PENGEMBANGAN LOGlKA KOMPARASI - ANSN

-
KE DAFTAR ISI
ISSN 0216-3128
260
Piping Supriatna
PENGEMBANGAN
LOGlKA
KOMPARASI
INSTRUMENTASI KENDALl SUHU
SISTEM
Piping Supriatna
PTRKN - BATAN
ABSTRAK
PENGEMBANGAN LOGIKA KOMPARASI SISTEM INSTRUMENTASI KENDALl SUHU. Pengukuran suhu
yang umumnya dilakukan dengan menggunakan termokopel, dan sistem pengendaliannya perlu mendapat
perhalian. Dalam makalah ini dilakukan pembuatan dan peningkatan kualitas sistem ins/rumen/asi kendali
suhu secara swadaya, sesuai dengan bahan dan peralatan yang tersedia. Uji fungsi dari sis/em kendali ini
dapat mengurangi efek gelombang pada suhu referensi yang dikehendaki. Sistem instrumen/asi kendali ini
ingin diimplementasikan pada mesin pencelup PCB sebagai stabilizer suhu. Hasil pene/itian menunjukkan
bahwa dengan menggunakan sis/em kendali suhu proporsional lebih baik dibanding sis/em kendali suhu
ON/OFF. Hal ini ditunjukkan dengan stabilnya suhu di sekitar suhu referensi. Suhu referensi dicapai
setelah 1000 delik. Dengan demikian sistem kendali suhu proporsional siap untuk diimplemen/asikan pada
mesin pencelup PCB.
ABSTRACT
DEVELOPMENT
OF COMPARISON
LOGIC FOR TEMPERATURE
CONTROL
INSTRUMENTATION
SYSTEM. Temperature measurement generally to be done by using thermocouple and the control system
must be considered allentively. In this paper has been done manufacturing and improvement for quality of
temperature control instrumentation
according to material, equipment and human resource ability in the
laboratory. Test function from this control system can be lessen for damping on temperature reference. The
temperature control system will be implemen/ed on PCB processing machine as temperature stabilyzer.
Result of the research indicate that by using proportional temperature control system is beller thall ON/OFF
temperature control system. The evidence is indicated by the temperature around reJJerence temperature
more s/able. The reJJerence temperature is achieved 1000 seconds after heating. Thus the proportional
temperature control system is ready for implemented on PCB processing machine.
PENDAHULUAN
telah dibuat sistem kcndali suhu secara On/Off,
namun kelemahan dari sistem kendali suhu On/Off
Instalasi
nuklir
cukup serius
ini menimbulkan efek gelombang (dumping) ketika
pemanasan mencapai suhu referensi. Penelitian ini
bertujuan untuk meningkatkan kualitas dari sistem
kendali suhu tersebut, dengan menerapkan logika
komparasi pad a sistem kendali suhu, sehingga
kenaikan suhu untuk mencapai suhu referensi lebih
proporsional dan terkendali.
mengandung
potensi bahaya
yang
dan perlu mendapat
perhatian
khusus
dalam
masalah
keamanannya.
Faktor
penyebab kecelakaan dalam pengoperasian instalasi
nuklir,
diantaranya
adalah
faktor
kesalahan
pembacaan indikator komponen peralatan yang
digunakan, akibat kurang memperhatikan kalibrasi
komponen peralatan tersebut. Demikian juga halnya
dengan alat ukur suhu tinggi yang menggunakan
termokopel, kehandalan, akurasi dan sistem kendali
dari alat ukur ini memerlukan perhatian khusus dan
seksama.
Kegiatan penelitian aplikasi instrumentasi
kendali suhu, lebih ditekankan pada masalah
pembuatan sistem kendali suhu secara swadaya,
dengan menggunakan peralatan yang tersedia seperti
Refregerated
komponen
Bath RB-12,
elektronik.
Fludised
Bath, Ice point,
Pad a penelitian sebelumnya
Uji fungsi
dari sistem
kendali
suhu
proporsional ini diharapkan dapat mengurangi efek
gelombang pada suhu referensi yang dikehendaki,
clan pencapaian suhu referensi lebih singkat. Sistem
instrumentasi kendali ini akan diimplementasikan
Circuit
langsung pad a mesin pencelup Printed
Board (PCB)
sebagai s/abilizer suhu. Selain itu
penelitian ini juga diharapkan bermanfaat untuk
meningkatkan
kualitas
kemampuan
personil
kelompok Instrumentasi & kalibrasi khususnya dan
di UPT Balai Keteknikan pada umumnya.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216 - 3128
Pipillg Supriatlla
TEORI
Pembahasan disini lebih ditekankan pada
sistem kendali otomatis secara elektronik yang
diterapkan pada kontrol suhu untuk termokopel CrAI. Adapun logika kontrol dari sistem kendali ini
dapat digambarkan dalam bentuk bagan disajikan
pada Gambar 1.
Termokopel sebagai alat pengukur suhu perlu
dijamin kehandalannya serta akurasi pengukurannya
dalam berbagai kondisi. Termokopel ChromelAlumel yang sering dipergunakan dalam sistem
keteknikan dapat dibuat sendiri kemudian dikalibrasi
dan dievaluasi unjuk kerjanya. Dengan meningkatkan kemampuan dalam hal pembuatan system
kendali suhu ini akan dapat memahami fen omena
keandalan alat ukur tersebut serta meningkatkan
akurasinya.[I)
Komparator berfungsi untuk membanding
tegangan
dari Termokopel
dengan Tegangan
Referensi, sedangkan Aktuator berfungsi untuk
melaksanakan tindakan kendaliP]
Dalam pengoperasian
dan pengendalian
termokopel ini selalu terkait erat dengan fungsi
intrumentasi
yang ada, salah satunya adalah
pengukur suhu yang dapat berfungsi sebagai
indikator ataupun kontrol yang bisa berdampak pada
fungsi keselamatan dan kehandalan sistem itu
sendiri. Pengaturan batas suhu yang dikehendaki
sangat
berguna
untuk
meningkatkan
fungsi
keselamatan dan kehandalan sistem pengendalian.
Komparator
I
~----_
..•
II
Output
261
METODOLOGI
Metodologi
yang
dilaksanakan
dalam
penelitian ini adalah dilakukan secara eksperimental,
dengan menggunakan bahan dan peralatan yang ada,
yang meliputi :
1. Alat kendali suhu dibuat dengan menggunakan
Op.Amp. dari tipe LM-741 sebagai komponen
dasar. (3]
I
Aktuator
Ir-----'
~I
Termokopel
Gambar
1. Bagan logika kontrol dari sistem kendali suhu.
Ref.
Gambar 2. Rangkaian
aplikasi Op-Amp.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 10 Jull 2006
262
2. Komponen
ISSN 02]6 - 3128
Op.Amp.
dalam
rangkaiim
instru-
mentasi ini berfungsi sebagai summer (penRangkaian lengkap dari
jumlah tegangan).I2J
sistem ini dapat ditihat pada Gambar 3.
Pipiflg Supriatfla
Hasil penelitian sebelumnya untuk rangkaian
sistem instrumentasi kendall suhu seperti di atas
menunjukkan bahwa efek gelombang yang terjadi
pada daerah suhu referensi (T'cf) cukup besar seperti
terlihat pada Gambar 4.
IMC
lKD
~VmV
Potensiom eter
VA_. ~a , akan memicu Triac untuk switch OFF Heater.
Jike mitch OFF Lampu indik~or Biru mcnyaJa
Jika
Jike switch ON Lampu indik~or Merah mcny<h
Gambar 3. Rangkaian
sistem instrumentasi
kendali suhu On/Off.
Suhu
Waktu
Gambar
4. Perubahan Suhu terhadap Waktu sebagai dampak pengendaHan
Heater oleh sistem instrumentasi kendaH suhu On/Off.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216-3128
Pipillg Supriatlla
Untuk mengurangi/menghilangkan
efek gelombang pada daerah suhu referensi ini (Trer), maka
perlu dilakukan modifikasi tegangan luaran (V""/P"I)
dari sistem instrumen-tasi kendali suhu dengan
rangkaian elektronik seperti yang terlihat pada
Gambar 5. Pada sistem instrumentasi kendali suhu
dengan rangkaian elektronik seperti ini, arus yang
menuju Heater tidak langsung hilang, tetapi
berkurang secara bertahap. Pola pengurangan arus
yang menuju Heater ini dapat diatur melalui nilai
resistor dari R), Rz, R3, R.t dan Rs. Hal ini dapat
dipahami sebagai berikut :
-
X : Bagian yang menuju ke rangkaian Heater.
-
Arus (I, amp ) yang menuju Heater tergantung
pada Daya (?, watt) dari Heater yang digunakan
dan nilai tahanan (R, 0) dari Resistor yang
digunakan.
-
263
=-P
f
o
-
Resistant dari Heater adalah :
R
-
V"
_ V"
"-I
"
Arus yang melalui Heater setelah dilengkapi
sistem instrumentasi kendaH suhu adalah :
V"
f
=
+"
R "L.... R;
- L R; sangat
menentukan nilai arus (I, amp) yang
menuju Heater, dimana nilai i mulai dari I
sampai 5. Jadi pola penurunan arus (I) menuju
Heater tergantung pada kompo-sisi nilai R), Rz,
R3, R4 dan Rs
Jika tegangan listrik PLN adalah Vo (Volt), daya
listrik terpakai oleh Heater P (watt), maka arus
listrik yang menuju Heater adalah :
lKC
~, -
.
,;
n177
T 6 VoltI KC
IKC
~
,,
.'yj
mn
T9 VoltI KC
lKC
~
..•..
t
>I<
Arus (I,amp) yang rnenuju He ater tergantung
pada. Daya (P,watt) da.riHeater yang digunakan
da.n nilai tahanan (R,Q) dari Resistor yang
cligunakan, dengan rnengikuti rornus :
P
10 =
Vo
>I<
Vo
;
R"
=-
Volt
IKC
lKC
~
...........•. ,
Vo
;
10
I
=
5. Rangkaian
nm
i- II ,5 Volt
I KC
R,,+IR
Pole. penurunan arus (I) menuju Heater
tergantung pada. komposisi nilai R" Rl' RJ,
da.n R~
Gambar
mn
;=-10,5
~;
IKC
R.
sistem instrumentasi
kendali suhu Proporsional.
Prosiding PPI • POIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2006
264
ISSN 0216 - 3128
Dalam penelitian ini pola penurunan arus (I,
amp) yang menuju Heater diatur sbb., dengan dasar
perhitungan Tegangan listrik PLN 220 Volt dan
Daya terpakai dari Heater yang digunakan adalah
500 watt.
Tabel I. Arus ke Heater dengan Nilai tahan Resistornya.
Resistor
Arus
ke
13=
0,2.
10R3=257,75
15=
0,05.10Rs
II
= 96,9
145,35yang
12 =
14
= 0,4.10
0,3.
0, I.Heater
10R2=80,75
10RI
~=
387,6
No.
digunakan
n
n
Piping Suprialna
2. Komponen elektronik yang telah disiapkan untuk
pola penurunan suhu yang telah dirancang,dirakit
menjadi Alat Kendali Suhu untuk Termokopel
Cr-AI.
3. Dilakukan setting Suhu Referensi 70 "c, dengan
cara memasukkan termokopel dari alat kendali
suhu kedalam medium dari Fludised Bath pada
suhu 70 °c, kemudian di-set OFF (Viti = Vre,)
untuk summer-2 melalui pengaturan potensiometemya.
4. Dilakukan setting tegangan untuk 12 Volt,
dengan cara di set OFF (Viti = Vrej) untuk Slimmer-3 melalui pengaturan
potensiometemya
(lihat Gambar 5 ).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari komposisi nilai Rt. R2, R3, ~ dan Rs maka kurva perubahan suhu terhadap waktu sebagai dampak
pengendalian Heater oleh sistem kendali suhu secara
proporsional bisa dilihat pada Gambar 6.
Tata kerja dalam Pembuatan Instrumentasi
Kendali Suhu untuk termokopel Chromel Alumel
meliputi :
I. Pembuatan Printed Circuit Board (PCS) sesuai
dengan bentuk dan ukuran dari rangkaian sistem
kendali suhu yang akan dibuat.
Efek gelombang (damping) suhu seperti pada
Gambar 4 terjadi karena ketika naik suhu medium
akibat pemanasan oleh heater melewati suhu
referensi (Tref = 70 °c ), maka arus listrik ke arah
heater akan putus (OFF) sebagai dampak pengendalian dari sistem kendali suhu. Namun demikian
heater masih tetap panas, dan panas sisa ini akan
menaikkan suhu medium hingga melampaui suhu
referensi (peak kurva di atas 70 °c ).
••••••••••••••
Suhu
~ili
suhu OnIOff
."~<~.~>:~
..~.;
~~.
~.~
~.:.';.,
.
.~,,~.;~;~.
.•
A.~.~.~.~.~A .•
\lVaktu
Gambar
6.
Perubahan Suhu terhadap Waktu scbagai
dalian Heater oleh sistem kendali suhu.
dampak
Prosidlng PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2006
pengen-
ISSN 0216-3128
Piping Supriatna
Selanjutnya pendinginan oleh lingkungan
(suhu lingkungan lebih rendah dari suhu referensi 70
°C ), akan menurunkan suhu medium hingga di
bawah suhu referensi 70°C, dan hal ini akan memicu
sistem kendali suhu untuk mengalirkan kembali arus
listrik ke arah heater (ON). Pemanasan sebentar dari
heater akan melewati suhu referensi ( Trej = 70°C ),
sehingga arus listrik ke arah heater akan OFF
kembali, namun puncak kurva tidak setinggi kurva
sebelumnya karena panas sisa pada heater sedikit.
265
pemanasan oleh Heater maupun dalam pencapaian
suhu referensi (suhu stabil) seperti terlihat pada
Gambar 7. Pada suhu antara 50°C sampai 60°C
terjadi tluktuasi suhu, dimana ketidak-stabilan ini
disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah
solderan komponen kurang rapatJterpadu, disamping
kualitas dari komponennya sendiri yang kurang
memenuhi standar industri.
Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu
berdasarkan data hasil pengukuran, dapat dilihat
pada pada Gambar 7.
Efek gelombang (damping) suhu seperti ini
dapat
dikurangi/dihilangkan
dengan
mengatur
tegangan luaran (V output) dari sistem instrumentasi
kendali suhu, yang rangkaian elektroniknya seperti
terlihat pada Gambar 5. Pada sistem instrumentasi
kcndali suhu dengan rangkaian elektronik seperti ini,
arus yang menuju Healer tidak langsung hilang,
tetapi berkurang secara bertahap. Peredaman ini
terus terjadi hingga akhir dicapai kondisi suhu yang
lebih stabil, sesuai dengan suhu referensi yang
diinginkan.
Suhu referensi dicapai setelah 1000 detik (=
16,7 men it) akibat pemanasan oleh Healer. Pada
suhu referensi ini terjadi tluktuasi/osilasi kecil yang
disebabkan oleh pengaruh suhu lingkungan yang
nilainya jauh dibawah nilai suhu referensi ( 70°C ).
Untuk mencapai kestabilan pada suhu referensi,
masih memerlukan waktu sekita 10 menit. Oalam
implementasinya alat ini akan digunakan pad a mesin
pencelup PCB, namun demikian tidak menutup
kemungkinan dalam Implementasinya alat ini bisa
digunakan sebagai alat kendali suhu untuk peralatan
yang digunakan pada industri kecil.
Sistem kendali suhu secara proporsional
relatif lebih baik dibandingkan dengan sistem
kendali suhu secara On/Off, baik dalam hal efisiensi
Perbandingan antara kendali on-off dan proporsional
90
80
",
-70
--
kendali proporsional
.......
kendali on-off
2.60
550
.....,
~ 40
~30
~ 20
•... 1 0
o
500
o
1000
1500
2000
2500
waktu (detik)
Gambar
7.
Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu
pengukuran pada suhu referensi 70°C,
berdasarkan
Prosiding PPI - PDIPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahar - BATAN
Yogyakarta, 10 Juli 2006
hasil
266
ISSN 0216 - 3128
!!!!!!!!!!!!
KESIMPULAN
Sistem
instrumentasi
Piping Supriatna
mesin peneelup PCB, sebagai stabililizer suhll.
Namundemikian sistem instru-mentasi kendali sllhll
kendali
suhu
untuk
Terrnokope] Cr-AI sampai saat ini telah dapat dibuat
dan telah dilakukan uji fungsi. Sistem kendali suhu
proporsional relatif ]ebih baik dibandingkan dengan
sistem kendali suhu seeara On/Off, baik da]am hal
efisiensi pemanasan oleh Heater maupun dalam
peneapaian
suhu
referensi/suhu
stabil.
Hasi]
penelitian menunjuk-kan bahwa suhu stabil dieapai
dalam waktu 1000 detik, sedangkan dengan sistem
kendali suhu proporsional untuk sistem kendali suhu
ON/OFF masih terjadi tluktuasi suhu.Sistem kendali
suhu ini akan diimplemen-tasikan langsung pada
ini juga dapat difungsikan sebagai kendali sllhll atall
stabililizer suhu seeara umum.
DAFT AR PUST AKA
1. NBS
MONOGRAPH
]25,
Thermocouple
Reference Tables Based on the IPTS-68.
2. RAVE, F.H., Automatic Control Engineering,
ed., New York, Me. Graw Hill, 1987.
3. WASITO, Vademekum Elektronika,
PT. Gramedia Utama, Jakarta, 1984.
4th
Penerbit
KE DAFTAR ISI
Prosidlng PPI • PDlPTN 2006
Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta, 10 Jull 2006