Rancang Bangun Interface Modul Komunikasi Wireless pada Haliza (Machinery Analyzer) dan Sensor Kecepatan Motor pada Mesin

Rancang Bangun Interface Modul Komunikasi Wireless pada Haliza (Machinery Analyzer) dan Sensor Kecepatan Motor pada Mesin Agung Pujo Winarko1, Arman Djohan Diponegoro2 1. 2.

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia Email: [email protected] , [email protected] 2

Abtrak Dalam dunia industri, untuk mengetahui performa mesin motor dapat dilakukan diagnosa menggunakan machinery analyzer. Machinery analyzer yang dibahas pada penelitian ini yaitu Haliza. Terdapat permasalahan dalam melakukan diagnosa mesin motor menggunakan Haliza yaitu penggunaan kabel komunikasi antara sensor kecepatan dan Haliza, yang mengurangi fleksibilitas saat proses diagnosa dilakukan dan waktu pemasangan yang cukup lama. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan rancang bangun interface untuk modul komunikasi wireless yang akan dipasang pada sensor kecepatan dan Haliza. Rancang bangun interface di kembangkan dengan menggunakan mikrokontroler ATmega16A, sebagai kontroler pada modul wireless RF CC2500. Telah dilakukan pengujian hardware dan software dari modul komunikasi wireless. Dari hasil uji komunikasi diperoleh jangkauan jarak maksimum tanpa BER (Bit Error Rate) sejauh 16 meter pada kecepatan putaran motor 1800 rpm dengan nilai RSSI -79 dBm. Kecepatan putaran motor maksimum yang dapat terukur yaitu 2100 rpm, dengan tingkat kesalahan 0.14% dibandingkan dengan hasil pengukuran tachometer. Untuk uji kehandalan komunikasi wireless, didapatkan tingkat kesalahan rata – rata sebesar 0.09% pada pengujian jarak 10 meter dengan kecepatan 2100 rpm selama 5 jam pengujian.

Interface Design of Wireless Communication Module on Haliza (Machinery Analyzer) and Motor Speed Sensor on The Machine Abstract In the industrial, to know the performance of the machine can be diagnosed using machinery analyzer. Machinery analyzer are discussed in this research that Haliza. There are problems in diagnosing the machine using Haliza namely the use of the communication cable between the speed sensor and Haliza, which reduces the flexibility when the diagnosis is made and the installation of a long time. Therefore, in this report will be conducted design interface for a wireless communication module that will be installed on the speed sensor and Haliza. The design of the interface is developed by using microcontroller ATmega16A, as a controller in the wireless module RF CC2500. The hardware and software of the wireless communication module have been tested. Communication test results obtained maximum distances without the BER (Bit Error Rate) as far as 16 meters at a motor rotating speed of 1800 rpm with RSSI value of -79 dBm. The maximum rotation speed of the motor which can be measured at 2100 rpm, with an error rate of 0.14% compared with the measurement results tachometer. The reliability test of wireless communication, obtained average error rate of 0.09% at the testing distance of 10 meters at a speed of 2100 rpm for 5 hours of testing. keywords : Metering system ; PID ; repeatability ; root locus.

Rancang bangun..., Agung Pujo Winarko, FT UI, 2014

Pendahuluan Dalam dunia industri untuk mengetahui performansi kerja suatu mesin sangat penting khususnya pada mesin rotating dan reciprocating karena sangat berkaitan dengan produktifitas suatu mesin. Untuk mengetahui performansi suatu mesin dapat dilakukan dengan melakukan diagnosa pada mesin dengan menggunakan peralatan machinery analyzer. Dengan menggunakan machinery analyzer maka performansi suatu mesin dapat diketahui jika terjadi gangguan atau kerusakan

pada mesin tersebut dengan melihat parameter tekanan, vibrasi, temperatur dan

putaran pada mesin. Dari kesemua parameter ini dapat dilakukan analisis terhadap tekanan pembakaran dan prestasi pembakaran, horse power tiap silinder, sudut puncak pembakaran dan awal pembakaran, delay pembakaran, vibrasi silinder dan vibrasi mesin, kondisi mekanis waktu buka atau tutup katup sehingga dari menganalisa kesemua parameter ini dapat di ketahui dan di prediksi bagian – bagian mesin yang mengalami gangguan dan kerusakan. Haliza merupakan salah satu machinery analyzer, produk yang di kembangkan oleh PT. Daun Biru Engineering. Haliza ini dapat digunakan untuk menganalisa performa dan kondisi pada suatu mesin dengan menggunakan parameter berupa data tekanan, putaran, vibrasi dan kondisi operasi yang lain yang diperoleh dari sensor – sensor yang telah terpasang ke mesin. Dari kesemua parameter ini, dapat dilakukan analisis untuk mendiagnosa kondisi dan performansi suatu engine. Permasalahan yang timbul setiap akan melakukan diagnosa mesin pada Haliza adalah proses instalasi kabel koneksi antara sensor dengan Haliza yang memakan waktu selama proses instalasi tersebut dan masalah kabel ini, menjadikan Haliza kurang fleksibel digunakan dalam area yang sulit di jangkau saat melakukan diagnosa mesin. Dengan melihat permasalahan ini mendorong untuk dilakukan pengembangan pada Haliza (machinery analyzer) dengan mengimplementasikan modul komunikasi wireless, sebagai pengganti kabel untuk sarana komunikasi pada sensor kecepatan motor yang terhubung ke Haliza. Dalam pengembangan ini diharapkan produk Haliza menjadi lebih fleksibel, tanpa adanya kendala kabel komunikasi yang akan membatasi ruang gerak. Disamping itu implementasi modul wireless pada Haliza akan lebih menghemat waktu dalam mendiagnosa mesin, karena nantinya modul wireless ini akan di integrasikan pada sensor kecepatan yang terpasang pada mesin motor, sehingga tidak perlu lagi dilakukan instalasi setiap akan melakukan diagnosa pada mesin yang umum terjadi pada koneksi kabel. Untuk modul wireless yang akan digunakan dalam pengembangan Haliza ini adalah modul QFM-TRX1-24G yang merupakan salah satu modul


wireless transceiver dari QUASAR UK dengan mengadopsi chipset CC2500 buatan Texas Instrument. Modul ini bekerja pada area short range dengan banyak dukungan fitur antara lain komsumsi daya yang rendah, daya keluaran yang dapat diatur, memiliki sensitivitas yang tinggi dan tentunya dengan harga yang murah. Dengan mempertimbangkan fitur – fitur yang disediakan modul wireless ini dan dengan harga yang terjangkau maka akan menjadi salah satu pilihan untuk dilakukan pengembangan Haliza dengan modul wireless ini.

Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang dilakukan adalah dengan studi literatur yakni dengan membaca buku-buku, jurnal maupun artikel ilmiah lainnya yang membahas dan mempelajari tentang perancangan modul komunikasi wireless pada Haliza dan untuk merealisasikan rencana penelitian ini, maka disusun metodologi penelitian yang dijabarkan sabagai berikut: 1. Pengembangan Konsep Alat. Pada tahap ini adalah studi literatur, beberapa hal yang akan di pelajari antara lain, definisi dan konsep alat dan aspek teknis. 2. Penentuan Spesifikasi Alat. Pada tahap ini adalah studi literatur yang lebih spesifik, dilakukan penentuan spesiafikasi lebih spesifik mengenai sistem secara keseluruhan melingkupi spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak. 3. Perancangan Alat. Pada tahap ini akan dilakukan proses perancangan berdasarkan spesifikasi yang telah di tentukan, yang nantinya perancangan alat akan dikembangkan secara modular. 4. Implementasi Alat Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan alat, dimana nantinya akan dilakukan realisasi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. 5. Pengujian dan Analisis Pada tahap ini akan dilakukan pengujian yang terdiri dari dua tahap, yaitu : pengujian subsistem, untuk mengetahui performansi secara modular dan pengujian sistem terintegrasi keseluruhan, untuk mengetahui performansi dari keseluruhan akhir sistem.


Perancangan Alat Secara umum konfigurasi komunikasi wireless pada Haliza ini terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Untuk konfigurasi transmitter pada Haliza ini terdiri dari input, kontroler dan output. Dari sisi masukan (input) transmitter berupa sensor kecepatan (magnetic pick-up proximity), kontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMEGA16A, dan pada sisi keluaran (output) digunakan modul wireless CC2500 untuk mengirimkan data sensor berupa pulsa, sedangkan untuk konfigurasi receiver sama yaitu terdiri dari input, kontroler dan output namun untuk input dan output berbeda dengan konfigurasi transmitter sebelumnya, dimana pada sisi masukan (input) berupa modul wireless CC2500 untuk menerima data dari sisi transmitter, dan sisi keluaran (output) berupa pulsa yang dihasilkan oleh mikrokontroler yang akan di transmisikan ke Haliza. Gambar 1 dibawah adalah blok diagram sistem secara keseluruhan.

Motor Putaran

Sensor Magnetic Pick-Up Modulasi digital MSK

Mikrokontroler

Pulsa digital 1010

RX

Antarmuka SPI Terima karakter “1” (00110001)

Pengkondisi Sinyal Pulsa digital 1010

TX

Pulsa digital 1010 Mikrokontroler

Antarmuka SPI Kirim karakter “1” (00110001)

Pengkondisi Sinyal

Pulsa digital 1010 Haliza (Machinery Analyzer)

Gambar 1. Blok Diagram Sistem

Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras Pada perancangan sistem perangkat keras terdiri dari sensor kecepatan (magnetic pick-up), pengkondisi sinyal, perangkat modul mikrokontroler transmitter dan receiver, modul wireless CC2500 dan Haliza (machinery analyzer).


Perancangan dan Penggunaan Sensor Kecepatan (Magnetic Pick-Up) Pada sensor kecepatan yang digunakan adalah magnetic pick-up dengan dilengkapi pengkondisi sinyal yang terpisah. Magnetic pick-up yang digunakan memiliki jarak deteksi 4 mm. Magnetic pick-up menghasilkan pulsa pada saat terjadi perubahan medan magnet disekitar pick-up. Indikasi sensor telah mendeteksi adalah pada nyala lampu LED yang berkedip yang terletak pada sensor dan pada pengkondisi sinyal. Untuk pengkondisi sinyal ditenagai oleh Haliza analyzer. Fungsi dari magnetic pick-up itu sendiri untuk mengubah perubahan medan magnet menjadi sinyal listrik. Untuk dapat bekerja magnetic pick-up memerlukan sebuah benda yang dapat ditarik magnet (ferromagnetik) yang akan ditempel pada fly-wheel atau crank shaft, untuk benda tersebut umumnya yang digunakan adalah baut, paku payung atau semua benda yang memiliki unsur ferromagnetik. Benda – benda ini selanjutnya disebut dengan marker seperti terlihat pada Gambar 2. Marker kemudian digunakan sebagai referensi sudut yang akan dikirimkan ke Haliza.

Gambar 2. Pemasangan Sensor Magnetic Pick-Up pada Motor

Perancangan dan Penggunaan Mikrokontroler sebagai Kontroler Transmitter dan Receiver Dalam membuat rangkaian mikrokontroler diperlukan pemahaman mengenai sistem minimum dari mikrokontroler yang akan dirancang. Sistem rangkaian yang akan dirancang diusahakan menggunakan rangkaian yang seringkas mungkin dan dengan sistem penataan kabel yang baik.


Mikrokontroler ATMEGA16A memiliki osilator internal (on chip oscillator) dan juga eksternal yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagi CPU. Untuk mengunakan osilator eksternal diperlukan sebuah kristal antara pin XTAL1 dan XTAL2 serta kapasitor ke ground seperti pada Gambar 3. Untuk penggunaan kristal dapat digunakan mulai dari frekuensi 8 Mhz sampai 16 MHz. Pada perancangan ini akan digunakan kristal dengan frekuensi 11.059200 MHz di harapkan akan mengurangi %error pada BaudRate dalam penggunaan fitur USART untuk komunikasi serial. Untuk menggunakan osilator eksternal ini diperlukan kapasitor dengan nilai minimal adalah 12pF sampai 22 pF untuk bisa berosilasi. Untuk konfigurasi rangkaian osilator eksternal ini dapat dilihat pada Gambar 3. dibawah ini.

Gambar 3. Koneksi Osilator Kristal

Pada

desain

rangkaian

ini

berbasiskan

mikrokontroler

ATMEGA16A

dengan

menggunakan osilator eksternal sebesar 11.059200 MHz dan di tambahkan regulator 3.3V sebagai power supplay untuk modul wireless CC2500. Rangkaian I/O dari mikrokontroler mempunyai kontrol direksi yang tiap bit dapat dikonfigurasikan secara individual, maka dalam pengkonfigurasian I/O yang digunakan ada yang berupa operasi port ada pula yang dikonfigurasi tiap bit I/O untuk skematiknya dapat dilihat pada Gambar 4. Berikut adalah konfigurasi I/O mikrokontroler yang akan digunakan pada masing – masing port yang terdapat pada mikrokontroler. Port A, Pada Port A ini digunakan sebagai output pada mikrokontroler, dimana PORTA.5 – PORTA.7 digunakan sebagai indicator LED. Port B, Untuk Port B digunakan sebagai input dari pulsa pada sisi transmitter dan juga sebagai interfacing antara modul wireless transceiver CC2500 dengan menggunakan SPI, dimana untuk konfigurasinya adalah sebagai berikut :


a. PINB.0 di fungsikan sebagai input pada mikrokontroler, untuk menerima sinyal pulsa dari motor pada sisi transmitter. b. PORTB.4 difungsikan sebagai output pada mikrokontroler, untuk memberikan sinyal masukan ke pin CSn pada modul CC2500. c. PORTB.5 difungsikan sebagai output pada mikrokontroler, untuk memberikan sinyal masukan ke pin SI pada modul CC2500. d. PINB.6 di fungsikan sebagai input pada mikrokontroler, untuk menerima sinyal keluaran dari pin SO pada modul CC2500. e. PORTB.7 difungsikan sebagai output pada mikrokontroler, untuk memberikan sinyal masukan ke pin SCLK pada modul CC2500. Port C, Untuk Port C pada rangkaian receiver difungsikan sebagai output pada mikrokontroler di PORTC.0 untuk masukan pulsa ke Haliza pada sisi receiver. Port D, Untuk Port D ini akan di konfigurasikan sebagai komunikasi serial ke PC dan input pada masukan modul CC2500, untuk lebih rincinya sebagai berikut : a. PORTD.0 (RXD) dan PORTD.1 (TXD) untuk debugging serial ke PC. b. PIND.2 di fungsikan sebagai input pada mikrokontroler dengan mengaktifkan fitur interrupt INT0, sebagai masukan dari pin serbaguna GDO0 pada modul CC2500.

Gambar 4. Skematik Rangkaian Transmitter dan Receiver

.


Perancangan dan Penggunaan Modul Wireless Modul wireless yang di gunakan pada perancangan alat ini adalah modul Tranceiver RF QFM-TRX1-24G dari Quasar UK dengan mengadopsi chip CC2500 dari Texas Instrument. Untuk dapat menggunakan modul ini diperlukan kontroler komunikasi secara SPI (Serial Pheripheral Interface) antara modul mikrokontroler dengan modul transceiver seperti terlihat pada Gambar 5 di bawah. Dalam komunikasi SPI digunakan 6 macam pin data yang terdiri dari CS (chip select), SCK (clock serial), SI (masukan data), SO (keluaran data) dan GDO0 (pin serbaguna). Melalui koneksi ini, mikrokontroler dapat mengisi nilai register pada chip CC2500 sehingga memenuhi spesifikasi yang diinginkan seperti : frekuensi kerja, daya keluaran, sensivitas penerimaan, modulasi, laju data dan dapat melakukan proses kirim dan terima data dengan FIFO buffer. MISO

SO

MOSI

SI

SCK

SCLK

CS

CSn

PIND.2 (INT0) ATMEGA16A

GDO0 CC2500

Gambar 5. Konfigurasi I/O Modul Tranceiver dengan Mikrokontroler

Pada prakteknya, modul ini tidak bisa langsung di hubungkan dengan port yang ada di mikrokontroler, karena adanya perbedaan level tegangan kerja antara mikrokontroler ATMEGA16A dan transceiver CC2500. Dimana ATMEGA16A bekerja pada level tegangan 4.5 – 5.5 Volt sedangkan CC2500 bekerja pada level tegangan 1.8 – 3.6 Volt dan apabila kedua perangkat ini langsung dihubungkan akan merusak chipset CC2500 pada modul wireless tersebut. Sehingga diperlukan rangkaian pengkondisi level tegangan seperti Gambar 6 dibawah.


. Gambar 6. Skematik Rangkaian Pengkodisi Level Tegangan 5V ke 3V

Perancangan Perangkat Lunak Dalam perancangan dan pengembangan perangkat lunak sistem ini akan dikembangkan pada mikrokontroler dengan menggunakan software CodeVision. Dalam pengembangan perangkat lunak ini terdiri dari dua modul yang akan di kembangkan yaitu modul receiver dan modul transmitter yang masing – masing memiliki fungsi yang berbeda. Untuk diagram alir dari masing – masing modul dapat dilihat pada Gambar 7 dibawah. Untuk menjelaskan tentang alur sistem yang akan dirancang maka, akan buat sebuah algoritma tentang proses pada transmitter dan receiver. Berikut adalah proses algoritma perangkat lunak dari transmitter : 1. Melakukan pengaturan konfigurasi register pada chip CC2500. 2. Menyalakan Indikator LED sebagai tanda perangkat sudah siap dan tidak ada kegagalan dalam melakukan konfigurasi register pada chip CC2500. 3. Mengaktifkan mode TX pada modul wireless. 4. Melakukan pemeriksaan pulsa yang masuk dari sensor magnetic pick-up. 5. Mengirim karakter „1‟ ke receiver, jika terdeteksi pulsa masuk.

Sedangkan untuk algoritma pengembangan perangkat l unak receiver akan sedikit berbeda pada beberapa poin dengan transmitter yaitu : 1. Melakukan hal yang sama pada langkah 1 dan 2 pada algoritma transmitter di atas. 2. Mengaktifkan mode RX pada modul wireless.


3. Memerikasa ada paket data diterima dari sisi transmitter. Jika terdapat paket data diterima, kemudian kirim pulsa high (1) ke Haliza dan jika tidak terdapat paket data diterima kirim pulsa low (0) ke Haliza.

TIDAK

Mulai

Mulai

Setting konfigurasi register CC2500

Setting konfigurasi register CC2500

Cek Kesiapan perangkat

TIDAK

Cek Kesiapan perangkat

YA

YA Nyalakan indikator LED

Nyalakan indikator LED

Aktifkan Mode TX

Aktifkan Mode RX

Ada Pulsa Sensor Diterima

Terima Paket Data

TIDAK

TIDAK

YA

YA Kirim karakter ‘1’

Kirim Pulsa High (1) ke Haliza

Selesai

Selesai

(a)

(b)

Kirim Pulsa Low (0) ke Haliza

Gambar 7. Diagram Alir Sistem (a) Transmitter (b) Receiver

Perancangan Spesifikasi Alat dengan Transceiver RF Spesifikasi alat yang akan dibuat, akan disesuaikan dengan spesifikasi pada kecepatan motor pada mesin rotating dengan kecepatan putaran 1800 rpm. Dari kecepatan putaran ini, nanti akan didapatkan spesifikasi parameter RF yang akan di rancang, antara lain data rate minimum untuk penentuan maksimun pengiriman pada wireless. Untuk itu perlu ditentukan spesifikasi data rate minimum pada sistem agar bisa mengirimkan data pulsa, berupa putaran motor dengan kecepatan 1800 rpm. Berikut perhitungan data rate minimum : a. Kecepatan mesin rotating adalah 1800 rpm. Jika dikonversi ke rps didapatkan 30 rps. b. Diasumsikan untuk setiap 1 pulse mewaliki 1 degree, maka pada satu putaran terdapat 360 degree atau 360 pulse. Sehingga 1 rps = 360 degree/second. Jadi untuk 30 rps = 10800 degree/second.


c. Diasumsikan kembali untuk setiap 1 degree/second diwaliki 1 Bps, sehingga diperoleh data rate untuk putaran motor tersebut adalah 10.8 kBps atau 86.4 kbps. Jadi untuk dapat mentransmisikan pulsa sebanyak 10800 per second diperlukan minimal data rate 86.4 kbps jika di konversi ke Baud didapatkan 84.3 kBaud. Dengan menggunakan referensi dari perhitungan diatas maka akan di rancang spesifikasi parameter RF dengan data rate diatas 84.3 kBaud, sehingga dipilih pengaturan konfigurasi default untuk data rate 500 kBaud dengan spesifikasi antara lain : a. Frekuensi sinyal pembawa : 2432.999908 Mhz. b. Frekuensi kristal : 26.000000 Mhz. c. Format modulasi : MSK. d. Nomer kanal : 0. e. Data rate : 499.878 kBaud. f. Waktu fase transisi : 0. g. Jarak antar kanal : 199.951172 kHz. h. Bandwidth tapis penerima : 812.500000 kHz. i. Daya keluaran : 0 dbm.

Uji Perangkat Lunak Pengujian perangkat lunak ini dilakukan dengan menguji algoritma yang telah di kembangkan untuk akses baca dan tulis pada alamat register CC2500 dengan menampilkan hasil keluaran pada hyperterminal. Pengujian ini bertujuan untuk memastikan algoritma yang telah dikembangkan sudah berjalan dengan baik, sehingga mampu untuk melakukan konfigurasi setting pada chipset CC2500. Untuk parameter yang akan di uji meliputi : read/write register secara single, read/write register secara burst, write command strobe, read status register. Pengujian pertama akan dilakukan uji akses baca dan tulis untuk tiga macam akses register, antara lain : read status register, write command strobe dan read/write register dengan mode single hasilnya terlihat seperti Gambar 8(a) dan pada pengujian kedua, dilakukan uji read/write register dengan mode burst (berturut - turut) dengan menuliskan nilai pada kedelapan alamat register dengan hasil seperti gambar 8(b). Kedua hasil pengujian akan diamati dengan membandingkan nilai yang dibaca dan nilai yang dituliskan pada suatu alamat register. Jika hasil


nilai yang dibandingkan sama, maka algoritma yang telah dikembangkan sudah berjalan dengan baik untuk akses baca dan tulis pada chip CC2500.

Gambar 8. Tampilan Terminal pada CodeVision AVR untuk Hasil Uji (a) Read/Write Register secara single, Write Command Strobe dan Read Status Register (b) Read/Write Register secara Burst

Uji Komunikasi antar Modul Wireless Pengujian ini dilakukan dengan mengintegrasikan modul wireless transmitter dengan sensor kecepatan pada motor dan receiver dengan PC, parameter yang akan diuji meliputi BER (Bit Error Rate) yang diperoleh dengan mengetahui jumlah bit yang dikirim dan jumlah bit yang salah berdasarkan variasi data rate dan kecepatan motor pada jarak 5 meter. Pengujian ini di lakukukan di dalam ruang workshop (indoor) dengan diketahui kondisi lingkungan pada saat pengujian terdapat mesin motor yang bekerja, terdapatnya jaringan wifi pada area pengujian dan terdapatnya benda – benda penghalang disekitar modul wireless. Pengujian ini bertujuan untuk menentukan data rate yang aman pada komunikasi antara modul tranceiver tanpa adanya BER. Utuk hasil pengujian ini dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data Hasil Pengujian BER berdasarkan Data Rate dan Kecepatan Data Rate (kBaud)

Kecepatan Motor

Jumlah bit dikirim

Jumlah bit salah

BER

38.4

10Hz/600 rpm

1024

0

0

15Hz/900 rpm

1024

8

0.0078125

20Hz/1200 rpm

1024

8

0.0078125

25Hz/1500 rpm

1024

40

0.0390625

30Hz/1800 rpm

1024

32

0.03125

35Hz/2100 rpm

1024

48

0.046875

40Hz/2400 rpm

1024

160

0.15625

10Hz/600 rpm

1024

0

0

15Hz/900 rpm

1024

0

0

76.8


153.6

250

500

20Hz/1200 rpm

1024

0

0

25Hz/1500 rpm

1024

0

0

30Hz/1800 rpm

1024

0

0

35Hz/2100 rpm

1024

8

0.0078125

40Hz/2400 rpm

1024

8

0.0078125

10Hz/600 rpm

1024

0

0

15Hz/900 rpm

1024

0

0

20Hz/1200 rpm

1024

0

0

25Hz/1500 rpm

1024

0

0

30Hz/1800 rpm

1024

0

0

35Hz/2100 rpm

1024

0

0

40Hz/2400 rpm

1024

0

0

10Hz/600 rpm

1024

0

0

15Hz/900 rpm

1024

0

0

20Hz/1200 rpm

1024

0

0

25Hz/1500 rpm

1024

0

0

30Hz/1800 rpm

1024

0

0

35Hz/2100 rpm

1024

0

0

40Hz/2400 rpm

1024

0

0

10Hz/600 rpm

1024

0

0

15Hz/900 rpm

1024

0

0

20Hz/1200 rpm

1024

0

0

25Hz/1500 rpm

1024

0

0

30Hz/1800 rpm

1024

0

0

35Hz/2100 rpm

1024

0

0

40Hz/2400 rpm

1024

0

0

Pada hasil pengujian pada Tabel 1. diketahui terdapatnya bit yang salah atau hilang karena berbagai faktor diantaranya noise dan interferensi pada lingkungan pengujian, di samping itu terdapat keterbatasan data rate dalam melakukan proses transfer data berdasarkan banyaknya bit yang dikirimkan pada kecepatan yang semakin tinggi. Dari parameter bit yang salah ataupun hilang pada sisi receiver akan dilakukan perhitungan BER (Bit Error Rate) dengan menghitung rasio perbandingan antara jumlah bit salah dengan total jumlah bit yang dikirim. Berikut contoh perhitungan BER pada data rate 38.4 kBaud dengan kecepatan motor 2400 rpm pada jarak 5 meter diperoleh : -

Jumlah bit dikirim : 1024

-

Jumlah bit salah : 160

Perhitungan BER :


Dari hasil pengujian pada Tabel 1. diperoleh nilai BER terbesar 0.15625 pada data rate 38.4 kBaud dengan kecepatan motor 40Hz/2400 rpm. Pada kecepatan motor tersebut didapatkan 160 bit atau 20 karakter yang hilang seperti terlihat pada Gambar 9 dan untuk data rate 76.8 kBaud diperoleh BER terbesar 0.0078125 pada kecepatan 35Hz/2100 rpm, sehingga kedua data rate ini tidak aman untuk digunakan. Dengan melihat hasil pengujian ini, maka akan digunakan data rate yang lebih tinggi yaitu 500 kBaud untuk menghindari bit yang salah maupun hilang.

Gambar 9. Tampilan Terminal Untuk bit yang Hilang pada Pengujian

Dengan data rate yang telah dipilih dilakukan pengujian jarak jangkauan pada putaran motor yang di inginkan sebesar 1800 rpm. Pengujian dilakukan di dalam ruang workshop (indoor) dengan kondisi lingkungan pengujian yang sama dengan kondisi pengujian sebelumnya. parameter pengujian yang akan diuji antara lain RSSI (Received Signal Strength Indicator) dan BER (Bit Error Rate). Untuk hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Data Hasil Pengujian Jarak Jangkauan Tanpa Adanya BER Jarak (meter)

Karakter dikirim

Jumlah bit dikirim

Jumlah bit salah

BER

RSSI (dBm)

1

"o" sebanyak 128 kali

1024

0

0

-47

2


1024

0

0

-54

3


1024

0

0

-67

4


1024

0

0

-63


5


1024

0

0

-61

6


1024

0

0

-61

7


1024

0

0

-61

8


1024

0

0

-61

9


1024

0

0

-62

10


1024

0

0

-66

11


1024

0

0

-62

12


1024

0

0

-66

13


1024

0

0

-66

14


1024

0

0

-74

15


1024

0

0

-76

16


1024

0

0

-79

17


1024

12

0.01171875

-83

Pada pengujian ini akan diketahui bit salah maupun hilang yang diterima berdasarkan variasi jarak pengiriman, kemudian nilai RSSI pada sisi receiver akan digunakan sebagai parameter untuk mengetahui kekuatan dari sinyal terhadap jarak pengiriman. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui jarak maksimun pada komunikasi wireless tanpa adanya BER (Bit Error Rate) dengan menggunakan parameter data rate yang telah di pilih pada chip CC2500 yaitu 500 kBaud dan kecepatan motor 1800 rpm. Dari hasil pengujian pada Tabel 2 jika diamati terdapat kesalahan pengiriman pada jarak 17 meter dengan diperoleh bit salah ataupun hilang pada sisi receiver sebanyak 12 bit. Jika diamati dan di analisa penyebab terjadinya kesalahan dan hilangnya data pengiriman ini di pengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : terdapatnya noise pada tempat pengujian, noise bisa berupa gelombang elektromagnetik yang terdapat di sekitar tempat pengujian. Dalam sistem telekomunikasi sinyal asli dapat bercampur dengan noise sehingga akan berpengaruh pada sinyal informasi yanmengakibatkan terjadinya bit error. Di samping noise terdapatnya juga interferensi fading, karena terdapat penghalang pada tempat pengujian dan juga pantulan gelombang oleh penghambur semisal tembok sehingga sinyal yang diterima merupakan jumlah dari keseluruhan sinyal yang dipantulkan akibat banyaknya lintasan (multipath) yang berpengaruh pada kekuatan sinyal yang ditangkap oleh receiver menjadi bervariasi. Faktor lain karena terjadinya attenuation atau pelemahan sinyal yang di terima oleh receiver yang mengakibatkan data yang dikirim tidak sampai ke receiver sehingga didapatkan bit yang hilang. Pada Gambar 10 merupakan grafik yang menunjukkan hubungan antara RSSI (Received Signal Strength Indication) terhadap jarak


komunikasi, untuk mengestimasi kekuatan sinyal yang diterima oleh receiver. Dari grafik tersebut dapat dianalisa kekuatan sinyal yang diterima oleh receiver semakin melemah atau mengalami attenuation berdasarkan jarak jangkauan yang semakin jauh. Faktor kekuatan sinyal ini akan berpengaruh pada proses pengiriman data, karena dapat menyebabkan hilangnya data yang dikirim ke tujuan. Berdasarkan data hasil pengujian yang diperoleh pada Tabel 2, mulai terdapat kesalahan bit dan bit yang hilang pada penerima terindikasi pada jarak 17 meter dengan nilai RSSI sebesar -83 dBm. 0 0

5

10

15

20

RSSI (dBm)

-20 -40 -60 -80 y = -1,5049x - 51,691 -100

Jarak (meter)

Gambar 10. Kurva Hubungan RSSI Terhadap Jarak pada Pengujian Pengiriman Data Modul Wireless

Uji Kestabilan Komunikasi antar Modul Transmitter dan Receiver Prosedur pengujian ini dilakukan dengan melihat sinyal pulsa yang dikirim dan diterima dengan menggunakan osiloskop. Dari hasil osiloskop akan diketahui apabila terdapat delay antara proses pengiriman dan penerimaan dandapat diamati pula apabila terjadi ketidakstabilan sinyal pulsa yang diterima oleh sisi receiver. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 terdapat dua buah sinyal, yaitu sinyal yang diterima pada bagian atas dan sinyal yang dikirim pada bagian bawah. Jika diamati antara kedua sinyal tesebut terdapat delay antara proses kirim dan terima sebesar 3.2 ms. Adanya delay ini akan mempengaruhi sensitivitas dari alat ukur yang akan dikembangkan nantinya, karena data yang diterima tidak realtime. Penyebab terjadinya delay ini, karena adanya waktu proses pengolahan data pada mikrokontroler dan juga modul wireless yang dapat dikatakan sebagai delay system. Dari sinyal pulsa receiver yang diamati pada osiloskop tidak terjadi fluktuasi atau pergeseran sinyal, sehingga sinyal yang diterima dapat dikatakan stabil


dan konstan. Kestabilan dari sinyal ini akan mempengaruhi keakuratan data yang diukur terutama pada pengukuran koreksi sudut dan nilai rpm pada Haliza.

Gambar 11. Hasil Pengujian Sinyal yang Dikirim dan Diterima pada Osiloskop

Uji Komunikasi Wireless antar Haliza dengan Sensor Kecepatan pada Motor Untuk prosedur pengujian ini akan dilakukan uji komunikasi wireless antara sensor kecepatan dengan Haliza pada jarak 10 meter dengan data rate yang dipilih 500 kBaud dengan parameter yang diukur adalah nilai kecepatan motor pada Haliza dan tachometer. Pada pengujian ini dilakukan di dalam ruangan (indoor) dengan kondisi lingkungan pengujian terdapatnya benda – benda penghalang seperti meja, mesin – mesin motor dan rak – rak tempat peralatan, terdapatnya pula jaringan wifi dan

mesin motor yang bekerja pada area pengujian. Pada

pengujian ini akan dilakukan pengukuran kecepatan motor yang bervariasi mulai dari frekuensi 10Hz (600 rpm) sampai ditemukan ketidakakuratan pengukuran dengan interval pengujian setiap 5Hz (300 rpm). Untuk keseluruhan hasil pengujian komunikasi wireless antara Haliza dan sensor kecepatan magnetic pick-up pada motor dapat dilihat pada Tabel 3 di bawah ini. Tabel 3 Data Hasil Pengujian Koneksi Wireless pada Haliza Jarak (m)

Pengaturan Kecepatan motor

Pengukuran Tachometer

Pengukuran Haliza

% error

10

10 Hz/600 rpm

575.3 rpm

576.7 rpm

0.24

10

15 Hz/900 rpm

873.8 rpm

873.0 rpm

0.09

10

20 Hz/1200 rpm

1175.8 rpm

1177.7 rpm

0.16

10

25 Hz/1500 rpm

1465.2 rpm

1467.7 rpm

0.17

10

30 Hz/1800 rpm

1761.8 rpm

1763.2 rpm

0.07

10

35 Hz/2100 rpm

2058.0 rpm

2060.9 rpm

0.14

10

40 Hz/2400 rpm

2359.3 rpm

1204.2 rpm

48.95


Pada pengujian kecepatan motor yang ditunjukkan pada Tabel 3 didapatkan %error terbesar 48.95% dengan kecepatan motor 40 Hz (2400 rpm). jika diamati dari hasil pembacaan tersebut, terlihat bahwa Haliza (receiver) hanya menerima setengah dari pulsa yang dikirimkan oleh sensor magnetic pick – up. Hal ini disebabkan oleh pulsa yang dihasilkan sensor magnetic pick – up lebih cepat dari proses pengolahan data pada kontroler sehingga tidak semua pulsa di proses oleh kontroler dan hanya sebagian pulsa yang akan diproses dan di kirim. Jika di tinjau dari hasil pengujian kestabilan sistem, hal ini berkaitan dengan adanya delay system sebesar 3.2 ms, sehingga apabila periode pulsa yang diterima pada kontroler dari sensor magnetic pick – up lebih kecil dari 3.2 ms, maka pulsa tidak akan di proses oleh kontroler. Jika diamati pada setiap hasil pengukuran antara tachometer dan Haliza terdapat perbedaan nilai hasil pengukuran yang dapat disebabkan oleh adanya ketidakstabilan sinyal, dengan terjadinya fluktuasi pergeseran sinyal yang sangat kecil yang diterima oleh receiver, sehingga mempengaruhi proses pengolahan pada Haliza yang menyebabkan perbedaan hasil pengukuran dengan tachometer. Dari hasil pengujian ini akan di plot pada sebuah grafik untuk bisa dilihat dan di amati tingkat keakurasian pengukuran Haliza terhadap tachometer seperti di tunjukkan pada Gambar 12 dibawah. Dari grafik didapatkan hasil yang tidak linear setelah melewati angka 2100 rpm, sehingga diketahui maksimum pengukuran kecepatan motor pada Haliza pada jarak 10 meter adalah sebesar 2100 rpm dengan tingkat persen kesalahan sebesar 0.14% terhadap tachometer. Pada perancangan modul interface transceiver ini telah mampu melakukan komunikasi wireless antara sensor kecepatan pada motor dengan Haliza sesuai spesifikasi yang telah dirancang pada kecepatan pengukuran yang di inginkan sebsar 1800 rpm

Pengukuran Haliza (RPM)

dengan persen kesalahan sebesar 0.07% pada jarak 10 meter. 2500 2000 1500 1000 500 0 0

500

1000

1500

2000

2500

Pengukuran Tachometer (RPM)

Gambar 12. Grafik Perbandingan Pengukuran Kecepatan Motor antara Haliza dengan Tachometer


Uji Kehandalan Komunikasi Wireless antar Haliza dengan Sensor Kecepatan pada Motor Prosedur pengujian kehandalan terhadap modul interface transceiver dilakukan selama 5 jam pengujian dengan mengambil sampling data kecepatan motor setiap interval 1 jam sekali pada jarak 10 meter antara Haliza (receiver) dan sensor kecepatan pada motor (transmitter). Pada saat pengujian dilakukan pada jam kerja yaitu pada jam 13.00 sampai jam 18.00 dilakukan di dalam ruang workshop (indoor), dengan kondisi lingkungan pengujian terdapat penghalang di dalam ruangan workshop, terdapat mesin motor yang bekerja, terdapat jaringan wifi pada tempat pengujian. Untuk parameter yang diuji pada pengujian ini adalah nilai rpm yang terukur pada Haliza dan tachometer terhadap variable lama waktu pengujian untuk mengetahui tingkat keakurasian pengukuran. Berikut Tabel 4 merupakan hasil pengujian kehandalan komunikasi wireless pada Haliza selama 5 jam. Tabel 4. Data hasil pengujian kehandalan komunikasi wireless pada Haliza selama 5 jam pengukuran Waktu (Jam) 1

Jarak (m)

Pengaturan Kecepatan motor

Pengukuran Tachometer

Pengukuran Haliza

% error

2

10

35 Hz/2100 rpm

2059.0 rpm

2061.4 rpm

0.12

3

10

35 Hz/2100 rpm

2058.8 rpm

2060.2 rpm

0.07

4

10

35 Hz/2100 rpm

2059.1 rpm

2061.3 rpm

0.11

10

35 Hz/2100 rpm

2060.3 rpm

2061.9 rpm

0.08

10 Rata – rata

35 Hz/2100 rpm

2059.5 rpm

2060.8 rpm

0.06

2059.3 rpm

2061.1 rpm

0.09

5

Pada Tabel 4 diatas merupakan hasil pengujian Haliza terhadap lamanya waktu pengujian selama 5 jam, untuk pengukuran kecepatan maksimum sebesar 2100 rpm pada AC Variabel Speed Drive. Dari hasil pengujian didapatkan hasil yang variatif pada setiap interval waktu pengujian, hasil yang variatif ini disebabkan karena nilai set poin yang diatur pada AC Variable Speed Drive juga mengalami perubahan atau keluaran frekuensi pada AC Variable Speed Drive tidak stabil sehingga kecepatan motornya ikut berubah. Dari pengujian diperoleh pengukuran rata – rata pada Haliza sebesar 2061.1 rpm dan pengukuran rata – rata pada tachometer sebesar 2059.3 rpm. Dari nilai rata – rata tersebut

akan diperoleh persen kesalahan rata – rata

pengukuran pada Haliza sebesar 0.09%.


Kesimpulan Dari hasil perancangan dan pengujian pada modul interface wireless transmitter dan receiver di dapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1) Perancangan modul interface wireless transmitter dan receiver ini telah berhasil dikembangkan dengan di dapatkan spesifikasi kerja alat pada pengujian jarak jangkauan 10 meter dengan kecepatan maksimum motor yang dapat diukur sebesar 2100 rpm dengan tingkat kesalahan 0.14 % yang terkalibrasi dengan tachometer. 2) Hasil pengujian jangkauan jarak maksimun pada putaran motor yang dinginkan sebesar 1800 rpm dengan penggunaan data rate 500 kBaud, di temukannya BER (Bit Error Rate) pada jarak 17 meter dengan nilai 0.01171875 pada RSSI -83 dBm, sehingga diperoleh jangkauan jarak maksimum tanpa adanya BER 16 meter dengan nilai RSSI sebesar -79 dBm. 3) Hasil pengujian kehandalan komunikasi wireless yang di ukur selama 5 jam pengukuran dengan kecepatan putaran motor sebesar 2100 rpm

pada modul interface transmitter dan receiver yang di

implementasikan pada Haliza dan sensor kecepatan motor, diperoleh persen kesalahan rata – rata sebesar 0.09% dengan nilai rata – rata pengukuran kecepatan pada Haliza 2061.1 rpm dan nilai rata – rata pengukuran kecepatan pada tachometer 2059.3 rpm.

Daftar Pustaka ____Hofmann D F; Phares D S, “Remote monitoring and diagnostics of large rotating machinery”, IEEE-IAS/PCA, 2003. ____Roy Blake, “Wireless Communication Technologies”, Delmar Thomson learning, KY, US, 2001. ____Sri Hartanto, “Pengukuran Bit Error Pada Modulasi M-QAM Dalam Kanal Rayleigh Fading Dengan Teknik Spatial Multiplexing dan Metode ZF-SIC, MMSE-SIC, Maksimum Likelihood”, Tesis, Universitas Indonesia, Indonesia, 2010. ____Krzysztof Wolosz, Ulf Bodin, and Laurynas Riliskis, “Measurement Study of Predicting Throughput from LQI and RSSI”, Lulea University of Technology, Sweden, 2013. ____Lu De Yang, “Implementation of A Wireless Sensor Network With EZ430-RF2500 Development Tools And MSP430FG4618/F2013 Experimenter Boards From Texas Instruments”, Tesis, Jilin University, China, 2011.


Rancang Bangun Interface Modul Komunikasi Wireless pada Haliza (Machinery Analyzer) dan Sensor Kecepatan Motor pada Mesin

Recommend Documents