RANCANG UNTUK
219
ISSN 0216 -3128
Subari Santoso,dkk.
BJ.\.NGUN SISTEM MONITOR
--~
CEROBONG
DEBU KONTINYU
INDUSTRI.
Subari Santoso,Eko Priyono daD Otto:Pribadi Ruslanto P3TM-BATAN. Yogyaka..ta. .P3KRBiN-BATAN
Jakarta
ABSTRAK RANCANGBANGUNSISTEM MONITOR DEBU KONTINYU UNTUK CEROBONG INDUSTR/. Telah dirancang don dil)uat rangkaianantarmukadon rangkaianelektronik-mekaniksistem monitor debu kontinyu untuk cerobon~:industri menggunakanPC. Rangkaianantar muka terdiri dari; kartu pencacah D8253C. perantara parale/ I/O D8255AC don rangkaian pemi/ih penga/amat 74LS138 don 7420. Rangkain e/ektronik ter,iiri dari : rangkaianpenguat arus untuk menggerakkan2 buah motor stepper digunakansebagaipenjl!pit dan penggulungkertasserlopenyalaansistempompa 220Vac dan penyalaan sirene. SedangkanrangA:ainmekanikberupasistembox untukpengemasanrangkaian penguat arus motor stepper don relay serlo sistem mekanikuntuk penempatandetektor beta dan a/iran udara dalam pipa denganmenggunakanpompa hisapKNF Neuberger.Kartu antarmukadilengkapi denganperangkat lunak untuk membaca konsentrasidebu. menyimpanfile. mencetakdon membaca ulang cacah yang te/ah dilakukan. Sistemdihubungkandenganrangkain elektronikuntuk mengaktifkansistemdetektoragar dapat mencacahsampeldebu ,Icontinyu untuk cerobongindustri. Pengujian terhadapmotor steper menunjukkan hubunganlinier antara'!.udutyang diinginkandon sudutyang sebenarnya, dengandeviasi statidar = 0.527 % don pengujian terhadapD8253C-2menunjukkan/inearitasyang baik dengankoefisien/inieritas sebesar
0.9999.
ABSTRACT DESIGN AND CONSTRUCTION OF CONTINUE DUST MONITORING SYSTEM FOR INDUSTRIAL STACK. The interface and electronic mechanic device of continue dust monitoring system for industrial stack have been designeti and constructed. These inteface consist of counter card IC D8253C, IC parallel peripheral interface I/O D8255AC, address selector IC 74LSl38 and 7420. The electric part contains of current amplifier as step,permotors driver, 220 vac pump system. relay and alarm system. The mechanic part consist of stepper nlotor, relay, beta detector and the pipe airflow using KNF Neuberger inhalation pump. The interface card was completed with software for reading the dust concentration, safing the file. reading the counting file. The system was connected with electronic circuit to activate detector s,vstemfor counting the continue dust sample of industrial stack. The test ofstepper motor show the linearity between the expected angle and t,lte real angle with the standart deviation of0,527 % the test of D8253C-2 show a good linearity by linear coefficient of 0,999.
PENDAHULUAN P .erkembangan industri di Indonesia yang tumbuh dengan pesat se\ain berdampak positif
bagi
pendapatan negara dan
masyarakat,
juga
kesejahteraan
berdamipak negatif
karena
potensinya untuk mencemari lingkungan misalnya asap dari industri yang mencemari udara. Pencemaran udara oleh parti~:el-partikel padat halus dalam debu dan asap dapat menurunkan kualitas lingkungan yang kemudian dapat menurunkan kualitas hidup masyara~:atnya. Pemanfaatan teknologi komputer di berbag~aibidang berkembang dengan pesat, seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Kelebihan-kelebihan komputer sebagai alat ukur dan otomatisasi berbagai proses menjadikannya banya~~diterapkan di industri (1.7).Untuk memperoleh hasil yang lebih baik dan
-
pekerjaan menjadi lebih efektif maka telah dirancang dan dibuat rangkaian antan11uka dan rangkaian elektrik-mekanik sistem monitor debu kontinyu untuk cerobong industri yang dikendalikan oleh personal komputer IBM. Salah satu bagian sistem otomatis tersebut adalah pembuatan rangkaian antan11ukayang terdiri dari pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak. Rangkaian antan11ukaterdiri daTi : Sistem Pencacah pulsa TTL D8253C-2, rangkaian pengalamat, perantara data paralel D8255C-2, rangkaian penguat arus dan motor steper. Rangkaian antan11ukaini dihubungkan dengan sistem mekanik penghisap debu daTi cerobong industri melalui pipa penghisap dan menempelkan sampel pactapita kertas untuk dicacah koefisien atenuasi debu. Data yang diolah oleh komputer adalah be saran logika TTL yang diambil daTi keluaran sistem pengkondisi sinyal keluaran
Proslding Pertemuan clan Presentasl IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002
ISSN0216-3128
220
.detektor beta, sebagai masukan dari system pencacah D8253C-2 dan hasiinya akan diolah dan ditampilkan pada Iayar monitor atau dicetak pada kertas printer. Agar dapat melakukan pencacan secara kontinyu tiap-tiap sampel dicacah pada posisi kertas yang berbeda dengan menggulung pita kertas tempat sampel diletakkan. Paralel Pheriperal Interface 8255 sebagai unit .keluaran data kendali untuk sistem pengatur posisi pita kertas melalui putaran motor stepperl agar pada posisi yang diinginkan dan motor stepper 2 merapatkan lempeng penutup sampel. Untuk keperluan ters.ebut maka sistem monitor debu cerobong dilengkapi
Subari Santoso,dkk.
dengan sistem interface yang merupakan sistem pengendali selama sistem pemantauan dioperasikan (2,3). Untuk itu perlu dibuat alat yang dapat menjalankan & memantau proses secara otomatis dengan memanfaatkan teknologi komputer.
TATA KERJA DAN PERCOBAAN Prinsip Kerja Perangkat Keras. Perancangansistem Monitor Debu Kontinyu Untuk Cerobong lndustri ditunjukkan pactaGambar 1.
Gambar 1. Perancangan Sistem Monitor Debu Kontinyu Untuk Cerobong Industri.
Prinsip kerja pembuatan Sistem Monitor Debu Kontinyu Untuk Cerobong Industri adalah sebagai berikut: . -Sampel debu cerobong dihisap pompa dan menempel pada kertas cuplikan. -Sampel dideteksi oleh detektor beta yang telah diaktitkan HV, dilengkapi dengan pre amplifier, amplifier dan sistem pengkondisi sinyal dan digunakan sebagai masukan sistem pencacah
D8253C-2. -Melalui rangkaian antarmuka data masuk ke personal komputer sebagai unit pengontrol dan pemrosesdata yang utama. -Komputer mengolah, menyimpan atau mencetak data hasil pembacaan. -PPI 8255 sebagai unit keluaran data kendali untuk sistem pengatur posisi pita kertas melalui putaran motor stepper1 agar pada posisi yang diinginkan dan motor stepper 2 merapatkan lempeng penutup sampel. -Sistem penguat arus dan relay untuk mengaktitkan pompa hisap dan penyalaan sirene jika kertas sampel mendekati hahis. -Perangkat
lunak mengolah data dan melakukan
1. Pompa HisapKNF NeubergerModel NO22 AFP, SN142426 dan Electronic Siren NSH-2020M Pompa hisap yang digunakan adalah buatan Jerman dengan kapasitas hisap (flow rate) 12,5 lpm, beroperasi pada 220V AC, 50 Hz, IAmpere. Pompa berfungsi sebagai penghisap sampel dari cerobong dan sampel akan menempel pada pita kertas untuk selanjutnya dicacah oleh sistem pencacah 8253. Sistem pompa diaktitkan oleh PPI 8255 dan hanya menggunakan 1 bit data. Keluaran PPI8255 dikuatkan oleh rangkaian penguat arus dengan kemampuan arus sampai dengan 3A. Keluaran rangkaian penguat arus digunakan sebagai masukan sistem On I Off relay lOA dan dikendalikan dengan menggunakan perangkat lunak dari komputer. Sistem komputer akan mengaktitkan pompa sesuai dengan masukan waktu Gam,menit,detik) yang diberikan oleh user dan komputer akan melakukan analisis lebih lanjut. Perangkat lunak juga akan mensensor gulungan ketras pita tempat sampel dengan menghitung jumlah putaran yang telah dilakukan dan akan mengaktitkan rangkaian penguat arus yang berhubungan dengan relay gan elctronik siren sebagai peringatan untuk penggantian pita kertas sampel.
proses pencacahansampel berikutnya.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002
221
ISSN 0216-3128
Subar;Santoso, dkk.
2. Blok Diagram SistemPencacahD8253C-2. Rancang bangun sistem pencacah puIsa dari detektor beta terlihat pada Gambar 2
Pencacahan pulsa oleh adalah sebagai berikut : .Pencacahan
sis1:empencacah D8253C
sumber stan,:lartclan dibaca sebagai
10
.Motor stepper1 menarik pegas clan pompa penghisan ON, proses pengambilan sampel dilakukan clan dicacah sebagai 1I .Motor stepper2 menggulung kertas untuk cacah sampel berikutnya clan setelah dilakukan berulang-ulang pita kelrtas akan habis maka elektronik siren akan berbunyi. .Dengan mengetahui dengitas pita filter bersih xl clan densitas lapisan partikel debu yang men empel filter x2, maka koefisien atenuasi f.l .1
= 10 exp(-f.l(xl+x2))
.Penguat arus untuk mell1gaktifkan relay terdiri dari 2 buah untuk menghidupkan dan mematikan sistem 220'f'AC pompa penghisap dan penyalaan peringatan kertas mendekati habis electronic siren.
Susunan rangkaian antarmuk;a ditunjukkan Gambar 2, terdiri dari :
pada
1. Programmable timer/counter IC 08253C-2 digunakan sebagai pencacah pulsa keluaran dari detektor beta. PIT8253 mempunyai data 8 bit (00-07) yang dapat dihubungkan secara paralel dengan data bus komputer untuk dianalisis lebih lanjut. 2. PPI 08255C-2 berfungsi sebagai perantara keluaran paralel 3x8 bit data digital dan difungsikan sebagai penggerak 2 motor steper, penyalaan pompa penghisan dan peringatan kertas mendekati habis dengan bunyi siren. 3. Rangkaian penguat arus tersusun dari transistor BC141, TIP3055, resistor dan diode IN4007, berfungsi sebagai rangkaian penguat arus untuk gerakan motor steper. 4. Oekoder 74138 dan 7420 digunakan untuk menentukan alamat dari kartu interface yang dibuat, dalam hal ini dipilih alamat 260-263H dan 3EO-3E3H. Pemilihan alamat ditunjukkan pada Tabel I.
3. Susunanrangka;an antarmuka Tabell. Sistempemilihanalamatkartuinterface.
A9, A6, bl dan AS digunakan sebagai masukan lC 7420 dan jika ke 4 masukan tersebut berlogik I maka keluarannya adalah O. Keluaran ini digunakan sebagai pembuka sinyal G2B dari lC 74138. A8 berlogik 0 digunakan untuk mengaktifkan sinya
G2A dari IC 74138, karena IC 74138 mempunyai 3 buah sinyal maka ada 1 sinyal lagi yang harus diaktifkan yaitu G I. Sinyal G 1 aktif 1 dan diaktifkan dengan menggunakan IC 7420 dengan memberikan masukan berlogik 1 pada ke 3
Prosiding Pertemuanl dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002
222
ISSN0216-3128
Subari Santoso,dkk. -~
masukannya dan logik 0 daTi masukan yang ke 4 diambil dari AEN aktif 0 jika komputer membaca alamat ini. Untuk memilih alamat 260-263 kondisi A4, A3 dan A2 adalah 000 dan digunakan sebagai selektor dari IC 74138 yaitu masukan ABC dan akan mengaktitkan keluaran nomor 0 (YO) berkondisi 0 yang dapat mengaktitkan chip select dari IC D8255C-2 untuk gerakan motor steper melalui PAO-PA3. Alamat 26C-26F menggunakan keluaran Y3 dari dekoder 74138 untuk mengaktifkan pencacah D8253C-2. Alamat 260H-263H dan 3EOH-3E3H dibaca oleh personal komputer dengan menggunakan program Turbo Basic.
kestabilan sistem pencacah D8253C-2. Percobaan kalibrasi sistem tersebut dilakukan dengan cara memberi pulsa masukan dengan frequensi 0, I-I Hz dan waktu cacah 10 menit dan didapatkan data pacta Tabel 2 dan grafik pacta Gambar 3.
Tabel2. PengujianSistemPencacahD8253C-2. Cacahrata-ratawaktu = 10 menit Freq.FG (Hz) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Percobaan yang dilakukan adalah menguji kestabilan sistem pencacah D8253C-2 dan ketepatan sudut pemutaran R potensio oleh gerakan motor steper.
Cacah seharusnya 60 120
Hasil
cacah 58 121 178 235 298 354 416 481 536 598
180 240 300 360 420 480 540 600
Pengujian PencacahIC 8253 Percobaan yang dilakukan menggunakan sumber frequensi Kenwood FG 273 untuk menguji C(¥Ja/2 C~c~h
y~n~
~ih~ill
700 600 500 400 300 200 100 0
c~ah
0
0.2
0.3
0.4 Cacah
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
~..anw:.iinw:inkan
Gambar 3. Grafik /inearitassistempencacahD8253C-2. Total data Nilai minimum
= 10 nilai maximum = 58
Koefisien korelasi
= 598
r squared
= 0,9994539 Koefisien b
koefisien a
= -1.8
= 0,9997
Dengan menggunakan paket program yang tersedia (Havard Grphics), maka dari Tabel 2 diperoleh perhitungan koefisien korelasi r, a, b, seperti pacta Gambar 3. Pacta Kalibrasi tersebut terlihat adanya sedikit penyimpangan hasil cacah, untuk frequensi pulsa masukan 0,1 -I Hz dicacah selama 10 menit. Hal tersebut karena dalam mengatur frequensi pulsa masukan tidak tepat, sedikit acta pergeseran dalam memutar tombol saat mengatur frequensi pulsa masukan (sulit mendapatkan pulsa masukan yang stabil).
=59,6909091
Pengujian Motor Steper Tanggapan yang diuji adalah besar sudut yang dihasilkan oleh motor steper terhadap masukan yang diberikan. Pengukuran sudut dilakukan dengan cara memberikan busur sudut pada motor steper yang telah diberi jarum penunjuk. Hasil pengukuran sudut memberikan data sepertiTabel 3. Dari Tabel 3 terlihat bahwa hubungan antara sudut yang diinginkan dan sudut yang sebenamya adalah linier yang berarti bahwa sudut yang sebenamya tidak terlalu berbeda dengan sudut yang diinginkan.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002
~ !! -k
Subari Santoso,dkk.
ISSN 0216 -3128
Pactapenelitian ini digunak~n waktu lunda 50 mili detik dengan deviasi standar 0.527%. Grafik
223
pengukuran sudut yang dikehendaki dan basil percobaan dimnjukkan pactaGambar 4.
Tabel3. Rata-ratahasi!percobaanpengukuransudutmotorstepperbebanminimum. Sudutyang
Sudut yang dihasil Sudutyang kanPeriode50 ms diinginkan 7.0 187.2 14.5 194.4 21.5 201.6 28.5 208.8 36.0 216.0 43.5 223.2 51.0 230.4 57.5 237.6 65.0 244.8 72.0 252.0 80.0 259.2 87.0 266.4 93.5 273.6 101.0 280.8 108.5 288.0 115.5 295.2 123.0 302.4 130.0 309.6 137.0 316.8 144.0 324.0 151.5 331.2 159.0 338.4 165.0 345.6 173.0 352.8 180.0 360.0
~i~ginkan 7.2
14.4 21.6 28.8 36.0
43.2 50.4 57.6 64.8
72.0 79.2 86.4
93.6 100.8 108.0 115.2 122.4
129.6 136.8 144.0 151.2 158.4 165.6 172.8 180.0
Sudut yang dihasil kan Periode50 ms 187.0 194.0 202.0 209.0 216.0 223.5 230.0 238.5 245.0 252.0 259.0 266.5 274.0 281.0 288.0 295.0 302.5 309.5 317.0 324.0 331.0 338.5 346.0 353.0 360.0
400 350
Iii
j
300
~
,i--.r
.-t::::
250
i-I
II
,1,j
200 150 100 50
0
-':--j
~
I
1--5
9
13
-SIJdut
yang
diingink3n
-sudut
Y3ng
dih 3silk3
i
I
I j
I
II
21
n to
= 50
m s
Gambar 4. Gr(;ifik pengukuran sudut putar motor steper (v = sudut, n = pengukuran).
KESIMPULAN Oari hasil Rancangbangun Sistem Monitor Oebu Kontinyu Untuk C~~robong Industri., clan pengolahan data dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
Telah dilakukan Rancangbangun Sistem Monitor Oebu Kontinyu Untuk Cerobong Industri yang dapat meningkatkan efisiensi kerja didukung perangkat lunak untuk memudahkan sistem operasional.
Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002
ISSN0216-3128
224 ~
2. Dari hasil pengujian pencacah D8253C-2 didapat grafik linearitas yang cukup bagus dengantotal data 10, nilai minimum = 58, nilai maximum= 598, koefisienkorelasi 0.9997,r = 0,9994,koefisiena = -1.8, koefisienb= 59,69 3. Dari hasil pengujian terhadap motor steper didapatkanhubunganlin,earantara sudut yang diinginkan dan sudut yang sebenamyadengan deviasi standar 0.5 %. lni berarti bahwa sudut yang sebenamyatidak terlalu berbedadengan sudutyang diinginkan. 4. Perangkatlunak yang telah dibuat mempunyai kemampuan untuk mengaktitkan antarmuka guna melakukan proses pengukuran dan memanggil file yang telah disimpan atau mencetakfile sebagaidatakeluaran.
DAFT AR PUSTAKA Otto Pribadi Ruslanto, Proposal Riset Unggulan Terpadu VIII, Jakarta 1999. Lewis C. Eggebrecht "Interfacing to the IBM Personal Computer" Howard W. Sams & Co. Inc. Second Edition, Fifth Printing, Sams, Indiana 46032 USA, 1992.
2
3
PPNY-BATAN, Kumpu1an Makalah Seminar Sehari Pepe!llbuatan Mesin Berkas E1ektron 500 keV/10 mA., Yogya~arta, 16 Januari 1996.
4
Subari Santoso, Rancangbangun Eluiter dan Sistem Kendali Konduktometer, Presentasi Ilmiah 16 Desember 1996. Wie, Yap, Ir., Turbo Basic clan Ap1ikasinya, Andi Offset, Yogyakarta, 1994 Kadir, Abdul, Trik dan Teknik Pemrograman Turbo Basic, Andi Offset, Yogyakarta, 1987 IAEA, Interfacing in Nuclear Experiment Part 2 Basic Experriment, University, 1990
IAEA,
Chiang
Subari Santoso,dkk. -
-
May
TANYAJAWAB Jumari -Berapa Counting maksismum yang yang direncanakan mengapa dalam pengujian counter hanya memakai frekuensi rendah ?
---
Apakah penyimpanganbasil pengujian counter sudahmemenuhisyarat? Subari Santoso -Counting maksismumyang yang direncanakan sekitar50 000 cacahper 3 menit dan disediakan (dalam softwere) FFFF Hex atau 64 KB (kilobyte)atau 65635cacahper 3 menit,ternyata dalamekperimen yang sebenarnya dengan menggunakansumber radiasi PM 147 dengan jarak 1 cm menghasilkancacah 80805 cacah denganwaktu cacah 200 detik atau 3 menit 20 detik. Hal tersebutdiatasi dengan membuatsub routine program sehingga cacah maksimum 2 kali lipat dari sebelumnyayaitu 128 KB atau J3127cacahmaksimum.Dalam pengujian hanya dilakukanpengujian hardwereinterfacecounter. -Penyimpangan hasil cacah memenuhi syarat teknis karena sangat kecil yaitu pada grafik linearitas hasil perhitungan software Havard Graphic koefisienkorelasi0,9997 dan r squared = 0,9994.
Trimarji Atmono -Pacta uji coba system monitor ini digunakan frequensi dalam orde Hz, apa alasannya, mengapa tidak kHz dengan harapan noise yang lebih kecil. -Berapa besar efisiensi dari system monitor yang direncanakan ? -Apakah sudah dijalin kerjasama dengan suatu industri ?
Subari Santoso -System cacah untuk mengambil cuplikan yang direncanakandalam orde detik (cacah rendah) sehinggacukupmengujiperangkat keras counter dalam orde Hz. namun software dapat menyesuaikanjika cacah meningkat dengan menambahkan sub routine tertentu. -Untuk menentukan efisiensi system monitor secara keseluruhan sangat terkait dengan pekerjaanpeneliti lain misalkanefisiensimekanik pengambilansample. systempompa hisap. dan systempencuplik sedangkan system elektronis otomatisasimempunyaikoefisienkorelasi 0.9997. -Kerja sarna dengan industri sedang dirintis karenapenelitian ini melibatkanPUSARPEDAL.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002
