RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL SUHU FURNACE BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C52

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006

Daftar Isi

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL SUHU FURNACE BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C52 NUGROHO TRI SANYOTO, JUMARI, TRIYONO

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BA TAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281 Telp. (0274) 488435 Abstrak RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL SUHU FURNACE BERBASIS MIKROKONTROLER A T89C52. Telah dilakukan rancang bangun sistem monitoring suhu furnace sebagai pengganti tampi/an suhu analog "Merk Karlkorb" yang dapat mengatur suhu jitrnace pada keadaan yang diinginkan. Alat ini dikendalikan oleh mikrokontroler AT89C52 dan mempunyai tampi/an digital yang dapat dioperasikan pada suhu 0 °C sampai 1200 dc. Perancangan ini dibuat dengan cara menggabungkan beberapa rangkaian yang terdiri dari sensor suhu thermocouple, ADC, relay, buzzer, keypads, mikrokontroler dan penampi/ berupa LCD. Sistem ini bekerja berdasarkan perubahan tegangan dari sensor thermokopel dalam orde milivolt. Agar ADC dapat membaca sampai orde milivolt, maka tegangan referensi ADC harus diatur untuk mencapai orde tersebut. Tegangan yang diproses oleh rangkaian ADC akan diteruskan oleh mikrokontroler agar dapat mengontrol relay. Alat ini telah diuji komparasi dengan alat "Merk Shimaden SR72". Hasi/ uji komparasi menunjukkan bahwa alat mempunyai kemampuan pengukuran sampai 1200 °C dengan tingkat ketelitian 5 dc. Kata-kata kunci : Monitoring, kontrol, suhu, jitrnace

Abstract DESIGN AND CONSTRUCTION OF FURNACE TEMPERATURE MONITORING AND CONTROLLING SYSTEM BASED ON AT89C52 MICROCONTROLLER. Furnace temperature control system has been designed. The control system is designed to monitor and control jitrnace temperature level as required. Design and construction of control system was done by combining thermocouple temperature censor, ADC, relay, buzzer, keypads, microcontrol/er and LCD. The system works by voltage change from thermocouple censor when temperature changed. Reference voltage must be adjusted so that the ADC can read data in millivolt order. The ADC data will be processed by microcontrol/er as a relay contro/. The digital temperature control system has been tested in comparison with "Shimaden SR72". The result of the comparison test indicates that the device has measurement ability until 1200 °C with accuracy level of 5 °C. Key Words: Monitoring, control, temperature,jitrnace

PENDAHULUAN

data fisis suatu penelitian atau untuk persyaratan ketja sistem tersebut. Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah Thermocouple tipe K yang membaca suhu dari -270°C sampai dengan 1370 dc. Sensor suhu tersebut adalah pengindera suhu yang mengubah besaran fisis menjadi besaran tegangan analog (tem-

Furnace adalah salah satu alat yang digunakan untuk memproses bahan nuklir dengan perlakuan panas pada suhu tertentu untuk mendapatkan bahan nuklir dengan komposisi tertentu yang diharapkan oleh seorang peneliti. Untuk mengatur suhu furnace tersebut dibutuhkan sensor untuk mengetahui informasi

Nugroho Tri Sanyoto dkk.

perature transducer) (The Temperature Handbook Vol. 28, 1992). Alat ini dirancang meng-

77

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006

gunakan kontrol dua posisi (on dan off), untuk kendali digunakan mirokontroler AT89C52, m

sarana penampil dalam bentuk digital untuk memudahkan pembacaan. Mikrokontroler sangat membantu dalam scrta Liquid Crystal sebagai D"play kendali (LCD) sebagai membuat berbagai macam alat khususnya alat ukur suhu digital.

~

_

'G0<9 -

Gambar2. Blok Diagramkontroler"on-off' I

LCD

:'

;

.I

Celah i!ifferensial

i---------------~-----------------l i i

II•

:,

.

:

m

! !

i

~

,

..._'"'" __~

,! Gambar3 DiagramKontrolerKontroler"On-Off' denganCelahDiferensial

Gambar 1RangkaianPerangkatKeras (Hardware) Kontrol Antomatik Dna Posisi "On-Off' Kontroler yang digunakan adalah pengontrol dua posisi "on-ojj". Elemen penggerak hanya mempunyai dua posisi tetap, yang dalam beberapa hal merupakan posisi "on" dan "ojj". Kontrol dua posisi atau on-off relatif lebih sederhana dan murah, oleh karenanya banyak digunakan dalam sistem kontrol di industri maupun di rumah-rumah. Misalnya sinyal keluaran kontroler adalah m(t) dan sinyal kesalahan penggerak adalah e(t). Pada kontrol dua posisi , sinyal m(t) akan tetap pada harga maksimum atau minimumnya, bergantung pada tanda sinyal kesalahan penggerak, positif dan negatif sedemikian rupa sehingga m(t) = Mj (max) untuk e(t) > 0 = M2 (min) untuk e(t) < 0 dengan Mj dan M], adalah konstanta. Harga minimum , M2, biasanya nol atau -Mj• Kontroler dua posisi biasanya berupa perangkat listrik.

Gambar 2. dan 3 menunjukkan diagram kontrol dua posisi "on" dan "ojj" disebut celah diferensial (differential gap). Suatu celah diferensial ditunjukkan pada Gambar (2.3) . Celah diferensial ini menyebabkan keluaran kontroler m(t) tetap pada harga sekarang sampai sinyal kesalahan penggerak bergeser sedikit dari harga nol (Teknik Kontrol Automatik, 1985) Sensor Thermocouple Sensor thermocouple adalah merupakan komponen yang paling penting dalam penelitian ini, karena ketepatan pengendalian suhu sangat bergantung oleh kineIja alat tersebut. Sensor thermocouple yang digunakan dalam penelitian tipe K yang ini adalah thermocouple mempunyai kemampuan mengukur suhu - 270 °C sampai dengan 1370 °C (Omega The Temperature Handbook vol 28). Analog

To Digital Converter (ADC)

Pada pembuatan ini digunakan ADC Input ADC berasal dari sensor thermocouple yang berupa tegangan analog. Keluaran digital dari ADC bias berderet (bit demi bit) atau sejajar dengan semua bit yang disandikan ditampilkan secara serentak. Rangkaian ADC tersebut seperti pada Gambar 4. Tegangan referensi ini diset pada orde milivolt dengan variabel resistor PI. selama 0804.


78


SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER

2006

ke ground. ADC dioperasikan dalam mode free running dengan menghubungkan kaki WR dan

proses konversi dilaksanakan di dalam ADC 0804. masukan dengan batas tegangan antara 0 sampai 72,4 milivolt diberikan di kaki nomer 6. RI dan C2 adalah komponen luar osilator yang dipakai oleh IC, kaki CS dan Rd dihubungkan

9 19

C!.[.!N A·GIID Vi>( +)

~

kaki INTR

u

DID '~(.)bWOO !ICl.y.,R \lnm DID ~

r·lhan = ---72,4mV 256

= 028 , mV

Relay Relay daya yang dipergunakan pada alat pengendali suhu adalah magnetic kontaktor, relay magnetic kontaktor untuk menghubungkan dan memutuskan sumber daya dari sumber listrik utama PLN 220 volt ke beban. Magnet kontaktor terdiri dari tiga bagian yaitu kumparan (coil), kontak utama dan kontak bantu.

A T89C52

Mikrokontroler jika diartikan secara harfiah, berarti pengendali berukuran mikro. Sekilas mikrokontroler hampir sarna dengan mikroprosesor. Namun mikrokontroler memiliki banyak komponen terintegrasi di dalamnya, misal timer/counter. Pada mikroprosessor komponen tersebut tidak terintegrasi. Mikroprosesor umumnya dijumpai pada komputer yang bertugas memproses data masukan maupun keluaran dari berbagai


dasar ADC 0804

sumber. Mikrokontroler lebih sesuai untuk tugas-tugas yang lebih spesifik rnisalnya untuk Control, Timer dan Counter. Pada prinsipnya terdapat dua tipe mikrokontroler, yaitu tipe elSC (Complex Instruction Set Computing) dan RISC (Reduced Instruction Set Computing). Di dalam penelitian ini digunakan mikrokontroler tipe elSC dari keluarga MCS51 dengan seri AT89C52 buatan Atmel. Gambar secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 5.

Besamya jangkauan tegangan dan jumlah bit yang digunakan (resolusi 8 bit) menentukan seberapa kecil perubahan tegangan yang mampu dideteksi. Perubahan tegangan ini dinyatakan I LSB (Least Significan Bit) pada nilai digital, sering disebut dengan tingkat ketelitian ADC. Tingkat ketelitian ini dapat ditunjukkan jika diketahui jangkauan tegangan 72,4 milivolt dan resolusi 8 bit 2 8= 256) maka

Mikrokontroler

C>

IN11.

Gambar 4. Rangkaian

T·mgkatete k

.I:i$WID DRS woa

DR! DEli RI) DB!

Kumparan (Coil)

Kumparan berfungsi untuk mengendalikan bekerjanya magnet kontaktor. Apabila

79


I/'>ITA

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

kumparan tersebut dialiri arus listrik, maka akan menimbulkan magnet pada inti besi yang dililitnya dan akan menarik kontak-kontak yang ada pada kontaktor sehingga kontak-kontak akan bekerja. Apabila aliran arus kumparan

Pli0;. 1 PD' ID

-

I 1

I~ It. AD .•••A

1:'5;

lI) or ' nl~ Tr:n lt. -..II, ,-

J.TJ'.U DI-D 10\10;. It.0\10;. It. IT 110;. lL 11 1D IL IT T1 II 11 10\1:'1 AliI'>!A1CLJ" •r:LJT 10\1:'1' .•.. 1L 16 11 10;. 1PI J[..-I:'[ IClI" 111-PI P1t. T IA [],J" PIPI: P PI' .... I'AS; T I11 A PIT PD 1LI PIt. P PIO\1:'1PlO\Pl11 D.£F P IIJ'.PAC[ 11 [iN[ .•.. II IT 11 I-0\Pl PID P11 [iND PIPll 11 PII AS;T P1 PH P1D IIAJ.D) J.TJ'.LI 0;. JlT J.D) .oJ...II PRC[ IT DD1L II ILI~ps;g; Dl Q./r: A' D.••• II ..... ..-c Dt. DT ..-Dr: Q./r:

t.

:i.:\-

Dl

1t. ---=-

II Pl:

Pl:

terputus, kontak akan kembali seperti semula karena gaya pegas yang dilakukan oleh pegas atau per. Simbol dari ujung-ujung kumparan adalah titik a dan b terlihat pada Gambar 6.

T

DO\-

1

~ t. T

L 0;.

ID

Gambar 5. Rangkaian Secara Lengkap

Kontak Bantu

; KUIlI.paran

K(.~t~k·t.fhlma

Kontak bantu terdiri dari dua buah kontak yaitu kontak NO (Normal Open) dan kontak NC (Normal Close). Kontak bantu NO cara kerjanya sarna dengan kontak utama, seangkan kontak bantu NC adalah kontak yang tertutup saat kontaktor tidak bekerja dan membuka pada saat kontaktor bekerja. Kontak bantu tersebut biasa digunakan sebagai kontak pengunci maupun pemutus.

't'

Kantak.Banhl

Gambar 6 Skema Magnet Kontaktor

Kontak Utama

TATA KERJA

Kontak utama berfungsi sebagai kontak penghubung tenaga atau sebagai saklar utama yang menghubungkan jala-jala listrik dengan beban. Kontak utama biasanya terdiri dari tiga kontak utama NO (Normal Open). Kontak NO adalah kontak yang terbuka pada saat kontaktor tidak bekerja.


Desain rangkaian sistem pengukur suhu adalah meliputi desain tataletak komponen, Pengadaan komponen, Pengujian komponen, Pemasangan komponen, serta pembuatan perangkat lunak dengan cara menanamkan program ke dalam IC AT 89C52 memakai Downloader PEB52/52.

80


SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER ISSN 1978-0176

2006

Uji statis dilakukan dengan memberi masukan tegangan simulasi kemudian diukur perubahan suhunya dengan me1ihat hasil cacahan pada LCD sebagai tampilan keluaran. Uji dinamis dilakukan pengukuran suhu pada alat furnace, serta membandingkan dengan alat lain untuk mencari tingkat akurasinya dengan me1ihat hasil pengukuran pada LCD.

pengujian meliputi : Pulse Generator Model GL-3 sebagai masukan, frequensi counter Tektronik tipe DC 503 untuk menghitung frequensi, serta multimeter analog Sanwa tipe YX 360 TR sebagai pengukur tegangan, Osciloscope Tektronik 40 mHz, dan kabel penghubung, tool set, solder dan desolderin

Alat dan Bahan Penelitian

Diagram Alir Perangkat Lunak

Untuk membuat alat ini diperlukan bahan atau komponen elektronik aktif maupun pasif, serta memerlukan alat sebagai penunjang pada

Secara garis besar diagram alir perangkat lunak seperti pada Gambar 7.

lmilriali_i

Timer,

gteln..,

gtop

Set suiut = C cclcius

T

Gambar 7. Diagram Alir Kontrol Suhu


81


SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian

Respon Sistem Kontrol

Tabel 1. Hasil Pengujian sensor Thermocouple dalam volt, sebanding dengan penunjukan alat ukur standar ( ShimadenSR 72) dalam Celcius

Dua Posisi

"On - Off' Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik respon dari sistem kontrol dua posisi "on-off'. Pengujian ini dilakukan pada 800°C saat suhu furnace diset pada suhu selama 2 jam (7200 detik) dan didapatkan hasil seperti pada Gambar 8. 000 700

Celcius

~ 000 ~ soo v ; 400 300 \II 200

§

100

o 2000

o

4000

6000

8000

Waldu (t)

Gambar 8. Respon Kontrol Suhu Terhadap Waktu Terlihat bahwa sinyal keluaran dari sensor bembah-ubah dari posisi tetap satu keposisi tetap lainnya. Sinyal keluaran maksimal didapatkan 809,412 °C dan sinyal keluaran minimal sebesar 791°C. Osilasi keluaran dapat diperkecil dengan memperkecil celah diferensial. Akan tetapi hal ini akan menyebabkan kenaikan angka "switching" "onoff' per menit sehingga akan memperpendek umur ketahanan komponen. Besar celah diferensial ini hams ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan seperti ketelitian yang diperlukan dan umur komponen. Pengujian

Suhu (Celcius)

~

//I

000 _

No

1. 2. 3.

35 50 70

4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.

90 100 125 150 180 200 215 250 275 300 310 325 340 350 365 375 380 390 400 425 440 450 465 470

Tegangan

No

7 7,9 9,1

10 10,7 12 13,5 15,2 16,2 17 19 20 21

22,3 23,2 24,1 24,6 25,5 26

26,3 27

27,4 28,7 29,7 30,2 31 31,3

Suhu

Tegangan

(Celcius)

(milivolt) milivolt

Celcius

28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54.

485 495 500 510 515 530 550 575 580 590 600 615 640 690 700 715 730 780 790 1025 1050 1070 1100 1130 1150 1175 1200

milivolt 32

32,6

33 33,5 33,9 34,7 35,7 37,2 37,5 38 38,6 39,5 40,7 43,6 44 45,1 45,9 48,7 49,2 62,3 63,7 64,8 67 68,2 69,3 70,7 72,1

Sensor Thermocouple Tipe K

Hasil pengujian sensor didapatkan dengan cara mengukur tegangan keluaran dari thermocouple yang dibandingkan sensor dengan data yang tertampil pada alat ukur lain yang dianggap sebagai standar (Shimaden

Gambar 9 Linieritas Sensor Thermocouple Tipe K

SR72). Hasil pengujian digambarkan seperti Dari

pada Tabel 1.

Tabel

1 dan

Gambar

9 terlihat

bahwa kenaikan suhu tiap 1 °C sebanding dengan kenaikan tegangan keluaran sensor thermocouple sebesar ± 0,056 milivolt dan mempunyai nilai linieritas sebesar y = 0,0056x + 4,9808


82


SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 Pengukuran

Suhu dengan Alat Pembanding

&J 70

Pengukuran ini dilakukan dengan tujuan mengetahui hasil pengukuran dengan alat ini telah sesuai dengan suhu sebenamya yang diukur dengan alat ukur. Setelah penguiruran kenaikan suhu pada sensor dengan alat pembanding Merk Shimaden type SR72, hasil yang diperoleh dimasukkan dalam Tabel 2. Dicantumkan pula selisih pengukuran antara suhu alat dan suhu pembanding .. Tabel2. Pengujian Suhu dengan Alat Pembanding Suhu Ala!

Suhu Pembanding

!::.Suhu

(Celcius)

(Celcius)

(Celcius)

37.647 56.470 75.294 70.588 103.529 127.059 150.588 183.529 207.059 221.765

35

2.647 6.47

254.118 282.353 305.882 320.000 338.824 348.235 357.647 371.765 390.588 409.412 432.941 461.177 475.294 512.941 541.177 569.412 583.529 602.353 616.471 654.118 705.882 720.000 724.706 771.765 785.882 847.059

50 70 90

100 125 150 180 200 215 250 275 300 310

325 340 350 365 380 400 425 450 470 500 530 550 575 590 600 640 690 700 730 780 800 850


200

400

Em

IIOJ

1(0)

1200

Suhu (Celclu"l

Gambar 10. Pengujian Suhu dengan Alat Pembanding

Dari Tabe12 dapat digambar grafik seperti pada Gambar 10. Didapatkan persamaan linieritas y = 0,9953x - 43867 dengan perbedaan suhu dengan alat pembanding (ll suhu) sebesar 9,085. Hal ini disebabkan karena sensor pembanding dengan sensor alat yang digunakan memiliki karakteristik yang berbeda

5.294 19.412 3.529 2.059 0.588 3.529 7.059

KESIMPULAN

6.765 4.118 7.353 5.882 10.000 13.824 8.235 7.647 6.765 10.588 9.412 7.941 11.177 5.294 12.941 11.177 19.412 8.529 12.353 16.471 14.118

Dari penelitian yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut. Telah berhasil dibuat sistem kontrol suhu digital berbasis mikrokontroler AT89C52 dengan waktu operasi yang dapat ditentukan oleh pengguna (user). Batas ukur yang dapat dicapai alat pengukur suhu dari 0 sampai 1200 °C , ADC yang digunakan sebagai pengubah tegangan analog menjadi digital menggunakan ADC 0804, 8 bit dengan tegangan referensi yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Uji komparasi dengan alat Shimaden type SR72 diperoleh perbedaan (ll) suhu rata 9.085 hal ini disebabkan karena sensor pembanding dengan sensor alat yang digunakan berbeda dan memiliki karakteristik yang berbeda. UCAPAN TERIMA KASIH Diucapkan terima kasih kepada saudara Alfian mahasiswa STTN yang telah banyak membantu melaksanakan penelitian ini, Kepala BEM - PTAPB, Staf BEM beserta rekan-rekan yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, sehingga kegiatan ini dapat berjalan dengan baik.

15.882 20.0 5.294 8.235 14.118 2.941

83

Sekolah Tinggi Teknologi Nuk/ir- BATAN

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006

DAFT AR PUST AKA 1. PARIMUN, 1998/1999 "Kontrol Suhu pada Furnace Reduksi dengan Relay", Tugas Ahir, PPNY - BATAN Yogyakarta TANYAJAWAB Pertanyaan

1. Kemudahan apa yang diperoleh user dari hasil penelitian Anda, terutama penambahan tampilan analog ke digital? 2. Mengapa Anda memilih tipe ADC 8 bit dan temyata menghasilkan kesalahan 9,8 °C pada tampilannya? 3. Adakah prospek finansial pengembangan alat yang Anda buat? (Subari) 4. Apa yang dimonitor pada rancang bangun tersebut? (Teguh S ) 5. Berapa sampling time yang digunakan? 6. Pada kesimpulan, ada perbedaan hasil sebesar 9,085. Mengapa dapat terjadi dan seharusnya dapat dieliminir atau diperkecil? 7. Pada gambar skema rangkaian tidak tampak keypad, padahal Anda sebutkan bahwa suhunya dapat di-entry dari keypad? (Sukarman) Jawaban

1. Dengan tampilan digital pengamatan dapat lebih cermat. 2. Pada penelitian ini kami coba dengan ADC 0804. Menurut spesifikasi, mampu dipakai pada alat tersebut. 3. Ada. 4. Untuk memonitor suhu furnace yang terprogram. 5. Belum saya amati 6. Karena ada perbedaan detektor yang dipakai. 7. Maaf gambar tidak komplit

Daftar Isi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

84


RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL SUHU FURNACE BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C52

Recommend Documents