Electronic. NJ: Prentice-Hall.