Instrumentasi Sistem Kendali
advertisement
Diktat Instrumentasi Sistem Kendali Oleh :Jana Utama,ST. Jurusan Teknik Elektro Universitas Komputer Indonesia 2010 Matakuliah : Instrumentasi Sistem Kendali Pokok Pembahasan • Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika – Mengenal Mekatronika (Sistem control, sistem listrik, dan mekanik) – Istilah-istilah Sistem Pengukuran – Teknik Digital • Sistem Penggerak – Motor DC – Motor Stepper – Motor Servo • Power Suplay – Tenaga Surya – Baterai – Catu Daya • Sensor – – – – – – Pengkondisian Sinyal Mengenal Berbagai Sensor Sensor Jarak Sensor Panas Sensor Posisi Teknologi Wireless • Kontrol – – – – PLC PID Neural Network Mikrokontroller Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Definisi Sistem Kontrol 1. Secara umum sistem pengendalian adalah susunan komponen-komponen fisik yang dirakit sedemikian rupa sehingga mampu mengatur sistemnya sendiri atau sistem diluarnya. Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga range tertentu. Istilah lain sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrolan. 2. Sistem pengendalian atau teknik pengaturan juga dapat didefinisikan suatu usaha atau perlakuan terhadap suatu sistem dengan masukan tertentu guna mendapatkan keluaran sesuai yang diinginkan . Dalam buku berjudul ”Modern Control Systems”, bahwa sistem pengaturan merupakan hubungan timbal balik antara komponen-komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang memberikan suatu hasil yang dikehendaki berupa respon (Dorf, 1983). Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Definisi Sistem Kontrol 3. Contoh sistem pengaturan yang paling mendasar adalah kendali on-off saklar listrik. Aktivitas menghidupkan dan mematikan saklar menyebabkan adanya situasi saklar hidup atau mati. Masukan on atau off mengakibatkan terjadinya proses pada suatu pengendalian saklar listrik sehingga sistem bekerja sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yaitu listrik menyala atau mati. Keadaan on-off (hidup atau mati) merupakan masukan, sedangkan mengalir dan tidak mengalirnya listrik merupakan keluaran. Suatu keadaan dimana listrik sudah dihidupkan namun tidak menyala , berarti ada yang salah pada sistem tersebut. Proses yang dicontohkan itu mengilustrasikan sistem kendali yang terjadi secara manual. 4. Secara umum ada empat aspek yang berkaitan dengan sistem pengendalian yaitu masukan, keluaran, sistem dan proses. Masukan (input) adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Keluaran ( output) adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali. Tanggapan ini bisa sama dengan masukan atau mungkin juga tidak sama dengan tanggapan pada masukannya. Seperti Gambar dibawah ini : Untuk menggambarkan sistem pengendalian, kita bisa ilustrasikan dengan sebuah perangkat yang sering dikenal dalam kehidupan sehari hari yaitu ”sekering”. Sekering merupakan alat yang dipergunakan untuk memutus arus listrik dan biasanya dipasang pada instalasi listrik PLN atau perangkat elektronik. Sekering akan putus apabila diberi beban arus listrik yang berlebihan, dan akibatnya lampu akan padam. Fenomena ini menunjukkan bahwa sebenarnya terjadi pengukuran terhadap aliran listrik, membandingkan terhadap kapasitas maksimal, dan selanjutnya melakukan langkah koreksi dengan cara memutus arus. Proses yang dicontohkan itu menggambarkan sistem kendali yang terjadi secara otomatis. Menurut Distefano dkk (1992), ada tiga jenis sistem pengaturan dasar yakni : Menurut Distefano dkk (1992), ada tiga jenis sistem pengaturan dasar yakni : 1. Pengendalian alamiah, contohnya pengendalian suhu tubuh manusia, mekanisme buka-tutup pada jantung, sistem peredaran darah, sistem syaraf, sistem kendali pankreas dan kadar gula dalam darah, sistem pengaturan adrenalin, dan sistem kendali lainnya yang ada pada makhluk hidup. 2. pengendalian buatan, contohnya yaitu mekanisme on-off pada saklar listrik, mekanisme buka-tutup pada keran air, sistem kontrol untuk menghidupkan dan mematikan televisi/radio/tape, kendali pada mainan anak anak, pengaturan pada kendali suhu ruangan ber -AC, serta kendali perangkat elektronik seperti pada kulkas, freezer dan mesin cuci. 3. sistem kendali yang komponennya buatan dan alamiah, contohnya adalah pengendalian ketika orang mengendarai sepeda, motor atau mobil. Pengendara senantiasa mempergunakan matanya sebagai komponen alamiah untuk mengamati keadaan, disamping itu pengendara juga mengatur kecepatan berkendara dengan mengatur putaran mesinnya yang merupakan komponen buatan. Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Sistem pengendalian proses • Sistem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat-alat pengendalian otomatis. Semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut istrumentasi pengendalian proses. Contoh sederhana istrumentasi pengendalian proses adalah saklar temperatur yang bekerja secara otomatis mengendalikan suhu setrika. Instrumentasi pengendalinya disebut temperature switch, saklar akan memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di atas titik yang dikehendaki. Sebaliknya saklar akan mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di bawah titik yang dikehendaki. Pengendalian jenis ini adalah kendali ON -OFF. • Tujuan utama dari suatu sistem pengendalian adalah untuk mendapatkan unjuk kerja yang optimal pada suatu sistem yang dirancang. Untuk mengukur performansi dalam pengaturan, biasanya diekspresikan dengan ukuran -ukuran waktu naik (tr), waktu puncak (tp), settling time (ts), maximum overshoot (Mp), waktu tunda/delay time (td), nilai error, dan damping ratio. Nilai tersebut bisa diamati pada respon transien dari suatu sistem pengendalian, misal gambar 1.2. Gambar respon sistem : Gambar 1.2 Respon transien sistem pengendalian • Dalam optimisasi agar mencapai target optimal sesuai yang dikehendaki, maka sistem kontrol berfungsi : melakukan pengukuran (measurement), membandingkan (comparison), pencatatan dan penghitungan (computation) dan perbaikan (correction). Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Parameter-parameter yang dikendalikan Ada banyak parameter yang harus dikendalikan di dalam suatu proses diantaranya yang paling umum ada empat yaitu : 1. 2. 3. 4. • • tekanan (pressure) di dalam suatu pipa/vessel, laju aliran (flow) di dalam pipa, temperatur di unit proses penukar kalor ( heat exchanger), dan level permukaan cairan di sebuah tangki. Disamping dari keempat tersebut di atas, parameter lain yang dianggap penting dan perlu dikendalikan karena keperluan spesifik proses diantaranya pH di industri kimia, warna produk di industri pencairan gas (LNG). Apabila yang dikendalikan pada sistem pengaturan adalah tekanan pada proses pembakaran di ruang bakar, maka sistem pengendaliannya disebut sistem kendali tekanan pembakaran di ruang bakar . Jika yang dikendalikan adalah temperatur pada sebuah alat penukar kalor, maka sistem pengendaliannya disebut sistem kendali temperatur alat penukar kalor. Apabila yang dikontrol adalah level fluida pada bejana tekan suatu industri perminyakan, maka system konrolnya dinamakan sistem kendali level cairan. Hal ini perlu dimengerti karena terkadang orang salah dalam penggunaan suatu kalimat, misalnya sistem kendali pesawat terbang. Pernyataan ini akan lebih lengkap jika diketahui variabel yang dikendalikan pada pesa wat tersebut, apakah kecepatan terbang pesawat, ketinggian terbang, gerak rolling atau gerak pitching. Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Mengapa perlu instrumentasi dalam pengendalian? • Manusia diciptakan mempunyai kelebihan dan kekurangan. Diantara kekurangan manusia adalah mempergunakan indra sebagai alat ukur. Sebagai sebuah ilustrasi indra peraba manusia dipergunakan untuk mengukur kondisi air yang berbeda di dalam suatu bejana, namun apakah indra peraba itu mampu mencerminkan kondisi pengukuran yang sebenarnya . Untuk menjawabnya maka perhatikan fenomena gambar 1.3. Gambar 1.3 Indra peraba untuk pengukuran Apa yang dirasakan apabila kedua tangan kita masing masing dicelupkan ke tempayan kiri dan kanan? Tangan kiri akan merasakan hangatnya air hangat dan tangan kanan akan merasakan dinginnya es. Sampai batas ini manusia masih bisa membedakan mana yang dingin dan yang panas, namun belum mengetahui secara eksak/pasti berapa temperatur air tersebut. Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Mengapa perlu instrumentasi dalam pengendalian? Apa yang terjadi apabila kedua tangan kita yang baru saja dimasukan masing masing di air hangat dan air dingin, kemudian dicelupkan ke dalam air suam kuku? Tentunya tangan kiri yang habis dicelupkan di air hangat akan terasa dingin dan tangan kanan yang habis dimasukan air es akan terasa air itu panas. Mengapa begitu? Dan jawabnya adalah : karena indra peraba manusia tidak mampu dijadikan sebagai alat ukur yang akurat. Untuk memastikan suhu air tersebut diperlukan termometer. Bayangkan lagi kalau indra manusia dicoba untuk mengukur besaran-besaran lainnya seperti tekanan, aliran, level cairan dan temperatur yang tinggi, hal ini tentu tidak mungkin. Oleh karena itu diperlukan instrumentasi untuk melakukan pengukuran , sehingga kondisi sebenarnya bisa diketahui secara akurat . Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Penganalisisan sistem pengendalian Dalam mengendalikan variabel proses adalah dengan analisis dan perancangan. Beberapa faktor yang harus dikuasai untuk melakukan analisis sistem pengendalian atau teknik pengaturan adalah: 1. Penguasaan dasar-dasar matematika Dasar analisis dan perancangan sistem pengendalian yang sering dijumpai yaitu persamaan diferensial, Transpormasi Laplace, Transpormasi Z, Fourier, matrik, dan sebagainya. 2. Penguasaan pemodelan matematika sistem fisik Sebuah sistem fisik akan sulit di analisis apabila model matematika sistem tidak diketahui, suatu misal pada gambar 1.6 karburator dimodelkan dengan dan beban mesin dengan 3. Respon sistem pengendalian Untuk memudahkan analisis biasanya dipergun akan respon transien danfrekuensi. Contoh respon diilustrasikan pada gambar 1.2 4. Kestabilan sistem pengendalian Dasar analisis kestabilan biasanya dipergunakan kriteria Routh-Hurwitz, pecahan kontinyu, letak akar dan Nyiquist. Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan 1. Sistem pengendalian temperatur dari suatu setrika otomatis Suatu setrika listrik secara termostatis mengatur panas yang dihasilkan pada setrika. Masukan ke sistem tersebut adalah suhu acuannya, yang diset secara tepat oleh termostat, sedangkan keluarannya adalah suhu yang dihasilkan sebenarnya yang bisa dideteksi dengan cara pengukuran temperatur. Apabila termostat mendeteksi suhu keluaran lebih kecil dari masukan, arus listrik mengalir dan memanaskan elemen pemanas hingga suhu menyamai acuannya dan secara otomatis arus akan diputus lagi. Gambar 1.4 Kendali temperatur setrika listrik Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan 1. Sistem pengendalian temperatur dari suatu setrika otomatis Gambar 1.5 Diagram blok kendali temperatur setrika listrik Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan 2. Sistem pengendalian jelajah mobil Dalam berkendaraan di jalan raya terkadang ada pembatasan untuk kecepatan berkendara, misalnya rambu hanya mengijinkan 40 km/jam. Dengan adanya rambu tersebut, setiap pengendara harus mematuhi dengan cara memelihara supaya kecepatan kendaraan berkisar pada angka tersebut. Sebagai alat untuk memonitor biasanya dipasang speedometer dan acuannya adalah kecepatan 40 km/ jam. Apabila terjadi penyimpangan antara yang tercatat pada speedometer terhadap kenyataan kecepatan kendaraan, maka pengendara senantiasa berusaha untuk melakukan pengendalian larinya kendaraan dengan menambah atau mengurangi kecepatan putaran mesin. Proses yang dilakukan pengendara tersebut secara tidak langsung mensinergikan beberapa komponen yang mempengaruhi sistem kendali jelajah kendaraan. Gambar 1.6 Kendali jelajah kendaraan Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan 2. Sistem pengendalian jelajah mobil Gambar 1.7 Diagram blok kendali jelajah kendaraan Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan 3. Sistem kendali posisi aerofoil sayap pesawat terbang Pada pesawat terbang sebenarnya banyak sekali sistem yang harus dikendalikan misalnya kecepatan terbang, ketinggian terbang, sistem pembakaran, buka tutup pintu pesawat, dan beberapa komponen pada mesin pe sawat terbang. Terlebih pada sistem pesawat tempur tentunya akan lebih banyak lagi yang perlu dikontrol karena memerlukan gerakan-gerakan manuver yang lebih dan juga untuk mengendalikan sistem persenjataannya. Dalam kasus gambar 1.9 merupakan contoh sistem kendali permukaan pada aerofoil sayap pesawat terbang. Besaran yang dikendalikan diekspresikan dalam besaran sudut terhadap posisi sudut acuan. Gambar 1.8 Kendali perilaku pesawat Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan 2. Sistem kendali posisi aerofoil sayap pesawat terbang Gambar 1.9 Diagram blok kendali perilaku pesawat Soal-soal latihan 1. Jelaskan definisi sistem pengendalian! 2. Sebut dan jelaskan 5 contoh sistem kendali buatan manusia! 3. Sebut dan jelaskan 5 contoh sistem kendali alamiah yang berada pada tubuh manusia! 4. Pada sistem pendingin AC ruangan, apa yang disebut masukan dan apa yang disebut keluaran? 5. Tetapkan masukan dan keluaran pada mesin freezer atau kulkas! 6. Mengapa dalam pengukuran diperlukan instrumen pengukur! 7. Gambarkan diagram sistem pengendalian temperatur dari suatu setrika otomatis dan jelaskan! 8. Gambarkan dan jelaskan diagram sistem pengendalian jelajah mobil! 9. Jelaskan sistem pengendalian yang terdapat karburator motor atau mobil! 10. Berikan contoh dan penjelasan tentang aplikasi teknik kendali di dunia industri DAFTAR PUSTAKA • • • • • • Distefano, J.J., Stubberud, A.R., and Williams, I.J., 1992, Teori dan Soal-soal Sistem Pengendalian dan Umpan Balik (Terjemahan Herman Widodo Soemitro) Seri Scaum, Edisi SI, Erlangga, Jakarta. Dorf, R.C., 1983. Sistem Pengaturan, Edisi 3, Erlangga, Jakarta Kuo, B.C., 1995, Teknik Kontrol Automatik, Edisi 7, Jilid 1, Aditya Media, Jogjakarta. Ogata, Katsuhiko., 1997, Teknik Kontrol Otomatik, Edisi 2 Jilid 1/2, Erlangga Jakarta Pakpahan, Sahat, 1988, Kontrol Otomatik Teori dan Penerapan , Penerbit Erlangga, Jakarta. Phillips, Harbor, 1998, Sistem Kontrol (alih bahasa Widodo), Edisi 3 Jilid 1/2, Prenhallindo, Jakarta Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 1. Masukan Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan. 2. Keluaran Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali. 3. Plant Seperangkat peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan dikendalikan, misalnya pabrik, reaktor nuklir, mobil, sepeda motor, pesawat terbang, pesawat tempur, kapal laut, kapal selam, mesin cuci, mesin pendingin (sistem AC, kulkas, freezer), penukar kalor ( heat exchanger), bejana tekan (pressure vessel), robot dan sebagainya. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 4. Proses Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya. 5. Sistem Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersamasama untuk mencapai tujuan tertentu. 6. Diagram blok Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model matematika dari sistem fisik. Contohnya adalah kotak pada gambar 2.3 7. Fungsi Alih (Transfer Function) Perbandingan antara keluaran(output) terhadap masukan(input) suatu sistem pengendalian. Suatu misal fungsi alih sistem pengendalian loop terbuka gambar 2.3 dapat dicari dengan membandingkan antara output terhadap input. Demikian pula fungsi alih pada gambar 2.3. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 8. Sistem Pengendalian Umpan Maju Sistem kendali ini disebut juga sistem pengendalian loop terbuka . Pada sistem ini keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian sebagaimana dicontohkan gambar 2.1. Di sini kinerja kontroler tidak bisa dipengaruhi oleh input referensi. 9. Sistem Pengendalian Umpan Balik Istilah ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup . Pengendalian jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem keluaran pengendalian ikut andil dalam aksi kendali. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 10. Sistem Pengendalian Manual Sistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak untuk membuka atau menutup katup sebagai aktuator guna mempertahankan keadaan permukaan yang diinginkan. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 11. Sistem Pengendalian Otomatis Sistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 12. Variabel terkendali (Controlled variable) Besaran atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram kotak disebut process variable (PV). Level fluida pada bejana pada gambar 2.4 merupakan variabel terkendali dari proses pengendalian. Temperatur pada gambar 1.5 merupakan contoh variabel terkendali dari suatu proses pengaturan. 13. Manipulated variable Masukan dari suatu proses yang dapat diubah ubah atau dimanipulasi agar process variable besarnya sesuai dengan set point (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol). Masukan proses pada gambar 2. 4 adalah laju aliran fluida yang keluar dari bejana , sedangkan masukan proses dari gambar 2.5 adalah laju aliran fluida yang masuk menuju bejana. Laju aliran diatur dengan mengendalikan bukaan katup. 14. Servomekanisme Sistem pengendalian dimana keluarannya berupa besaran-besaran mekanik, seperti percepatan, kecepatan, posisi, torsi, putaran dan sebagainya. Besaran besaran inilah yang sebaiknya dimenger ti dan dipahami bagi engineer, sehingga mengetahui bagaimana sistem kendali akan diaplikasikan. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 15. Sistem Pengendalian Digital Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan transmitter), elemen controller (control unit), dan final control element (control value ). 16. Gangguan (disturbance) Suatu sinyal yang mempunyai kecenderungan untuk memberikan efek yang melawan terhadap keluaran sistem pengendalian (variabel terkendali). Besaran ini juga lazim disebut load. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 17. 18. 19. Sensing element Bagian paling ujung suatu sistem pengukuran ( measuring system) atau sering disebut sensor. Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressure gauge untuk pengukur tekanan. Transmitter Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller. Aktuator Piranti elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan. Perangkat bisa dibuat dari system motor listrik (motor DC servo, moto r DC stepper, ultrasonic motor, linier moto, torque motor , solenoid), sistem pneumatik dan hidrolik. Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan maka bisa dipasang sistem gear box atau sprochet chain. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 20. 21. 22. 23. 24. Transduser Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan mekanis menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran getaran. Terkadang antara transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya memang mempunyai fungsi serupa. Transduser lebih bersifat umum, namun transmiter pemakaiannya pada sistem pengukuran. Measurement Variable Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran. Setting point Besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap set point. Error Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif atau negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin kecil error terhitung, maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler terhadap plant hingga akhirnya mencapai kondisi tenang ( steady state) Alat Pengendali (Controller) Alat pengendali sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan suatu proses. Controller merupakan elemen yang mengerjakan tida dari empat tahap pengaturan, yaitu a.membandingkan set point dengan measurement variable b.menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan, dan c.mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 25. Control Unit Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. 26. Final Controller Element Bagian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated variable atas dasar perintah kontroler. 27. Sistem Pengendalian Kontinyu Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon sistem selalu ada. Pada gambar 2.7. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 28. Sistem pengendalian Adaptive Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan disekitarnya. 29. Sistem Pengendalian Diskrit ( digital) Sistem pengendalian yang berjalan secara diskrit, proses pengendalian tidak berjalan setiap saat, hanya pada waktu -waktu tertentu saja (pada saat terjadi pencuplikan pada waktu cupliknya). Pada gambar 2.6. sinyal e*(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m*(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal digital. Sampler pada gambar 2.6 dipergunakan untuk mengubah dari sinyal kontinyu e(t) menjadi sinyal digital e*(t). Rangkaian holding device dipakai untuk mengubah sinyal digital ke sinyal kontinyu. Istilah-istilah dalam sistem pengendalian 30. Respons / Rangsangan Setiap isyarat masukan yang dimasukkan dari luar yang mempengaruhi keluaran terkendali. 31. Sistem Regulasi Otomatis Sistem pengendalian dimana output sistem dijaga agar sesuai dengan nilai input referensi yang telah ditentukan terlebih dahulu, atau paling tidak mempunyai selang yang kecil dengan input referensinya. Sistem pengendalian loop tertutup • Umumnya sistem pengendalian loop tertutup terdiri dari bagian -bagian seperti terlihat pada gambar 2.9. 1. Input referensi, r(t) Disebut juga set point, adalah sinyal yang diumpankan pada suatu sistem pengendalian yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan outp ut sistem pengendalian tersebut. Sinyal-sinyal yang banyak digunakan sebagai input referensi adalah: a. Sinyal impulse b. Sinyal step c. Sinyal ramp d. Sinyal parabolik e. Sinyal sinusoida 2. Sinyal feedback, b(t) Sinyal yang dihasilkan dari elemen feedback. Sistem pengendalian loop tertutup 3. Summing point (error detector) Bagian yang berfungsi untuk menjumlahkan semua sinyal yang masuk padanya.Pada gambar 2.9, sinyal yang masuk adalah input referensi (bertanda positif)dan sinyal feedback (bertanda negatif). 4. Sinyal error, e(t) Sinyal yang dihasilkan dari perbedaan antara input referensi dan sinyal feedback. Jadi e(t)= r(t)- b(t) 5. Elemen pengatur Bagian dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal pengendalian untuk mengendalikan proses/plant. Kontroler sebenarnya terdiri dari bagian summing point dan elemen kontrol, tetapi kadang -kadang elemen kontrol ini dalam diagram blok sistem pengendalian ditulis sebagai kontroler, misalnya pada gambar 2.7. 6. Sinyal pengendalian, m(t) Disebut juga sinyal termanipulasi (manipulated signal) adalah sinyal yang dihasilkan dari kontroler. 7. Sinyal output, c(t) Sinyal keluaran dari plant atau proses yang dikendalikan oleh kontroler. 8. Elemen feedback Bagian yang berfungsi untuk mengubah sinyal output menjadi sinyal feedback. Sinyal feedback ini mempunyai bes aran yang sama dengan sinyal input referensi. Bagian ini biasanya terdiri dari transducer atau sensor yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk sinyal ke bentuk yang lainnya. Bagian ini bisa ada atau tidak pada suatu sistem pengendalian diperlukan elemen f eedback jika sinyal output mempunyai besaran yang tidak sama dengan sinyal input referensi dan tidak diperlukan elemen feedback jika besaran sinyal output sudah sama dengan besaran sinyal input referensi. Contoh-contoh diagram blok sistem kendali Soal-soal latihan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Jelaskan istilah-istilah plant, sistem, gain, lintasan, loop dan fungsi alih dalam sistem pengendalian! Apa yang dimaksud sistem pengendalian umpan balik! Jelaskan keuntungan dan kerugian untuk sistem kendali jerat terbuka! Sebutkan keunggulan dan kekurangan untuk sistem kendali jerat terbutup! Berikan contoh dan penjelasan mengenai sistem pengendalian manual! Berikan contoh dan penjelasan tentang sistem pengendalian otomatis! Jelaskan pengertian variabel terkendali! Terangkan pengertian variabel terukur dan variabel termanipulasi! Gambarkan diagram blok sistem pengendalian arah otomobil dan jelaskan! Terangkan mekanisme apa saja yang memiliki kesamaan diagram blok sistem kendali dengan gambar berikut! DAFTAR PUSTAKA • • • • • Kuo, B.C., 1995, Teknik Kontrol Automatik, Edisi 7, Jilid 1, Aditya Media, Jogjakarta. Distefano, J.J., Stubberud, A.R., and Williams, I.J., 1992, Teori dan Soal-soal Sistem Pengendalian dan Umpan Balik (Terjemahan Herman Widodo Soemitro) Seri Scaum, Edisi SI, Erlangga, Jakarta. Dorf, R.C., 1983. Sistem Pengaturan, Edisi 3, Erlangga, Jakarta Gunterus, F., 1994, Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses, Penerbit : Elex Media Komputindo, Jakarta. Ogata, Katsuhiko., 1997, Teknik Kontrol Otomatik, Edisi 2 Jilid 1/2, Erlangga Jakarta Sistem Pengukuran Besaran • Mekanis: strain, force,pressure, moment, torque, displacement, velocity, acceleration, mass flow rate, dll. • Thermis: heat flux, specific heat, thermal conductivity, dll. • Electrik: voltage, current Complete System Power Supply • • • Memberikan energi yang dibutuhkan oleh komponenkomponen aktif. Power suply dapat berupa tegangan AC/DC Sumber-Sumber tenaga listrik : 1. Tenaga Surya Tenaga surya menghasilkan tenaga listrik dari cahaya matahari. Biasanya tenaga surya digunakan sebagai sumber tenaga untuk baterai isi ulang (recharging), tetapi sekarang ini sudah ada yang disebut dengan “solar engine” (mesin surya). Komponen utama dari “solar engine” adalah tenaga surya itu sendiri, kapasitor dan sirkuit pemicu. cara kerja : ketika terkena cahaya, tenaga surya mulai terisi pada kapasitor, sehingga kapasitor akan menyediakan tenaga listrik, setelah veltase dari kapasitor bertambah, otomatis sikuit pemicu (trigger circuit) akan bergetar. Ketika tenaga pada kapasitor sudah terpenuhi, sirkuit pemicu akan memicu SCR (Silicon Controlled Rectifier) untuk mengeluarkan tenaga yang sudah tersimpan tadi ke kapasitor untuk menggerakan / memfungsikan. Power Supply 2. Baterai Ada banyak sekali jenis baterai yang dapat digunakan sebagai sumber tegangan, tetapi beberapa jenis baterai yang sangat umum digunakan adalah carbon-zinc, alkalin, nikelcadmium, lead-acid dan lithium. Jika kita menggunakan IC TTL atau komponen lainnya yang menggunakan tegangan 5 V, rangkaian di bawah ini dapat digunakan dengan sumber dari baterai 9 V atau gabungan baterai dengan total tegangan yang memadai sebagai sumber regulator 7805 yang dapat mensuplai arus hingga 90 mA. Power Supply 3. Catu Daya Saat ini sebagai regulator tegangan, telah digunakan IC yang khusus seperti 7812 untuk regulator tegangan positif 12 V dan 7912 untuk regulator tegangan negatif -12 V. Gambar dibawah ini menampilakan contoh rangkaian catu daya yang mampu mengeluarkan tegangan sangat stabil. CT ialah singkatan dari Center Tap yang berfungsi sebagai ground/ 0 Volt. Transducer • Peralatan analog yang merubah besaran fisis menjadi besaran elektris. • Contohnya: Pada Strain gage perubahan besaran strain (Δε) dikonversikan menjadi perubahan resistansi (ΔR) yang akhirnya dikonversikan menjadi perubahan tegangan (Δv) • Maka perubahan tegangan (Δv) sebanding dengan perubahan strain (Δε) Signal Conditioner • Merubah, memanipulasi, dan mengkompensasi besaran output transducer menjadi besaran elektrik yang dapat diproses lebih lanjut. • Pada Strain Gage, besaran output transducer (ΔR) dirubah menjadi tegangan (ΔV). • Sistemnya terdiri dari: filter, compensator, modulator, demodulator, integrator, differensiator Amplifier • Menaikkan besar sinyal tegangan keluaran Signal Conditioner. • Bila keluaran Signal Conditioner hanya berkisar milivolt atau kurang, maka amplifier akan meningkatkannya 1001000 kali menjadi 1-10 volt. Recorder • Alat ukur tegangan (voltmeter) yang dapat langsung menampilkannya atau merekamnya. • Recorder dapat berupa analog atau digital. • Keluaran Amplifier adalah sinyal analog yang dapat ditampilkan oleh Analog recorder seperti: Osciloscope, Oscilograp. • Digital recorder merubah dahulu sinyal analog menjadi sinyal digital untuk kemudian ditampilkan atau disimpan. Sistem Instrumentasi Data Processor • Merubah sinyal analog menjadi sinyal digital untuk diproses lebih lanjut oleh perangkat digital, seperi microcomputer (PC) dan microprocessor. • Outputnya digunakan lebih lanjut untuk Engineering Analysis. Command Generator • Peralatan yang menghasilkan signal analog sebagai referensi dalam sistem kontrol tertutup • Sinyal Error adalah perbandingan antara Sinyal Command Generator dan Sinyal Output transducerrecorder Controller • Perangkat yang men-drive proses untuk menjaga suatu kuantitas terjaga dalam suatu sistem kontrol tertutup Pengukuran • untuk analisa data • pada Sistem Kendali Open Loop System Close Loop System Experimental Error Element Error • Error setiap alat sesuai spesifikasi pembuat • Dinyatakan dalam persen terhadap nilai full scale • Misal: 2% – nilai kesalahan maksimal = 2%x angka full scale • Jika alat dioperasikan tidak pada full scale – nilai kesalahan maksimal tetap, mengikuti saat full scale – Misal operasi pada half scale: – Error max = 4%x skala yang digunakan Experimental Error Element Error (2) Akumulasi Element Error (3) • Akumulasi kesalahan tiap alat dalam sistem • Ea : error alat terakumulasi • Estimasi: dengan εT , εSC , εA , εR masing-masing adalah error Transducer, signal conditioner, amplifier dan recorder Experimental Error Improper Functioning • penggunaan tidak sesuai fungsi(≠) • berhubungan dengan perawatan dan penyesuaian alat (maintenance & adjustment) • Kalibrasi • Zero offset • Range / Span Experimental Error Kalibrasi Sensitivitas • Response curve suatu alat • garis lurus dengan kemiringan yang menunjukkan sensitivitas alat Zero Offset • deviasi Response line (pada sumbu vertikal) • garis lurus dengan kemiringan yang menunjukkan sensitivitas alat Experimental Error Range • Daerah kerja • Response curve masih linier / masih dalam batas toleransi • : batas atas dengan deviasi response curve maksimum • : batas bawah ( error alat) OPTOELEKTRONIKA Pada awal perkembangan semikonduktor telah diketahui bahwa dioda dan transistor peka terhadap cahaya dan juga beberapa devais semikonduktor dapat mengeluarkan cahaya, karena proses rekombinasi. Dari gejala tsb dapat dikembangkan devais-devais sensitif cahaya baik sebagai detektor ataupun pemancar. Pada optoelektronika berkaitan dengan cahaya tampak maupun tak tampak (IR maupun UV). Spektrum gelombang cahaya tsb merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnet, seperti ditunjukka pada Gambar 1 berikut. Gambar 1, Spektrum cahaya Besaran-besaran yang biasanya digunakan dalam bidang fotometri dan radiometri adalah : Ada banyak sumber cahaya buatan seperti lampu pijar, lampu fuorescent, lampu gas discharge (Xenon, Merkuri, dll), namun konsentrasi kita pada sumber cahaya yang dihasilkan dari bahan semikonduktor, seperti LED. Tujuan dari peraga elektronik adalah untuk mengimplemen informasi visual dari peralatan menggunakan devais yang memancarkan cahaya maupun termodulasi oleh cahaya, termasuk pada lampu pijar, lampu gas discharge (tabung Nixie), LCD dan LED. Masing-masing peraga tadi berbeda dalam hal kemampuannya dan kebutuhannya, seperti warna dan kecerahannya, disipasi daya, ukuran, tegangan dan arus yang diperlukan dan pengaruhnya terhadap lingkungan (seperti suhu, getaran, dll). Dominasi elektronika digital menyebabkan alat peraga juga bergeser ke alat-alat peraga kompatibel digital, seperti pada LED, peraga 7segmen, peraga 4x7-segmen dan peraga 5x7segmen, termasuk LCD. LED LED = light emitting diode adalah sebuah dioda yang dapat memancarkan cahaya jika mendapat bias maju. Karakteristik LED mirip dengan dioda pn. LED ini sibuat dengan berbagai macam panjang gelombang sehingga dapat dibedakan dari warnanya, umumnya adalah warna merah (~ 650 nm), hijau (~550 nm) dan kuning (~600 nm). Disamping ada LED yang memancarkan cahaya infra merah (~950 nm) yang biasanya dipakai sebagai sumber cahaya pada sistem sensor, sedangkan LED cahaya tampak dipakai untuk indikator, peraga dalam instrumen digital, dll. Proses pembentukan pasangan elektron-hole bersifat reversibel, energi cahaya dipancarkan pada saat terjadi rekombinasi elektron-hole. Pada Si dan Ge umumnya rekombinasi terjadi pada cacat kristal, namun kadang-kadang dapat juga sebuah elektron langsung terjatuh ke hole sambil memancarkan energi cahaya, keadaan ini lebih banyak terjadi pada GaAs. Pada kondisi khusus cahaya yang dipancarkan bersifat koheren, dan devais ini dikenal sebagai laser semikonduktor. Ada beberapa keunggulan penggunaan LED dibandingkan dengan lampu pijar untuk sistem elektronika, seperti: 1. LED beroperasi pada tegangan rendah dan kompatibel dengan level tegangan logika TTL 5 volt, disamping juga butuh konsumsi daya yang rendah sekitar ~ 20 - 30 mW. 2. berumur panjang, MTBF ~ 100.000 jam 3. konstruksi semikonduktor lebih andal dibandingkan dengan konstruksi filamen yang mudah pecah. 4. ukurannya kecil. 5. murah 6. emisi LED hampir monokromatis dan tersedia dalam beberapawarna. 7. dapat diberi pulsa pada frekuensi tinggi Untuk pemasangan LED perlu dibatasi arus maju yang lewat pada LED tsb, umumnya hambatan pembatas sekitar 200 Ω. Untuk menghitung hambatan pembatas perlu diketahui karakteristik I-V dari LED yang dipakai. Sebagai contoh LED warna merah dari GaAsP, arus maju minimum agar cahaya dari LED tsb tampak pada ruangan normal (diterangi dengan lampu) sekitar ~ 20 mA, tegangan jatuh pada LED pada saat IF = 20 mA adalah VF = 1,6 volt (perlu di-check dari data sheet LED ybs). Maka hambatan pembatasnya adalah: (dengan tegangan supply = 5 volt) Selanjutnya untuk mengemudikan LED dari rangkaian logika perlu juga diberi hambatan pembatas, hal ini karena pada gerbang TTL standar dapat menerima (sink) arus hingga 16 mA (yaitu IOL), sedangkan TTL standar hanya dapat menyalurkan (source) arus hingga 1 mA. Kondisi ini tidak cukup terang untuk sebagian besr aplikasi LED. Kesulitan ini dapat diatasi dengan gerbang yang dapat di-pull-up dengan sebuah hambatan, seperti gerbang 7410, seperti ditunjukkan pada rangkaian berikut ini. Gambar 2, LED dikendalikan oleh gerbang NAND Peraga numerik biasanya menggunakan sistem 7segmen, sedangkan untuk peraga alfanumerik biasanya menggunakan matrik titik 5 x 7 atau LCD. Peraga 7segmen merpakan peraga yang paling umum dijumpai untuk peraga numerik karena menggunakan IC standar dan cukup sederhana untuk mengendalikannya, misalnya untuk menampilkan angka 2 perlu memberikan bias maju pada segmen a, b, g, e, d. Untuk memperagakan pada peraga 7-segmen perlu decoder, umumnya yang tersedia adalah decoder BCD ke 7-segmen, sehingga format data input berupa format BCD. Disamping decoder perlu driver untuk memberikan arus ke peraga minimum ~ 10 mA agar dapat menyalakan 7-segmen. Decoder dan driver tersedia dalam satu chip IC, seperti 7447. IC 7447 digunakan untuk peraga dengan tipe anoda bersama. Rangkaiannya ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3, Rangkaian peraga 7-segmen Untuk memperagakan bilangan besar misalnya ada 4 atau lebih digit biasanya dipergunakan teknik multiplek. Dengan teknik ini hanya menggunakan satu buah decoder/driver yang dipakai untuk men-decodenilai BCD ke peraga 7-segmen dengan menyalakan masingmasing peraga secara bergantian. Jika pergantian peraga tsb terjadi > 100 Hz, mata kita tidak akan merasakan berkedipnya peraga tsb. Keuntungan dari rangkaian ini adalah koneksi pengkawatan kawat jauh lebih sedikit disamping jumlah komponennya juga lebih sedikit, septi ditunjukkan pada gambar berikut. Keuntungan dari rangkaian ini adalah koneksi pengkawatan kawat jauh lebih sedikit disamping jumlah komponennya juga lebih sedikit, serpti ditunjukkan pada gambar berikut. Gambar 4, Rangkaian peraga BCD 4-digit Dekoder 74156 tidak mampu men-drive peraga 7segmen sehingga diperlukan driver dari transistor, sedangkan data input ke dekoder 7447 setiap saat diperbarui sesuai dengan frekuensi clock. Dari gambar tsb tiap peraga menyala ¼ perioda scan. Sensor Cahaya Devais ini bekerja berdasarkan perubahan karakteristik listrik pada saat energi cahaya mengenai devais tsb sehingga kondutivitas devais berubah. Ada beberap devais sensor cahaya diantaranya: fotoresistor, fotodioda, fototransistor, fotodarlington, fototiristor. Fotoresistor Fotoresistor atau LDR (light dependent resistor) umumnya terbuat dari CdS (Cadmium Sulfida) yang memiliki hambatan besar (~ 10 MΩ) bila tak terkena cahaya, sebaliknya jika ada cahaya yang mengenai CdS hambatannya akan berkurang (~30 - 300 Ω). Pada saat bahan itu tidak terkena cahaya, konsentrasi pembawa muatan bebas redah, sehingga hambatannya tinggi, sebaliknya jika ada cahaya mengenai bahan tsb maka akan terbentuk pembawa muatan bebas (efek fotoresistivitas) dan konsentrasinya bertambah sehingga hambatannya berkurang sesuai dengan intensitas cahaya. Sensitivitas cahaya bergantung pada panjang gelombang, sensitivitas maksimum sekitar 680 nm (cahaya merah). Rentang panjang gelombang yang dapat mengubah hambatan fotoresistor sekitar 400 nm hingga 800 nm. Di luar rentang ini fotoresitor(LDR) tak dapat berfungsi. Umumnya fotoresistor dihubungkan seri dengan hambatan sehingga membentuk rangkaian pembagi tegangan, seperti ditunjukkan pada gambar berikut. Gambar 5, Ilustrasi penggunaan fotocel CdS Fotodioda Fotodioda bekerja mirip dengan dioda Zener yaitu pada bias mundur. Pada saat cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai mengenai fotodioda, maka akan ada arus yang mengalir. Sehingga energi cahaya dipergunakan untuk menghasilkan pasangan elektronhole didekat hubungan. Arus tsb kira-kira sebanding dengan intensitas total cahaya datang. Perbandingan arus pada saat dikenai cahaya dengan pada saat tidak ada cahaya ternyata cukup besar. Karakteristik ini diperlukan sebagai transducer cahaya. Umumnya fotodioda terbuat dari silikon dengan waktu reaksi ~ 1ns. Selanjutnya fotodioda juga dipergunakan untuk mengkonversi energi solar menjadi energi listrik. Karakteristik utama dari fotodioda adalah: Tanggapan spektral, (dinyatakan dalam %), untuk fotodioda Silikon tanggapan maksimum pada panjang gelombang sekitar 800 nm. Arus gelap adalah arus mundur fotodioda pada saat tak ada cahaya. Arus gelap ini bergantung pada suhu, biasanya arus gelap ini cukup besar dibandingkan dengan dioda hubungan (arus mundur) dalam orde nA atau μA tergantung pada luas permukaan devais. Effisiensi kuantum yaitu perbandingan jumlah pasangan hole elektron yang terjadi secara optis dengan jumlah foton datang. Effisiensi ini lebih besar dari 90 % pada panjang gelombang puncak. Tanggapan fotodioda lebih cepat dibandingkan dengan fotoresistor. Fotodioda dapat mengikuti pulsa cahaya dengan frekuensi tinggi dalam orde MHz, sehingga cocok untuk applikasi transmisi data dengan serat optis. Fototransistor Secara fisik fototransistor mirip dengan transistor konvensional, hanya permukaan atas dapat dikenai cahaya yang dilengkapi dengan lensa, disamping itu ada beberapa tipe fototransistor kaki basisnya tidak ada (sehingga hanya ada 2 kaki), sedang ada beberapa tipe mirip seperti BJT. Cara kerja fototransistor mirip dengan transistor BJT, hanya fotodioda yang ada diantara basis-kolektor dipergunakan sebagai sumber arus. Hal ini berarti bahwa arus yang timbul pada basis-kolektor diperkuat sebesar hfe termasuk arus bocornya. Hal ini dapat dikurangi dengan cara memberikan bias seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 6. Contoh rangkaian dengan fototransistor untuk mendeteksi cahaya lemah. Sedangkan fotodarlington juga mirip dengan fototransistor, hanya peguatan arusnya besar sekali mirip rangkaian Darlington. Sebaliknya fototiristor juga mirip dengan tiristor pnpn hanya pada kolektornya diperluas sehingga memungkinkan terpicu oleh intensitas cahaya datang. Disamping sensor-sensor cahaya di atas, ada komponen optoelektronik lain yang dikemas jadi satu antara pemancar dan penerima cahaya, misalnya optokopler. Optokopler berfungsi mengisolasi listrik dari dua rangkaian listrik yang berbeda. Optokopler Optokopler seringkali dikenal sebagai optically coupled isolator (OCI) terdiri atas sebuah devais pemancar cahaya (biasanya IRED) dan sebuah fotodetektor (biasanya fototransistor, light-sensitive SCR (LASCR), atau sel fotokonduktif). Antara pemancar dan penerima tidak ada hubungan listrik dan keduanya diisolasi dengan bahan transparan. Relay elektromekanis dapat juga dipergunakan untuk mengisolasi tegangan DC namun tanggapannya lambat, sedangkan pada optokopler dapat dikurangi hingga waktu switchingnya kurang dari 10 μs. Trafo juga dapat mengisolasi tegangan DC namun jauh lebih berat dan lebih besar disamping itu ada pengaruh beban dengan sumber (dikenal sebagai pembebanan pantulan /reflected loading). Sedangkan pada optokopler pada sisi beban sangat terisolasi dengan sumber. Karena keunggulankeunggulan tsb dipergunakan pada: 1. Penerima data bersifat optis, terutama jika transducer jauh dari rangkaian sehingga ada beda potensial antar kedua terminal ground. 2. Aplikasi medis, seperti pada ECG 3. Relay terisolasi secara optis Sensor optokopler tidak dapat berdiri sendiri maka dibutuhkan suatu rangkaian agar sensor tersebut dapat terbaca secara low (0) atau high (1) oleh sistem pada komputer atau mikrokontroler. Gambar 6. Contoh rangkaian dengan optokopler Gambar 7. Rangkaian Sensor Kecepatan Macam-macam Sensor ? Sensor Kedekatan (Proximity), yaitu sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak fisik. Sensor jenis ini biasanya tediri dari alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindunginya dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor ini dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Prinsip kerjanya adalah dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu lingkungan medan frekuensi tinggi. Sensor Magnet - juga disebut relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap. Sensor Efek-Hall - dirancang untuk merasakan adanya objek magnetis dengan perubahan posisinya. Perubahan medan magnet yang terus menerus menyebabkan timbulnya pulsa yang kemudian dapat ditentukan frekuensinya, sensor jenis ini biasa digunakan sebagai pengukur kecepatan. Sensor Ultrasonik - bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil. Sensor Tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya. Sensor Kecepatan/RPM - proses penginderaan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi. Sensor Suhu- ada 4 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan; thermocouple (T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor. Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan/dilebur bersama, perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature Detector (RTD) didasari pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan o perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil. IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear. Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu.
