MANUAL ALAT PEMANTAU KONSENTRASI CO2 PERMUKAAN

Laporan Perawatan alat pemantau konsentrasi CO2
permukaan
Oleh :
Rudy komarudin
Litkayasa penyelia
PUSAT SAINS DAN TEKNOLOGI ATMOSFER
LAPAN BANDUNG
2016
Laporan Perawatan alat bidang teknologi atmosfer
pemantau konsentrasi CO2 permukaan
I.
Pendahuluan
Sistem Pemonitor CO2
Sistem pemonitor CO2 terdiri dari modul transmitter GMM220, konverter RS485, modul
radio, dan software pemonitor. Blok diagram sistem pemonitor CO2 ditunjukkan dalam
Sensor CO2 Berbasis Infra merah Non Dispersif
Untuk mengetahui kadar CO2 tidak diperlukan analisis spektrum infra merah, karena
analisis spektrum infra merah yang menggunakan infra merah dispersif dipergunakan
untuk mendeteksi jenis gas. Sedangkan untuk mengetahui kadar CO2 cukup
menggunakan infra merah non dispersif karena jauh lebih sederhana dan mudah dipakai.
Faktor kunci dalam aplikasi infra merah non dispersif untuk deteksi kadar CO2 adalah
penggunaan filter narrow-band yang tetap untuk hanya melewatkan infra merah yang
mempunyai panjang gelombang tertentu, yaitu panjang gelombang infra merah dapat
diserap CO2.
Secara umum peralatan yang diperlukan untuk penginderaan gas, khususnya CO 2,
menggunakan infra merah non dispersif adalah sebagai berikut:
1

Sel penyerapan dengan permukaan yang reflektif dan mudah dimasuki gas.

Pemancar infra merah, berbentuk filamen tungsten kecil dengan sampul kaca. Infra
merah dimodulasi dengan cara memberikan pulsa segi empat ke filamen.

Detektor aktif infra merah, berupa pyroelectric dengan filter narrow bandpass yang
dirancang sesuai panjang gelombang infra merah untuk CO2.

Detektor referensi infra merah, dengan filter netral (4 mikron) untuk background
monitoring.
Ketika CO2 memasuki sel, intensitas infra merah yang diterima detektor aktif akan turun
sesuai hukum Beer Lambert :
I = I0 exp(-KLC)
..................................................... (1)
dimana
I = Intensitas pada saat di sel ada gas yang diukur (CO2)
I0 = Intensitas pada saat di sel tidak ada gas yang diukur
K = Faktor yang bergantung pada spektrum penyerapan gas dan lebar pita filter
L = Panjang lintasan optik antara pemancar infra merah dengan detektor.
C = Konsentrasi gas yang diukur (CO2)
Dari rumus di atas dapat diketahui konsentrasi gas yang diukur.
Modul Transmitter GMM220
Modul transmitter GMM220 merupakan alat ukur yang CO2 buatan Vaisala Oyj Finlandia
yang banyak dipakai dalam aplikasi industri. Modul ini menggunakan sensor
CARBOCAP@ yang berbasis silikon dan bekerja berdasarkan prinsip satu sinar dua
panjang gelombang Non Dispersive Infrared.
Modul transmitter GMM220 terdiri dari mainboard, kabel, dan probe CO 2. Mainboard
berfungsi membaca sinyal keluaran probe CO2 dan menghasilkan keluaran berupa data
kadar CO2 dalam satuan ppm. Probe CO2 yang digunakan ada 2 jenis, probe yang
pendek (GMP221) untuk konsentrasi CO2 yang lebih tinggi dan probe panjang (GMP222)
2
untuk konsentrasi CO2 yang lebih rendah. Pada alat pemantau CO2 ini digunakan
GMP222. Probe CO2 memiliki memori nonvolatile yang digunakan untuk menyimpan
parameter kalibrasi.
Probe ini telah dikalibrasi oleh Vaisala Oyj Finlandia serta Netherlands Measurement
Institute (NMI) Belanda. Pada penggunaannya di lapangan, probe ini harus diberi setting
kompensasi tekanan dan suhu udara lokal tempat alat dipasang. Setiap 2 tahun sekali
probe sensor harus dikalibrasi ulang.
mainboard
Dimensi probe dan mainboard modul transmitter GMM220 (dalam mm).
Pada pemasangannya di lapangan, probe GMP222 juga harus dipasang pada rumah
sensor untuk menghindari rusaknya sensor akibat terkena air atau panas. Rumah sensor
tersebut didesain dengan memperhatikan kelancaran aliran udara masuk dan keluar
rumah sensor. Keluaran rumah sensor berupa 1 kabel warna orange yang merupakan
kabel sensor.
Gambar probe GMP222 terpasang pada rumah sensornya ditunjukkan dalam Gambar
dibawah ini.
Probe GMP222 dalam rumah sensornya.
Konverter RS485-RS232
3
Konverter RS485-RS232 berfungsi mengubah level tegangan RS232 menjadi level
tegangan RS485 dan juga mengubah level tegangan RS485 menjadi level tegangan
RS232 sebaliknya. Level tegangan RS232 merupakan level tegangan standar pada
modul transmitter GMM220 dan personal computer. Level tegangan RS485 diterapkan
pada jaringan kabel terutama yang memiliki panjang di atas 15 meter.
Standar RS232 menggunakan sistem single-ended/unbalanced data transmission.
Kerugian utama transmisi saluran tunggal ini adalah saluran ini sangat rentan (sangat
tidak kebal) terhadap gangguan. Hal ini disebabkan karena saluran ground merupakan
bagian dari sistem, sehingga pergeseran tegangan pada ground sangat berpengaruh
pada kualitas sinyal yang diterima, kadang bisa mengakibatkan rangkaian penerima
sinyal salah menerima sinyal. Kelemahan tersebut mengakibatkan transmisi saluran
tunggal tidak cocok dipakai untuk pengiriman jaruh jauh (di atas 15m), dan kecepatan
pengiriman data pun tidak bisa terlalu tinggi (maksimal 115200 bps).
Sedangkan standar RS485 menggunakan sistem differential-balanced data transmission.
memakai satu pasang kabel untuk mengirim satu sinyal, informasi logika ditafsirkan dari
beda tegangan antara dua utas kabel saluran. Tegangan pada kedua utas kabel saluran
selalu berlawanan, saat satu kabel bertegangan tinggi kabel maka kabel yang lain
bertegangan
rendah,
demikian
pula
sebaliknya.
Rangkaian
penerima
sinyal
membandingkan tegangan kedua kabel saluran, level logika pada bagian output
ditentukan oleh kabel mana yang lebih positip. Jika ada gangguan listrik yang menimpa
saluran transmisi, maka induksi tegangan yang diterima kedua utas kabel saluran dari
gangguan akan sama besarnya. Karena Line Receiver membandingkan selisih tegangan
antara dua utas kabel, maka induksi tegangan yang sama besarnya tersebut tidak pernah
dirasakan oleh input Line Receiver, sehingga tidak akan berpengaruh pada outputnya.
Untuk meningkatkan kekebalan terhadap gangguan, dalam saluran ganda sering dipakai
dua utas kabel yang dililit menjadi satu (twist-pair cable). Berbekal kemampuan
menangkal gangguan yang sangat baik ini, saluran ganda bisa dipakai untuk membangun
saluran transmisi sampai sejauh 4000 feet dengan kecepatan maksimum lebih dari 1
MegaBit/detik, sangat jauh melampaui kemampuan RS232.
4
Kotak yang berisi mainboard dan konverter RS485-RS232
Keluaran dari kotak mainboard ada 3 kabel, yaitu warna merah (kabel data sensor),
warna putih (kabel RS485), warna hitam (kabel listrik).
Modul Radio YS-C20L
Sistem komunikasi radio tidak menggunakan kabel dalam penyampaian informasi
atau data, melainkan melalui udara sebagai pengantarnya. Dalam komunikasi radio
memiliki sebuah pemancar TX yang memancarkan dayanya menggunakan antena ke
arah tujuan. Sinyal yang dipancarkan berbentuk gelombang elektromagnetik. Sinyal yang
diterima kemudian diteruskan ke sebuah pesawat penerima RX.
Pada perancangan alat pemantau konsentrasi CO2 permukaan ini menggunakan
sistem komunikasi half duplex dan radio yang digunakan dalam pengiriman data adalah
RF Data Transceiver YS-C20L. RF Data Transceiver YS-C20L adalah sebuah device
yang dapat mengirimkan data serial melalui media udara. Device tersebut melakukan
proses data serial digital ke frekuensi pembawa dengan frekuensi yang lebih tinggi untuk
kemudian dipancarkan keudara oleh pemancar. Pada penerima frekuensi pembawa yang
mengandung data ditangkap dan dipisahkan dari data yang dibawa.
Modul YS-C20L Wireles Data Transceiver dapat mengirimkan dan menerima data
serial melalui media udara, dengan frekuensi 433MHz ISM band dan baud rate air
sebesar 9600bps. Penggunaan modul tersebut cukup praktis karena dari segi ukuran
cukup kecil dan lansung dapat dihubungkan dengan RS232. Modul tersebut bekerja
dengan catu daya antara 3,3 sampai 5Volt DC. Dalam satu modul dapat digunakan
sebagai pengirim dan sekaligus penerima. Bentuk fisik dari modul YS-C20L adalah
seperti yang terlihat pada Gambar 4.
5
.
Modul radio YS-C20L
Berikut ini konfigurasi pin-pin pada radio YS-20L yang diperlihatkan pada table
dibawah ini:
Tabel 1. Pin-pin Modul Radio YS-20L
No. Pin
Nama Pin
Fungsi
Level
1
GND
Grounding of power supply
2
Vcc
Tegangan input DC
5V
3
RXD/TTL
Input serial data
TTL
4
TXD/TTL
Output serial data
TTL
5
DGND
Digital grounding
6
A(TXD)
A of RS-485 or
Remands
TXD of RS-232
7
B(RXD)
B of RS-485
RXD of RS-232
8
SLEEP
Sleep control (input)
TTL
Low level sleep
9
RESET
Reset (input)
TTL
Negative
impulse reset
Modul radio YS-C20L mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

Dapat menggunakan interface Transistor-Transistor Logic (TTL) atau RS-232/ RS485;

Mempunyai 8 kanal untuk pengiriman atau penerimaan yang dapat diperluas
untuk 16/32 saluran sesuai dengan kebutuhan pengguna;

Baud rate: 1200/2400/4800/9600/19200bps;

Temperatur : -35~+75 C;

Impedansi: 50 Ohm (SMA antenna port, multiple antenna options available);
6
Pada radio YS-C20L terdapat 8 channel dan frekuensi yang dapat digunakan.
Setiap channel memiliki frekuensi yang berbeda-beda, adapun table spesifikasi channel
1-8 pada radio YS-C20L adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Kanal dan frekuensi yang digunakan pada masing-masing kanal.
No. kanal
Frekuensi (MHZ)
1
429.0325
2
430.0325
3
431.0325
4
432.0325
5
433.0325
6
434.0325
7
435.0325
8
436.0325
Data Logger CO2
Data logger merupakan alat yang berfungsi melakukan akuisisi data dan menyimpan data
hasil akuisisi ke dalam media penyimpanannya. Data logger pada alat ini berupa personal
computer dengan kapasitas media penyimpanan (hardisk) sebesar 80 GB dan dilengkapi
dengan konverter RS485-RS232. Selain itu juga dilengkapi dengan software CO2 Monitor.
Masukan personal computer data logger ada 1 kabel selain kabel komputer itu sendiri.
Yaitu kabel warna putih yang merupakan kabel data RS485.
Data logger CO2 dilengkapi dengan Konverter RS485-RS232
7
Software CO2 Monitor
Software CO2 Monitor merupakan software akuisisi data, penyimpan data, serta pengolah
data CO2. Software ini mempunyai fungsi antara lain:

melakukan permintaan data terbaru ke modul GMM220 dan menampilkan data yang
diterima ke dalam bentuk teks dan grafik. Interval tiap data adalah 1 menit.

menyimpan data yang diterima dalam bentuk file teks (.txt) harian (jam 0 – 23).

menampilkan data dalam bentuk grafik harian dan teks data rata-rata, maksimum,
minimum harian.

mengolah data menjadi data rata-rata perjam dan perhari, serta grafik bulanan.
Menu utama yang ada pada software ini antara lain:

Start, berfungsi untuk menjalankan program sehingga program akan melakukan
akuisisi dan penyimpanan data, serta menampilkan data yang diterima dalam bentuk
grafik harian dan teks secara otomatis.

Property, berfungsi untuk membuka form property. Pada form property terdapat setting
komunikasi serial yang digunakan oleh software.

Exit, berfungsi untuk menutup program secara keseluruhan.
Tampilan sofware pemonitor CO2 ditunjukkan dalam Gambar di bawah ini.
Menu utama
Grafik harian
Teks data harian
Tampilan software CO2 Monitor
8
Langkah-langkah Menjalankan Alat
1. Nyalakan alat yang terpasang pada tiang, yaitu dengan menancapkan steker alat
pada stop kontak listrik. Pastikan saklar merah pada kotak mainboard dalam posisi
on.
2. Nyalakan komputer. Kemudian buka software pemonitor CO2. Pada Windows XP
dengan menekan menu Start → All Programs → CO2 Monitor 2.1 → CO2 Monitor 2.1.
Membuka software CO2 Monitor
3. Apabila software CO2 Monitor sudah tampil, tekan tombol Property untuk
menampilkan form Property. Default setting untuk Serial Port adalah Comm1 dan
Baud Rate adalah 9600. Maksudnya adalah port serial yang dipakai oleh alat adalah
Com1 dengan kecepatan 9600 bps.
4.
Tombol property
Tombol Property
Form Property
9
4. Apabila setting property sudah benar, jalankan software secara keseluruhan dengan
menekan tombol Start. Sehingga software akan melakukan akuisisi dan penyimpanan
data, serta menampilkan data yang diterima dalam bentuk grafik harian dan teks
secara otomatis. Setelah tombol Start ditekan, ia akan berubah otomatis menjadi
tombol Stop.
Tombol start
Tombol Start
5. Data yang diterima oleh software disimpan secara default dalam folder Data yang
terdapat di “C:\Program Files\CO2 Monitor 2.1\Data”. Dalam folder data tersebut
terdapat 3 folder lagi, yaitu folder Data Perjam (berisi file harian data rata-rata perjam),
Data Permenit (berisi file harian data permenit dari jam 0 – 23:59), dan Data Rata
(berisi file harian data rata-rata satu hari yang dibuat tiap menit).
Nama file terdiri dari 9 huruf. 3 huruf pertama menandakan jenis file, yaitu DPJ untuk
data perjam, DCO untuk data permenit, DRT untuk data rata-rata satu hari. Huruf ke-4
hingga ke-9 menandakan tanggal pembuatan data file, misalnya 080712 berarti tahun
2008 bulan 07 (Juli) tanggal 12. Ekstensi file adalah .txt.
Dalam satu baris data yang terdapat dalam file, terdapat 3 buah informasi yang antara
informasi pertama dengan kedua serta kedua dengan ketiga dipisahkan oleh spasi 1.
Informasi paling kiri adalah tanggal data, misalnya 19-09-2008. Sebelah kanannya
adalah informasi waktu data, misalnya 11:15:10. sebelah kanannya lagi adalah
informasi data konsentrasi CO2 pada waktu tersebut dalam ppm, misalnya 355.8.
6. Untuk menutup software tekan tombol Stop, kemudian tekan tombol Exit.
10