Aplikasi Proggrammable Logic Controller Dasar Sistem Pengukuran

Aplikasi
Proggrammable Logic Controller
Dasar Sistem Pengukuran
Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng.
Jurusan Teknik Elektro FTI ITS
Telp. 5947302 Fax.5931237
Email: [email protected]
Aplikasi PLC – 02
1
Objektif:
Proses Akusisi Data
Pengolahan Sensor berupa :
Tegangan
Arus
Frekwensi
Perubahan Resistansi
Perubahan Kapasitansi
Perubahan Induktansi
Aplikasi PLC – 02
2
Blok Sistem Pengaturan Otomatis
Energy
input
Process
under
control
Actuator
Power
interface
Sensor
Transmission
Set point
(desired output)
Controller
Actual
output
Signal
conditioner
Process variable
(actual output)
Aplikasi PLC – 02
Transmission
3
Proses Akusisi Data
Preprocessing
Pemrosesan awal suatu sinyal, yang terdiri dari: amplifikasi,
zero & span, dan pemfilteran.
Konversi Data
Pemrosesan dilakukan oleh komponen yang mengubah dari
representasi sinyal analog ke digital (ADC).
Postprocessing
Proses pengolahan lanjut yang perlu dilakukan sebelum data
yang telah terkonversi atau terkuantisasi diaplikasikan
sebagai data pengukuran untuk proses selanjutnya.
Aplikasi PLC – 02
4
Preprocessing
0
Thermocoupl
e
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
PreAmp
50 µV - 200 µV / 30o C - 400o C
Zero&Span
0 - 12 V
Filtering
0 - 5,10 V
Rangkaian Zero & Span dan Filtering dijadikan satu,
jika filter di atas menggunakan komponen filter aktif.
Aplikasi PLC – 02
5
Konversi Data
Personal Komputer
0
0
0
Kuantisasi
0
0
ADC
30 o C - 400 o C
0 - 5,10 V
Rangkaian Konversi Data atau Analog to Digital Converter
(ADC). Resolusinya ditentukan oleh jumlah bit yang bisa
direpresentasikan terhadap tegangan input analog.
Aplikasi PLC – 02
6
Postprocessing
Personal Komputer
Kuantisasi
- Linierisasi
- Filtering
- Statistical Processing
Proses Postprocessing sangat perlu dilakukan jika data yang
didapatkan dari proses sebelumnya tidak linier. Untuk
melakukan proses ini tergantung dari karakteristik data yang
didapat dari proses sebelumnya.
Aplikasi PLC – 02
7
Proses Akusisi Data Analog
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Sinyal dari
Sensor Analog
PreAmp
Zero&Span
Filtering
Data Siap
diproses
Paralel/Serial
Port
ADC
Postprocessing
Kuantisasi
Komputer
Aplikasi PLC – 02
8
Keluaran Sensor
Jika suatu sensor digunakan untuk mendeteksi
objek fisik, maka perubahan hasil pengukuran
tersebut berupa:
Tegangan Sensor
Arus
Frekwensi
Pengolah
Sinyal
Resistansi
Kapasitansi
Induktansi
Aplikasi PLC – 02
9
Keluaran Sensor berupa Perubahan
Tegangan
Vin
Pengolah
Sinyal
Vout
Vout
Tegangan yang dihasilkan sensor (Vin)
berupa tegangan yang mempunyai rentang
nilai dan harus disesuaikan dengan
rangkaian selanjutnya (Vout)
m=
Ri
Vin
0
b=
Aplikasi PLC – 02
Rf
Rf
Ros
V
10
Rangkaian Pengolah Sinyal: Zero & Span
+V
Rf
Ros
Vin
-
Ri
+
22 kΩ
+V
-
22 kΩ
-V
Rcomp
+
-(m Vin + b)
Vout =
+V
-V
+(m Vin + b)
Rf
Ri
Vin +
Rf
Ros
V
11 kΩ
Vout
Rcomp ≈ R f // Ros // Ri
m=
Rf
Ri
Vin
0
b=
Aplikasi PLC – 02
Rf
Ros
V
11
Keluaran Sensor berupa Perubahan Arus
Arusin
Pengolah
Sinyal
Vout
Arus yang dihasilkan sensor (Iin) berupa
arus yang mempunyai rentang nilai dan
harus disesuaikan dengan rangkaian
selanjutnya (Vout)
Aplikasi PLC – 02
Vout
V2
m=
Rf
I2
Iin
V1
0
I1
Ri
IRs
12
Pengolah Sinyal: Konverter Arus ke Tegangan
Rf
Ri
I
Vout
V2
+Vop
-
Rs
I
+
-Vop
-V
Vz
+Vop
Rf
I2
Iin
V1
0
Ri
+V
Rpot
Vout = m + Vz
m=
I1
Ri
IRs
Rf
+
Vz
-
-Vop
Rpot << Rf
V2 − V1
Rs =
( R f / Ri )( I 2 − I1 )
VZ = V1 −
Aplikasi PLC – 02
Rf
Ri
I1 Rs
13
Keluaran Sensor berupa Perubahan
Frekwensi
Frekwensiin
Pengolah
Sinyal
Vout
Frekwensi yang dihasilkan sensor (Fin) yang mempunyai nilai
tertentu dan harus disesuaikan dengan rangkaian selanjutnya (Vout)
Aplikasi PLC – 02
14
Pengolah Sinyal: Konverter Frekwensi ke
Tegangan
RL
V = 2 x1,1Rt Ct
xf in
Rs
f in =
1
T
Aplikasi PLC – 02
15
Keluaran Sensor berupa Perubahan
Resistansi
Resistansi
Pengolah
Sinyal
Vout
Perubahan resistansi (R) yang dihasilkan sensor memerlukan
rangkaian jembatan agar tegangan (Vout) yang dihasilkan ekivalen
dengan perubahan resistansi. Pengolah sinyal berupa Jembatan
Wheatstone.
Aplikasi PLC – 02
16
Pengolah Sinyal: Jembatan Wheatstone
R1
E
R3
+
R2
DVM
R4
E = Sumber tegangan DC
DVM = Digital Volt Meter
R1 R3
Vout = 0, jika
=
R2 R4
Jika posisi sensor diletakkan pada salah satu Resistansi, maka
konfigurasi ini dinamakan (One Active Sensor)
Aplikasi PLC – 02
17
Jembatan Wheatstone dengan LM358
Aplikasi PLC – 02
18
Jembatan Wheatstone LM358 (high gain)
Aplikasi PLC – 02
19
Bentuk Lain Wheatstone LM358 (high gain)
Aplikasi PLC – 02
20
Keluaran Sensor berupa Perubahan
Kapasitansi
Kapasitansi
Pengolah
Sinyal
Vout
Perubahan kapasitansi (C) yang dihasilkan sensor memerlukan
rangkaian jembatan agar tegangan (Vout) yang dihasilkan ekivalen
dengan perubahan kapasitansi. Pengolah sinyal berupa Jembatan
Wien.
Aplikasi PLC – 02
21
Pengolah Sinyal: Jembatan Wien
Z1
Osc.Wien
+
Z2
DVM
Z3
E = Sumber tegangan DC dengan mod ulasi
Z4
DVM = Digital Volt Meter
Z1 Z 3
Vout = 0 , jika
=
Z2 Z4
-
Jika posisi sensor diletakkan pada salah satu Impedansi, maka
konfigurasi ini dinamakan (One Active Sensor)
Aplikasi PLC – 02
22
Jembatan Wien dengan LM358
Aplikasi PLC – 02
23
Keluaran Sensor berupa Perubahan
Induktansi
Induktansi
Pengolah
Sinyal
Vout
Mirip cara perubahan kapasitansi. Perubahan induktansi (L) yang
dihasilkan sensor memerlukan rangkaian jembatan agar tegangan
(Vout) yang dihasilkan ekivalen dengan perubahan induktansi.
Pengolah sinyal berupa Jembatan Wien.
Aplikasi PLC – 02
24