-
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
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
