RANCANG BANGUN PROSES PENGISIAN PADA BALL MILL (Pengaturan Motor) Sugeng Agus Prayitno1*, Ir. Hendik Eko Hadi S.,MT2, Drs. Irianto,MT3 Mahasiswa Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia1*
[email protected]
Dosen Pembimbing 1, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia2 3 Dosen Pembimbing 2, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia
Abstrak Proyek Akhir ini memaksimalkan kerja peralatan di industri semen. Salah satu peralatan industri yang kami maksimalkan kerjanya adalah sensor suara dan Motor dc digunakan sebagai penggerak Ball Mill untuk mengaduk bahan-bahan semen.. Dengan tegangan 12 Vdc Baterai dihubungkan dengan Boost Converter untuk dinaikkan menjadi 24 Vdc. Boost Converter bekerja pada frekuensi switching 40 kHz dengan lebar pulsa sebesar 50%. Tegangan keluaran Boost Converter. Tegangan keluaran Boost Converter pada Proyek Akhir ini digunakan sebagai sumber untuk motor dc sebagai penggerak Ball Mill. Dengan menggunakan beban 3 kg membutuhkan arus kerja 2,5 A dan arus keluaran baterai 3-4 A, maka dengan kapasitas baterai 12 Ah dapat memutar Ball Mill selama 1-2 jam. Kata kunci : Driver mosfet, Boost Converter. Abstract Project End equipment is working to maximize the cement industry. One of the equipment industry that we maximize the sound sensor is working and the dc motor is used as a booster to beat Ball Mill materials cement .. With 12 Vdc battery voltage is connected with the Boost Converter to be raised to 24 Vdc. Boost Converter to work on the 40 kHz switching frequency with a wide balance of 50%. Boost converter output voltage. Boost converter output voltage at the End of jobs is used as the source for the dc motor as a booster Ball Mill. By using a 3 kg load currents of 2.5 A and the battery output current 3-4 A, with the capacity of 12 Ah battery can play Ball Mill for 1-2 hours. Keyword : Driver mosfet, Boost Converter
1.
Pendahuluan
Perkembangan teknologi maupun otomasi industri yang sangat pesat dari setiap tahun mempunyai dampak yang sangat besar bagi masyarakat di seluruh negara maju dan berkembang. Pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi itu sendiri bertujuan untuk membantu manusia dalam melakukan aktifitas maupun komunikasi, serta memenuhi seluruh kebutuhan hidup sehari-hari. Penerapan teknologi pada finish mill menggunakan aplikasi kendali mikrokontroller AVR untuk pengatur kecepatan dari motor dc yang digunakan pada finish mill. Kemampuan adaptasi terhadap kondisi motor yang berubahubah diharapkan mampu bekerja pada finish mill , yang salah satunya dapat dicapai dengan penerapan metode PI controler.
2.
Teori Penunjang
2.1. Konfigurasi Sistem Secara keseluruhan sistem kerja dari Ball Mill yaitu pemanfaatan kontrol PI sebagai pensaklaran PWM untuk mendriver boost
converter dalam memberikan supply untuk menggerakkan motor dc. PWM inilah yang akan dikontrol oleh Atmega 16 dengan memanfaatkan switching dari boost converter. Metode yang diterapkan dalam Ball Mill ini adalah PI controler, yang diharapkan dapat bekerja ketika Ball Mill dalam keadaan kosong maupun penuh. Proportional integral controller dipilih untuk mengatur pensaklaran dari PWM untuk boost converter, dikarenakan PI merupakan salah saru jenis pengendali yang dapat memperbaiki respon transien, khususnya rise time, settling time dan juga mengurangi (bukan menghilangkan) error steady state, yang kita bangun dari mikrokontroler. Rotary encoder disini digunakan sebagai setting point untuk kontrol yang merupakan sensor yang memiliki sudut operasi yang bebas. Besar tegangan pada rotari encoder inilah yang kemudian dibaca oleh external interrup pada mikrokontroller Atmega 16. Dari setting point akan didapatkan nilai dari error yang nantinya akan dibandingkan dengan nilai dari delta error untuk memperoleh nilai output yang baik untuk
proses pensaklaran dari PWM untuk boost converter. 2.2. Data Laporan Real PT. Semen Gresik Persero,Tbk. – Tuban Divisi Finishing Mill 2.2.1. Jenis Produk Di PT. Semen Gresik Persero,Tbk terdapat 2 jenis produk semen Portland, yaitu Pozzoland Portland Cement (PPC) dan Ordinary Portland Cement (OPC). Dari kedua jenis semen tersebut masing-masing memiliki keunggulan tersendiri. Dan kedua jenis produk tersebut memiliki komposisi bahan yang berbeda. Perbedaaan antara semen PPC dan OPC dapat dilihat pada Tabel 2.1 seperti yang terlihat berikut ini
laut. Netto
40 Kg
50 Kg
2.2.2. Parameter Produk Semua pabrik PT. Semen Gresik Persero,Tbk dilengkapi dengan Roller-press sebagai pregrinder. Plant dari produksi adalah memproduksi semen OPC dan PPC, dengan beberapa Mill lebih dikhususkan untuk PPC. Penting untuk diingat, bahwa hanya kerak besi yang melalui Roller-press. Trass (+ semen PPC) dan Gypsum (syntetic) langsung masuk ke Mill. Parameter dari produk utama dapat dilihat pada Tabel 2.2 seperti yang tertera sebagai berikut :
Tabel 2.1 Perbandingan Semen PPC dan OPC
Tabel 2.2 Parameter Produk Utama OPC Cement
Tipe
Kand unga n
Keun ggula n
OPC Semen ini dipakai untuk semen konstruksi, yang tidak memerlukan persyaratan sifat-sifat khusus, seperti ketahanan sulfat, panas hidrasi dan sebagainya C2S lebih kecil daripada kandungan C3S, dengan kandungan C3S antara 55% - 56%, sedangkan kandungan SO3 antara 1,3% - 1,4%.
Semen tipe ini mempunyai sifat antara moderat heat cement dan high early strength cement.
PPC semen ini merupakan suatu bahan pengikat hidrolis
Composition Clinker (%) Gypsum (%) Limestone (%) Trass (%) Fly ash (%) Dust (%) Production (with press) (t/h) Production (without press) Product fineness (blaine) Product fineness (R/45µ)
terak Semen Portland dan bahan yang mempunyai sifat pozzolan, biasanya digunakan trass. Semen ini tahan terhadap asam ataupun garam, cocok untuk bangunan – bangunan dekat laut. Menurut ASTM bahan pozzolan yang ditambahkan antara 15% - 40% Tipe semen ini mempuyai kuat tekan awal rendah tetapi kuat tekan selanjutnya lebih stabil. Semen ini tahan terhadap asam ataupun garam, cocok untuk bangunan – bangunan dekat
3.
Perencanaan Sistem
Dan
8 54 9 2 2 1 1 33006+/100 1 5
Pembuatan
3.1. Skema Diagram Sistem Sebelum merancang perangkat lunak, yang perlu diketahui adalah susunan dari sistem itu sendiri ( blok diagram sistem ). Sebagian sistem yang dibangun pada Ball Mill sebagai gambar 3.1
Gambar 3.1 Skema diagram system keseluruhan Terdapat komponen input dari mikrokontroller yaitu berupa rotari encoder berfungsi untuk sistem pengendali putaran motor . Dari hasil koreksi kecepatan dari
rrotary encode er berupa data yang akkan d diproses mikro okontroler poin nt value. Nilai dari setting point dan point vallue a akan dijumlah h dan dipero oleh data errror, y yang kemudia an akan dibandingkan deng gan d delta error un ntuk mendapatkan nilai outp put y yang baik seb bagai pensaklaran dari PW WM u untuk boost co onverter.
freku uensi tinggi. Rangkaian yang sang gat cocok untuk digu unakan seba agai drive circcuit pada MO OSFET adala ah yang dinam makan “totem m-pole”, yang g terdiri dari ttransistor NPN dan PNP. Transistor yang digu unakan adala ah BD 139 9 dan BD 140. Rang gkaian totem mpole dapat dilihat pada a Gamber 3.3.
3 3.2. Perenca anaan Perang gkat Keras 3.2.1. Optocoupler O R Rangkaian Op ptocoupler pa ada Gambar 3.2 berfu ungsi sebag gai pemisah rangkaian pe embangkit pulsa pada sissi masukan de engan rangkaiian keluaran n. Sehingga a jika terja adi ganggua an pada rang gkaian keluarran tidak be erpengaruh pada p rangkaiian pembang gkit pulsa. Tip pe IC 4N25 ju uga dapat dig gantikan deng gan tipe IC 4N N26 yang jug ga memiliki fu ungsi dan ka akikaki yang g sama denga an tipe IC 4N2 25. Gam mbar 3.3 Totem m-pole drive ciircuit. 3.2.3 3. Boost Con nverter Perencanaan dan pemb buatan rangkaian boost converter secara s an pada Gamb bar 3.4 lengkkap ditunjukka seba agai berikut :
Gambar 3.2 Rangkaia an Optocouple er. U Untuk rangkaian Optocoup pler supplai tegangan t harrus beda anta ara masukan n dan kelua aran rangkaia an, sehingga a mempunyai supp plai tegangan n sendiri. Se edangkan unttuk ground pada kaki nomor 2 dan d ground pada kaki nomor n 4 harrus dipisahka an. Halhal terseb but dimaksudkan agar fun ngsi Optocoup pler sebagai isolator electric dap pat berfungssi. Karena pulsa ya ang dihasilka an oleh pem mbangkit pulsa hanya satu s maka op ptocoupler ya ang dibutuhkkan juga hanya a satu. 3.2.2. T Totempole Driive Circuit S Sudah menja adi hal ya ang sangat penting untuk dap pat angi atau meminimalkkan mengura losses pa power ada switchiing aat elektronik (electronic switching) sa kita me endesain su uatu rangkaiian elektronika daya. Swittch losses terja adi karena ada perubahan dari kond disi satu ke kondisi (low) yang lain (hig gh) secara cepat. c Drive citcuit c MOSFET harus dapat de engan cep pat memberiikan arus dan d membua ang arus pad da saat berada a pada switchiing
G Gambar 3.4. R Rangkaian Boo ost Converter. upakan Pada Gambar 3.4. meru rangkaian dasarr boost con nverter gan PWM untuk menyulut mosfet deng PWM untuk boosst converter. penyyulutan B Boost Con nverter diban ngkitkan dari AVR ATMEG GA 16 beroperasi uk mengha asilkan untu gelom mbang kotakk sebagai PWM. PWM M keluaran da ari AVR ATME EGA16 dihub bungkan dengan rangkaian optoccoupler yang digunakan se ebagai pemiisah antara A AVR ATMEGA A 16 deng gan mosfet Boost Con nverter. Deng gan rangkaian n optorcouple er AVR ATMEGA 16 sebagai pemb bangkit PWM M utama terhin ndar dari kerusakan, apab bila terdapat arus balik k dari rangkaian Boost C Converter. Kemudian PWM keluara an dari rangkaian optoco oupler dihubu ungkan
5 2 4, 1 20 i k i o5 V , V 1 V 0 1 k =
︵
−
5 , 0
k 1
Gambarr 3.5. Rangkaiian Dasar Boo ost Convertter U Untuk mengura angi ripple arrus dan tega angan maka boost konverrter perlu diiberi filter, oleh o karena itu digunaka an komponen n Induktor unttuk mengura angi ripple arus d dan kompone en kapasitor unttuk mengura angi ripple tegangan. P Pada Proyek Akhir A ini didisa ain untuk Boost Convventer deng gan an sebagai berrikut : ketentua Teganga an Input (Vi) = 12 V Teganga an Output (Vo)) = 24 V Arus Outtput (Io) = 3A f = 40 kH Hz ∆I = 10% % ∆Vc = 1% %
o V
dengan rangkaian to otempole drivve. an totempo ole digunakkan Rangkaia untuk melakukan m s switching attau perubaha an kondisi da ari low ke hiigh dengan cepat pada frekuensi f ting ggi. ntuk penyuluta an mosfet Boo ost PWM un Converte er didisain de engan frekuensi 40 kHz. Boost converrter memperolleh masukan n dari baterai sebesar 12 Volt V dan did disain untuk menghasilkkan tegangan n keluaran seb besar 24 Volt.. T Telah dijelaska an pada Bab b II bahwa Boost Con nverter adallah penaik tegangan t DC C ke DC ya ang menggun nakan MOS SFET sebag gai device pensaklaran. p Dan MOSFET sendiri bekerja jika ada switchiing pada gatte. G Gambar ran ngkaian dassar Boost Converter C dittunjukkan pa ada Gambar 3.5
− = = = ︶ = = − Vi x k ΔI = f xL Vi x k 12 x 0,5 L= = 0,0005mH m = 0,5uH = f x ΔI 40000 x 0,3
Io x k f xC 3x0,5 Io x k = C= = 156,.25 2 uF = 220uF f x ΔVc 40000 x0,24 ΔVc =
Berdasarkan hasil perhitungan disain Boost Con nverter g disimulasikkan menggu unakan yang Psim m diperoleh h hasil simulasi pulsa penyyulutan mosfe et Boost Con nverter, tegan ngan keluaran n dan arus ke eluaran yang g ditunjukkan pada Gamba ar 3.6, Gam mbar 3.7 dan G Gambar 3.8 se ebagai berikkut :
Gambar 3.6. Rangkkaian Simulasii Boost Convverter.
10 x3 = 0,3 A 100 1 ΔVc = x 24 = 0,24V 1000 ΔI =
R=
Vo 24 = = 8Ω 3 Io
Gambar 3..7. Pulsa untuk pen nyulutan Mosffet Boost Converter.
berfungsi mengisolasi rangkaian ma asukan angkaian kelua aran. dengan ra
bar 4.2 Rangkkaian Optocou upler Gamb
Gamba ar 3.8. Tegang gan dan Arus kelu uaran Boost Converter. C
4.
P Pengujian A Alat 4 4.1. Pengujia an Pembangk kit Gelomban ng Kotak Untuk melakukan n pengujiian r rangkaian pe embangkit ge elombang kottak d dan rangkkaian osila ator lainnyya, m memerlukan oscilloscop untuk dap pat m mengetahui b bentuk gelom mbang keluarran r rangkaian ossilator tersebut. Pengujiian p pembangkit p pulsa kotak dilakukan pa ada osilator ya r rangkaian ang dibang gun m menggunakan n AVR A ATMEGA 1 16. B Berdasarkan kebutuha an frekuensi s switching ran ngkaian boosst converter 40 k kHz. mbangkit pulsa Hasil pengujian pem g gelombang kotak dari ATMEGA 16 d ditunjukkan pa ada Gambar 4.1. 4
Pada a saat o optocoupler diberi masukan sinyal dari rangkaian PWM M yang dihasilkan ATMEGA 16 pemb bangkit gelombang kotak, maka a frekuensi ke eluaran juga sam ma dengan masukan yang membedakan adalah be esar amplitudo o yaitu 12 volt. Perbedaan amplitudo antara masukan dan keluara an karena ke eluaran oupler dihubu ungkan dari rangkaian optoco dengan tra ansistor BD 13 39 untuk dikua atkan.
Penggujian rangkkaian optoco oupler dilakukan pada pin kolektor tran nsistor BD 139 sebagai keluarran dari ranggkaian optocouplerr yang ttelah mengalami penguatan. Hasil pen ngujian rangkaian optocouplerr ditunjukkan p pada Gambar 4.3
Gamba ar 4.3 Gelomb bang pulsa ko otak keluaran opttocoupler
mbar 4.1 Gelom mbang kotak Gam 4 4.2. Pengujia an Optocoup pler Rangkaia an optocouple er pada Gamb bar 4 4.6. mengg gunakan IC C 4N25 d dan d dihubungkan dengan transsistor BD 13 39. G Ground pad da sisi masukan harrus d dipisahkan d dengan grou und pada sisi s k keluaran. P Pemisahan g ground terkkait d dengan sifat dasar dari op ptocoupler ya ang
4.3. Peng gujian Totempole Rang gkaian totemp pole pada Gambar G 4.5 difung gsikan sebaga ai sinkronisasi sinyal gelombang kotak ke e MOSFET, agar pengisian dan pembua angan pulsa dapat dilakukan dengan cepatt.
ada switching maka besar tegangan keluaran sama dengan tegangan baterai. Apabila mosfet pada boost converter diberi frekuensi switching sebesar 40 kHz dengan duty cycle 0,5 seperti pada Gambar 4.6. maka tegangan keluaran akan naik menjadi sebesar 24 Vdc. Pada Gambar 4.5 menunjukkan tegangan masukan yang berasal dari baterai sebesar 12 Volt.
Gambar 4.4 Rangkaian Totempole. Rangkaian totempole terdiri dari transistor BD 139 dan BD 140. Rangkaian memerlukan tegangan suplai sebesar 12 Volt agar tegangan keluaran gelombang juga sebesar 12 Volt. Pada rangkaian totempole ground tegangan suplai totempole dapat digabung dengan ground pada tegangan suplai optocoupler. Pengujian rangkaian totempole dilakukan pada resistor 22 Ohm yang terhubung dengan pin emitor kedua transistor. Keluaran dari rangkaian totempole dihubungkan dengan gate dan source MOSFET. Hasil pengujian rangkaian totempole ditunjukkan pada Gambar 4.4
Gambar 4.5 Tegangan Baterai. Pada Gambar 4.6 merupakan tegangan keluaran boost pada saat di beri beban 3 kg
Gambar 4.6 Tegangan keluaran boost saat di bebani . 4.5. Pengujian PWM Mikrokontroller ATMega16 Pengujian PWM untuk boost converter yang dihasilkan mikrokontroller digunakan untuk mengetahui gelombang keluaran PWM. Pengujian ini untuk mengetahui frekuensi dan lebar pulsa. Pada boost converter dibutuhkan satu gelombang pulsa yang mempunyai perbedaan selang waktu on-off (death time).Gelombang pulsa PWM dibangkitka Mikrokontroller ATMEGA 16 pada PD.6 . Untuk melakukan pengujian diperlukan program yang digunakan untuk membangkitkan pulsa PWM sebagai berikut. Gambar 4.4 Gelombang pulsa kotak keluaran totempole. 4.4. Pengujian Boost Converter Pengujian Boost converter dilakukan pada keluaran rangkaian Boost Converter. Boost Converter memperoleh tegangan masukan sebesar 12 Vdc. Pada saat tidak
int jarak,speed,x,y,fast,jarba; unsigned char tulis[20],tulis3[20];; interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) { x++; }
iinterrupt [TIM00_OVF] void t timer0_ovf_isr( (void) { y++; if(y==21) { jarba=jarakk; y=0; speed=x*2;; fast=speed;;//salah hoo.... x=0; } }
b.
S Saat Mill beris si 2Kg
c.
S Saat Mill beris si 6Kg
d.
S Saat Mill beris si 12Kg (penu uh)
======= End of o timer/counterr ///=========== foor RPM = ============ ============ =========== == = ========= /// Timer 1 outpuut compare A innterrupt service rooutine innterrupt [TIM1__COMPA] voidd tiimer1_compa_iisr(void) { =0; PORTD.6= } /// Timer 1 outpuut compare B innterrupt service rooutine innterrupt [TIM1__COMPB] voidd tiimer1_compb_iisr(void) { PORTD.6= =1; TCNT1H=00x00; TCNT1L=00x00; } Hasil pengujia H an pembang gkit PWM olleh M Mikrokontroller r ditunjukkan pada Gamb bar 4 4.7.
5..
Penutup p 5.1. Kesimpulan Setelah dila akukan proses perencana aan, pembua atan dan pen ngujian alat serta dengan membandingkan dengan d teori-teori penunjang, dan berdas sarkan data yang diperoleh ma aka dapat simpulkan mengenai Ball Mill seba agai berikut: 1. Tega angan keluara an Boost Con nverter meng galami pen nurunan teg gangan sebe esar 50 % untu uk beban (14k kg).
Gambar 4.7 Gelombang g PWM yang dibangkitkan Mikrokontrolle M er ATMEGA 16 6. 4 4.6. Pengujia an Filter den ngan Softwa are Adobe Audition A a. Saatt Mill kosong
an 5.2. Sara Pada a pengerjaan n Proyek Ak khir ini tentu tida ak lepas darri berbagai macam m kekuranga an dan kelemahan, baik itu u pada sistem ma aupun pada p peralatan yang g telah dibuat. Untuk U mempe erbaiki kekura angankekuranga an dari peralatan, maka perlu melakukan n hala-hal seb bagai berikut: 1. Untuk menang gani penu urunan tegan ngan yang be esar pada ke eluaran Boosst converter,, maka teg gangan kelua aran boost cconverter dipe erlukan
pengaturan tegangan penyulutan terkontrol.
6.
melalui
Daftar Pustaka Abraham I. Pressman, “Switching Power Supply Design,” Mc Graw-Hill International, Electrical Engineering Series, Second Editions, 1998. Carlos Lozano Espinosa , “ Static Bike Using Renasas 3687,” Colombia. Daniel W. Hart, “Introduction to Power Electronics,” Prentice-Hall International, International Edition, 1997. David Butcher, “Ultimate Pedal Powered Television,” 2006. Greg Miller, “AC-DC Bike Powered Generator System,” 2005. Mag Trainer, “The Pedal a Watt Stationary Bike Power Generator,” Convergen Tech, Inc. Nathan Eagle, Benjamin Olding, ”Using an Alternator in Renewleable Energy Project,” Summer, 2000. Ned Mohan, Tore M. Underland, William P. Robbins, ”Power Electronics, Converters, Applications and Designs,” Second Edition, Jhon Wiley & Son, Inc, New York, 1995. P.J. Randewijk, “Inductor Design,” 2006. Prastilastiarso, Joke, “ Elektronika Daya 2, “ materi kuliah, 2004. Rashid, Muhammad H., “Power Electronic Circuit, Devices, and Apllications,” Second Edition, Prentice-Hall International, Inc, 1993. R. W. Erickson, “Fundamentals of Power Electronics,” New York, Chapman and Hall, 1997, Chapter 13.
