APLIKASI MIKROKONTROLER PIC 16F84PADA OTOMA TISASI SISTEM V AKUM TABUNG PEMANDU NEUTRON EddySantoso,Irfan H, Nadi S, danRifai M Puslitbang Iptek Bahan -BAT AN, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang
ABSTRAK APLIKASI MIKROKONTROLERPIC16F84PADA OTOMATISASISISTEMVAKUM TABUNG PEMANDU NEUTRON.Telah dibuat pengontrolotomatissistem vakum Tabung PemanduNeutron(NGT 1 dan NGT 2), denganPIC16F84sebagaipengontroluntuk mempertahankan kevakumanpada tekanan antara 9x10"1mbar sampai 5x10"3mbar. Pada masing-masingTPN dipasang2 buah sensor (pirani gauge),dan keluaran penguatsensomyadimasukkanke komparatortegangandan dibacaoleh mikrokontroler.Bila tekanan udara dalam salah satu NGT > 9x10"1mbar, mikrokontrolerakan menghidupkan:pompa vakum, pompa turbo dan kran-kran selenoida sesuai dengan urutan yang telah diprogrampada PIC16F84,sehinggakondisi kevakumanTPN dapatdipertahankan.Otomatisasisistem vakumini telah digunakandenganbaikdi P3IB-BATAN, untuk menggantikankontrolerlama buatan CILAS-ALCA TEL yang sudah rusak. Pada makalah ini diuraikandiagram blok, prinsip ke~adan pengujiankontrolerotomatisasisistemvakumNGT.
ABSTRACT APPLICATIONOF PIC16F84MICRO CONTROLLERON NEUTRONGUIDE TUBE (NGT)VACUUM SYSTEM.Neutronguide tube vacuumcontrollersystem has been constructedusing the PIC16F84microcontrollerto maintainthe NGT pressurebetween9.10-1mbar -5.10-3 mbar. Two pirani gaugeswere installedas sensorsand each outputis connectedto the voltagecomparators,then micro controllerreadsthe output of comparator. If the pressureon NGT > 9.10-1mbar, controllerwill start the vacuum system accordingto the programmewhich is installed on PIC16F84. Throughoutthis paper, block diagram,workingprincipleand controllertesting are discussed.This vacuumsystemcontrollerhas been used in P3IB-BATAN to replacethe originalcontrollerdue to aging and systemfailure.
PENDAHULUAN Tabung Pemandu Neutron ( TPN ) adalah tabung yang digunakan untuk memandu berkas neutron daTi suatu tempat ke tempat lain dengan resiko kehilangan cukup kecil, untuk itu harus dioperasikan dalam kondisi vakum. Kondisi vakum ini merupakan syarat utama daTi TPN yang berfungsi untuk melindungi kerusakan pacta lapisan dalam (Ni 58) daTi oksidasi daD juga untuk meminimalkan resiko kehilangan berkas neutron yang disalurkan [I]. Dari tabung berkas S-5 Reaktor Serba Guna (RSG) G.A.Siwabessy, berkas neutron disalurkan ke peralatan yang acta di Pusat Penelitian dan Pengembangan Iptek Bahan (P3IB) melalui dua buah TPN yaitu TPN 1 untuk alat SN2 (SANS) dan TPN 2 untuk alat-alat : DN2 (FCDffD), SN3 (HRSANS) dan DN3 (HRPD). Sistem vakum terdiri alas: Pompa mekanik, penyaring, pompa turbo, beberapa sensor tekanan daD kran selenoida yang dikontrol secara otomatis, sehingga kondisi kevakuman (tekanan) masing-masiny TPN dapat dipertahankan antara 9x1O-1 sampai 5x1O. mbar [2]. Karena kontroler pengendali
~,
sistem vakum ini rusak dan mahal untuk memperbaikinya, maka dibuatlah pengontrol otomatis dengan menggunakan mikrokontroler PICI6F84. Alasan dipilihnya PIC 16F84 karena mikrokontroler ini cukup sederhana (hanya mempunyai 18 kaki dan 35 macam instruksi) dan mempunyai kemampuan yang cukup baik [3] yaitu: kecepatan sampai 10 MHz, ada 4 macam interupsi, mempunyai 13 kaki VO yang mudah diprogram, dilengkapi 8 bit pencacah/pewaktu (TMRO) dan 8 bit prescaler, 1 KROM, 68 byte RAM, 64 EEPROM dll. Sistem kontrol otomatis ini diharapkan akan lebih sederhana dan jauh lebih murah dari kontroler aslinya serta dapat menggantikan kontroler lama yang
rusak. SYARAT PENGOPERASIAN SISTEM VAKUM Untuk mengoperasikan sistem vakum acta dua persyaratan penting yang harus dipenuhi yaitu: catu
6 J;. 2001
65
A~
H~
PIC16Fg4 ~ ~
udara dan air bertekanan. Udara yang bertekanan antara 3 -5 bar digunakan untuk membuka daD menutup selenoid valve yang dikendalikan oleh rangkaian pengontrol relay. Air bertekanan 2 -4 bar digunakan untuk mendinginkan pompa turbo. Apabila kedua persyaratan ini tidak dipenuhi maka sistem tidak dapat dioperasikan. Untuk memonitor tekanan air pendingin daD tekanan udara, pada panel pengontrol dipasang LED indikator. Dalam kondisi normal LED mati dan hila salah satu dari LED tersebut hidup berarti ada persyaratan yang tidak dipenuhi, maka sistem tidak dapat dioperasikan [4].
KOMPONEN SISTEM VAKUM SistemvakumTPN terdiri atas:Pompamekanik (rotary pump), Penyaring (filter), Pompaturbo, 3 buah sensor tekanan vakum (vacuum gauge) dan 6 buah selenoidvalve. Komponen vakum tersebut dirangkaikan seperti pada Gambar I. Melalui rangkaian; penguatsensor, saklar daD relay dikendalikan oleh mikrokontroler PICI6F84 sistem vakum akan bekerja sesuai dengan urutannya. Pada panel pengontroldipasangLED indikator untuk: semuakran, pompa mekanik dan pompa turbo dengan WarDamerah dan hijau. Merah menyatakankran dalam kondisi tertutup dan hijau dalam kondisi terbuka. Demikianjuga untuk pompa. hijau menyatakankondisi hidupdaDmerahkondisimati.
V'""-' T~ ~~,m P~ Nu-t
~
indikator bocor hidup dan sistem berhenti. Sebaliknya bila dicapai kurang dari 5 menit maka; PVI ditutup dan PV2 dibuka untuk memvakumkan TPN 2 sampai mencapai tekanan ~ 9x1O-1mbar. Apabila tekanan ini tidak dicapai dalam 3 menit maka PV dan PV2 ditutup, LED indikator bocor hidup dan sistem berhenti. Sebaliknya bila kurang dari 3 menit tekanan tersebut dicapai maka PV1 dibuka untuk memvakumkan kedua TPN bersama-sama, dan pompa turbo hidup. Setelah tekanan pada kedua tabung mencapai 5x10-3robar, maka PV,PV1,PV2 ditutup, pompa turbo mati, kran VV dibuka 10 detik (venting ruangan pompa turbo) dan pompa mekanik mati. Selanjutnya sistem pengontrol akan memonitor tekanan pada kedua TPN. Bila tekanan >9xlO-l mbar maka sistem akan menjalankan pompa sesuai dengan urutannya. Dengan demikian tekanan pada kedua TPN dapat dipertahankan antara 9x10-l sampai 5xlO-3mbar.
I[~;~
~
<
~?>~~~~~ TT150.9mbar Va
I
5
, I I
0-
Va
PV,PVI lump Pompa mekanik mati
-sg -3-~~
G)
v.
stop
Gambar 1. Instalasi Sistem Vakum TPN
+
PRINSIP KERJA SISTEM VAKUM Pada kondisi awal semua kran tertutup dan lampu indikator tekanan air pendingin daD udara bertekanan harus mati. Sistem vakum dapat dioperasikan dengan menekan tombol start daD sistem akan bekerja sesuai dengan diagram alir kerja sistem vakum seperti pada Gambar 2. Urutan kerja sistem vakum adalah sebagai berikut. Setelah pompa mekanik hidup, kran PV dan PVI dibuka untuk memvakumkan TPN 1 sampai tekanannya mencapai $ 9x1O-1 mbar. Apabila tekanan ini tidak dicapai dalam 5 menit maka PV daD PV 1 ditutup, LED
66
~,
PV,PVI,PV2tutup. Pompa tlU-bomati VV terbuka 10 detik Pompa mekanik mati
~---~=~=~;:~:: r--::::;:;_~~~.:~:~~-~~-_:> v.
Gambar
6'J~ 2001
2. Diagram
alir kerja sistem vakum
A~
H~
PIC16Fg4 t"k ~
~
V~ T~ P~
N~
w" ~J PERANGKAT VAKUM
dibuat
LUNAK
m
OTOMATIS SISTEM
Setelah dipelajari urutan kerja sistem vakum, perangkat lunak (program) nya dengan
nenggunakanbahasa assembler dan mengacu pada diagram alir Gambar 2. Isi program pada intinya adalah menghidupkan ataU mematikan keluaran PICI6F84 berdasarkan perhitungan yang diprogramkan ataupun berdasarkan satu ataU lebih masukannya. Pada PICI6F84 ada 13 kaki I/O yang dapat diprogram sebagaimasukkan maupun keluaran. Dalam hal ini masing-masing keluaran sensor dibaca oleh kaki masukan, daD untuk menghidupmatikan pompa daD membuka-tutup kran dilakukan dengan mengatur nilai (0 atau I) pada masing-masing kaki keluaran PIC 16F84. Pembuatan program dilakukan di komputer pribadi (PC), lalu dilakukan simulasi pada PC sampai tidak ada kesalahan. Kemudian program tersebut dimasukkan ke PIC 16F84 melalui programer
PERANGKAT KERAS OTOMATISASI VAKUM
SISTEM
Diagram biok PIC 16F84 dapat dilihat pada Gambar 3 daD rangkaian Iengkap otomatisasi sistem vakum pada Gambar 4 dan 5. Kaki RaO-Ra2 PIC16F84 (diprogram sebagai masukkan) untuk membaca tekanan TPNI daD TPN2 meIaIui pembanding Cl -C4. Kaki RbI-Rb6 (sebagai keluaran) untuk menghidupkan atau mematikan: pompa mekanik, pompa turbo, kran PV, PV I , PV2 daD VV sesuai dengan urutan yang diprogramkan pada PIC16F84. Kaki Ra3 daD RbO (sebagai masukan) masing-masing untuk start daD stop. VrefI-Vref4 adalah masukan pembalik daTi pembanding C I-C8 di set sesuai dengan tingkat kevakuman yang diinginkan.
Gambar
3. Diagram
~,
HASIL VAKUM
PENGUJIAN
OTOMATIS
SISTEM
Sebelum dipasang pacta sistem vakum, modul otomatisasi diuji secara simulasi dengan menggunakan LED sebagai indikasi hidup atau mati pompa dan buka atau tutup kran. Masukan daTi masing-masing sensor tekanan (G I daD G2) dihubungkan dengan teganganyang dapat diatur. Besarnya Vrefl-Vref4 di set seperti pacta tabell [5].
PengujianNormal Memvakumkan KeduaTPN Tegangan Gl daD G2 di set 1,5V daD otomatisasi dihidupkan, tombol start ditekan maka: pompa mekanik hidup, kran PV daD PVl terbuka (memvakumkan TPNl). Tegangan Gl dinaikkan menjadi 1,7V maka LED vakum rendah Tl hidup, kemudian Gl dinaikkan lagi menjadi 2, 15V maka: LED vakum sedang Tl hidup, PVl tertutup daD PV2 terbuka (memvakumkan TPN2). Tegangan G2 dinaikkan menjadi 1,7V maka LED vakum rendah T2 hidup. G2 dinaikkan lagi menjadi 2,15V maka: LED vakum sedang T2 hidup, PV I terbuka (memvakumkan kedua TPN) daD pompa turbo hidup sampai kevakuman maksimum tercapai. Tegangan G I daD G2 dinaikkan menjadi 5V maka LED vakum tinggi Tl daD T2 hidup, lalu tegangan G I daD G2 dinaikkan lagi menjadi 7,2V maka: semua kran tertutup, pompa turbo mati, VV buka 10 detik daD pompa mekanik mati. Untuk simulasi berkurangnya kevakumam dilakukan dengan menurunkan tegangan G I daD G2 menjadi 4,8V maka LED vakum tinggi Tl daD T2 mati. Tegangan G I daD G2 diturunkan lagi menjadi 2V maka: pompa mekanik hidup, kran PV daD PV I terbuka daD seterusnya mengulang langkah-langkah seperti keterangan diatas. Pengujian Kebocoran pacta TPNI
Blok Mikrokontroler
6J~ 2001
PIC16F84
67
A~
H~
PIC16Fg4 ~ ~~!,:~~. ~
V~ T~ P~ N~ ~ 5.u.f6H, ,{JJ
Gambar 4. Rangkaian Otomatis Sistem Vakum Tabung Pemandu Neutron
Gambar 5. Rangkaian Catu Daya Otomatis Sistem Vakum
Tegangan G 1 di-set 1,SV dan otomatisasi dihidupkan, setelah tombol start ditekan maka: pompa mekanik hidup, kran PV dan PV 1 terbuka (memvakumkan TPNl). Tegangan GI tidak diubah-ubah dan setelah S menit maka: LED failure hidup, PV dan PV I tertutup dan pompa mekanik mati.
68
~I
Pengujian Kebocoran pada TPN 2 Tegangan Gl di-set 1,5V dan otomatisasi dihidupkan. setelah tombol start ditekan maka: pompa mekanik hidup, kran PV daD PVl terbuka. Tegangan Gl dinaikkan menjadi 1,7V maka LED vakum rendah Tl hidup. Kemudian tegangan G 1 dinaikkan lagi menjadi 2,t5V maka: LED vakum sedang Tl hidup, PVl tertutup
~ J~ 2001
A~
H~
PIC16Fgllf".l...~
~
v~
T~
P~
N~
~~,m daD PV2 terbuka (memvakumkan TPN2). Tegangan G2 tidak diubah-ubah daD setelah 3 menit maka: LED failure hidup, kran PV daD PVI tertutup, pompa mekanik mati. Dari ke 3 pengujian diatas dapat dilihat bahwa urutan hidup-mati pompa mekanik daD pompa turbo, buka-tutup kran PV, PVl, PV2 daD VV telah sesuai dengan harapan daD program yang dimasukkan ke PIC16F84. Untuk selanjutnya modul otomatisasi sudah dapat dipasang pada sistem vakum.
maka: semua kran tertutup, pompa turbo mati, kran VV buka 10 detik dan pompa mekanik mati. Dengan berjalannya waktu kevakuman kedua TPN berkurang dan pacta saat salah satu TPN kevakumannya > 9x1O-1mbar (Iebih kurang 7-8 jam) maka otomatis sistem vakum akan hidup lagi sampai kevakuman kedua TPN mencapai < 5x 10-3mbar dan seterusnya.
KESIMPULAN Dapat disimpulkan bahwa: I. Aplikasi mikrokontroler PICI6F84 pacta otomatisasi sistem vakum TPN ini cocok sekali karena dapat menggantikan pengontrollama yang rusak dan sistem menjadi sederhana. 2. Sistem otomatisasi dengan PICI6F84 ini sangat murah bila dibandingkan dengan sistem yang lama. 3. Otomatisasi sistem vakum ini sudah diterapkan di Balai Spektrometri, P3IB- BAT AN sejak pertengahan tahun 2000 dan hasilnya memuaskan.
Tabel1. Tegangan keluaran penguat sensor pada
berbagaitekanan Tekanan
Tabung mbar
1 Atm
5,0 9.10"
UCAPAN TERIMA KASIH
9.10.1 5.10')
PengujianOtomatisasiSistemVakumTPN Setelah pengujian dengan cara sirnulasi selesai, modul otomatisasi dipasang pada sistem vakum. Masukan G I daD G2 dihubungkan dengan keluaran penguat sensor vakum daD masing-masing kontak relay digunakan untuk menghidupkan atau mematikan pompa, membuka atau menutup kran: PV, PVI, PV2, daD VV. Kemudian sistem dihubungkan dengan sumber tegangan daD tombol start ditekan maka: pompa mekanik hidup, kran PV daD PV I terbuka. Kira-kira 3 menit berikutnya LED indikator vakum rendah TI hidup. Setelah kevakuman TI mencapai :t 9xIO-1 mbar maka: indikator vakum sedang hidup, PV I tertutup daD PV2 terbuka. Kurang lebih 2 menit kemudian, indikator vakum rendah T2 hidup. Setelah kevakuman T2 mencapai :t 9xIO-1 mbar maka: PV I terbuka daD pompa turbo hidup untuk memvakurnkan kedua TPN. Pacta kevakuman :t 9x I 0-2 mbar indikator vakum tinggi kedua TPN hidup. Setelah kevakuman pada kedua tabung mencapai < 5xIO-3 mbar
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besamya kepada Yth. Bapak Kepala Balai Spektrometri, P3IB atas dukungannya menyelesaikan makalah ini. Terima kasih juga kami sampaikan kepada Star Balai Spektrometri, P3IB atas bantuannya dalam penulisan makalah ini.
DAFT AR PUSTAKA [I]. Buku Panduan Pusat Penelitian Sains Materi BADAN TENAGA ATOM NASIONAL, 1992 [2]. CILAS, Vacuum System, DT 90.432-RJ/MD X333034,1990. [3]. MICROCHIP TECHNOLOGY INC, Microchip PICI6F84 TechnicalReference.1994 [4]. EDDY SANTOSO,WAHYU HAGONO, Y A TNO, Unjuk Kerja sistem Vakum Tabung Pemandu Neutron. Prosiding Seminar Nasional Hamburan Neutrondan SinarXke 2, Serpong, Juni1999. [5]. EDDY SANTOSO, NADl.S, IRFAN.H, Rancang Bangun Alarm Tabung Pemandu Neutron, akan terbit
TANYA-JAWAB Penanya: Kusen (LUK -BPPT) Apakah program di Mikrokontroler tidak terganggu oleh hidup-matinya relay ? Jawaban Apabila kontak relay digunakan untuk menghidupkan pompa vakum, maka akan mengganggumikrokontroler. Untuk mengatasinya dapat menggunakan opto-coupler atau TRIAC. Sehingga tidak ada bunga api clan mikrokontroler tidak akan terganggu.
~,
6J~ 2001
69
A~
H~
PIC16FfJ4 ~ ~
~
1I,Ju-. T~ P~ N~ E"-'?~, m
Penanya: Fransisca (P3TIR -BATAN) Apa tujuan otomatisasi vakum tabung pemandu neutron daDcara kerjanya. Jawaban Untuk menjaga kevakuman pada tabung antara 9 x 10-1 -5 X 10-3mbar. Prinsip kerjanya, membaca kevakuman pada kedua tabung, bila kurang maka sistem vakum hidup sampai kevakuman 5 x 10-3mbar sistem mati clan semuakran tertutup. Apabila salah satutabung kevakumannya kurang maka sistem hidup lagi.
70
~,
6J~ 2001 Ke Daftar Isi
