Sudiyanto, dkk.
ISSN 0216-3128
187
RANCANGBANGUN KENDALl SPEEDIVAL VE PADA UNIT V AKUM MBE Sudiyanto, Taxwim, Eko Priyono P3TM -BATAN
:LlLt
ABSTRAK
J
.i-
RANCANGBANGUNKENDALl SPEEDIVALVE PADA UNIT VAKUM MBE. Telah ditakukan rancangbangunkendalispeedivalve pada unit vakumMesin Berkas Elektron (MBE).Lewatke/uaran digital antarmukaPCL-718AdvanTechdapat mengendalikancatu daya khususyang dilengkapi konektorD-9 (4X2)masukandigital untukpengaturanputaransteppermotor.Padacatu dayatersebut tersedia dua konektor keluaran D-9(4X2) yang menyediakandaya +5volt\ 1,5 Ampere ul(tuk menggerakandua steppermotor. Sebuahunit perangkailkopeiing(antara as speedivalvedenganas motor)dirancangmenggunakan dua piringan plexyglass(dilengkapi"0" ring), batangaluminium segi empatyang bergerakdi dalamlubangplexyglasberbentuksegi empatpula. Saarmotor berputarakan memutar batangaluminium segi empatsambitbergerakke atas\ ke bawah mengikuti alur mekanik speedivalve.Perangkatlunak dalamTurbo-Pascal7telah dikembangkandenganketelitianputaran 0,9 derajat radiall stepuntuk kendali speedivalve dari jauh lewatlewat SistemInstrumentasiTerdistribusi. Dua microswitchterhubungke tegangan+5volt,masukandigital PCL-718,dan tanahyang terpasang padaposisi teratas(terbukapenuh)dan terbawah(tertutuppenuh)untukpengamansistem.
ABSRACT DEVEWPMENT OF SPEEDIVALVE CONTROUER ON THE VACUUM UNIT OF AN ELECTRON BEAM MACHINE. The development of speedivalvecontroller on the vacuum unit ofan Electron Beam Machine have beendone. By using the digital out of pc£- 718 interface allows the controller to be used on the power supply equipedwith two D-9 digital inpur conne~tor .This power supply to be usedfor two stepper motor manipulations) offer +5 Voltl l,5Amp power. This' controller dl:.!jg,!ed with an axle coupling (between valve axe and motor axe) using plexyglass discs with "0 Ring", and square all4!!J:iniumbar covered with a square hole ofplexyglassattached on the motor. U'henthe motor is running it will rotating a square bar, and speedivalvewill be openlshut. The application software have been developed using Turbo Pascal-7 allows the sistem turn 0.9 radia/! step, control can be done remotlyfrom the distance in the Distributed Instrumentation Sistem. Two microswitchs connected to the +5 V valtage source, ground and digital input of PCL-718 attached at the top (fully open) and the buttom position (fully closed) of the speedivalve .This additional sensor (tools) enable the controller system automatically sences the warning logic status,and immediatelyafter canceled theju.-:!;::rmore running instructions to ensures the over current p~n on theste~l!:!-~otor.
PENDAHULUAN S ecara umum Mesin Berkas Elektron merupakan akselerator di Pusat Penelitian Pengembangan Teknologi Maju, BAT AN Yogyakartayang khusus berfungsi untuk mempercepatpartikel bermuatan negatip yang berupa elektron. Partikel elektron ini setelah dipercepat akan memperoleh energi kinitik yang cukup tinggi yang dapat diaplikasikan untuk berbagai tujuan antara lain untuk memperkeras permukaan materi seperti kayu, kabel, alat-alat logam bagian dari unit mekanik berat sehingga tahan menerima gesekan keras dan lain-lain. Oi dalam Mesin Berkas Elektron sistem vakum merupakan bagian penting yang perlu mendapat perlakuan khusus , urutan operasional pompanya diawali dengan pompa rotari yang berfungsi Prosldlng
mencapai tingkat kevakuman 10-2 Torr dimana ruang vakum dianggap cukup bersih dari partikel debu kasar, selanjutnya pompa difusi dihidupkan untuk meningkatkan kevakumannya hingga 10-7 Torr. Urutan pengoperasian kedua jenis pompa tersebutharus dipenuhi agar tidak timbul kerusakan pada sistem vakum terutama pompa difusinya, untuk itu diperlukan manover buka\tutup dua speedivalve buatan Edward. Secara manual telah dapat dioperasikan saat mencoba sistem vakumtanpa mengoperasikanbagian tegangan tingginya, namun hila tegangan tinggi sistem pemercepat partikel dan sumber ionnya telah berfungsi tidak akan mungkin mengoperasikan secara manual mengingat radiasi gamma sudah cukup berbahaya bagi operatornya. Untuk mengatasi hal tersebut telah dilakukan rancangbangunSistem lnstrumen-
Pertemuan dan Presentasl IImlah PenellUan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nukllr
188
ISSN 0216 -3128
Sudiyanto,dkk.
---
tasi Terdistribusi dimana pengaturan operasi dilakukan dari konsol kendali di ruang pengendali. Rancangbangun pengendalian speedivalve unit vakum menggunakan sistem antarmuka PCL-718 yang terpasang di PC pembantu ( slave PC), dari fasilitas luaran digital dikeluarkan 2X4 buah data bus yang membawa instruksi program untuk memutar stepper motor ke kanan maupun ke kiri sesuaidengan urutan operasionalnya.Terdapatdua buah stepper motor yang telah dilengkapi dengan sistemkopeling as motor denganas speedivalvedan sebuah penyedia daya khusus yang mampu menerima instruksi digital dari PC pembantu, sehingga melalui mouse di atasgambar citra sistem vakum di layar monitor PC kendali di ruang pengendali operator dapat melakukan buka\tutup speedivalve dengan aman. Pemantauan tingkat kevakuman sistem vakum juga dapatdilakukan dari PC pengendali menggunakan antarmuka RS-232 khusus buatan Pfeiffer Vacuum yang terpasang di sistem pompa difusinya. Rancangbangun sistem pengendali vakum ini baru menanganispeedivalve saja, untuk valve pncumatik yang actabelum diteliti karena sarana kendalinya yang berupa selenoid valve dan kompresor belum terbeli, valve pneumatik berguna untuk mempertahankantingkat kevakuman terakhir sistem vakum mesin berkas elektron hila actagangguanlistrik tiba-tiba mati. Perangkatlunak sistem pengendalivakum telah dibuat dalam Turbo Pascal-7 dipadukan dengan citra gambar sistem vakumnya yang dibuat denganPaintbrash,di dalam menu instruksi pemutaran stepper motor baik ke kanan maupunke kiri dapat dipilih langkah pendek, menengah atau panjang sehingga operator dapat menyesuaikanpilihannya. Sistem pemantautingkat kevakuman baru dalam proses pengadaan clan disiapkan untuk secaraterpadudapat dimonitor dari PC pengendali,sehingga sepenuhnya operasional sistem vakum dapatdiintegrasikanke dalam Sistem lnstrumentasiTerdistribusi mesinberkaselektron.
TATA KERJA & PERANCANGAN Rancangbangunbagianmekanik pengendali speedivalve didasarkanpada konsepmerubahgerak putar dari motor stepperke gerak translasi. Untuk rancangbangununit kopeling as speedivalvedengan as stepper motor maka dikembangkan alat pengkopel as speedivalve dan as steppermoturmenggunakan plexyglass dan aluminium. Dengan melakukan pengkopelan dua buah as telah berhasil mengubah gerak berputar torsi dari stepper motor menjadi gerak translasi ke atas (membuka speedivalve) maupunke bawah ( menutupspeedivalve). Keberhasilan gerak tersebut berkat alur dalam speedivalvetersambungbatang Al berbentuk Proaldlng
segi empat yang berada di dalam lubang plexyglass berbentuk segi empat pula, sehingga pacta saat motor berputar searah jarum jam akan bergerak turun daD menutuk valve, sementaraitu saat motor berputar kebalikan jarum jam akan menaikan pengkopel bagian bawah daD valve akan terbuka. Tampang lintang unit pengkopel ditampilkan pacta Gambar I. daD Gambar 2, secara rinci sedikit mendasar. Perangkatlunak dikembangkandalam Turbo Pascal-7, dipadukan dengan citra gambar sistem vakum dibuat dalam Paintbrash. Untuk lokasi koordinat aktif pactacitra gambar ditandai format kotak dengan tulisan BUKA \ TUTUP di dalamnya yang diprogram untuk aktif saatmenerima CLICK, selanjutnya pointer program akan menuju ke susunan instruksi yang menggerakansteppermotor. SaatCLICK dikenakan pactakoordinat kotak berisi tulisasn BUKA segera mengaktifkan program memutar stepper motor ke kiri, untuk" memutar steppermotor sebesar1,8 0 radial ke kiri maka pacta empat buah pole motor diberi status logic berturutturut Hex 06,05,09,10. Sedangkanuntuk menutup valve stepper motor diputar ke kanan 1,80 dengan memberi instruksi logic berturut-turut 10, 09, 05, 06. hila diperlukan putaran sudut yang lebih besar misalnya 180 0 radial tinggai mengatur perangkat lunaknya untuk melakukan pengulangan instruksi (REPEAT) 100 X daD sebagainya. Untuk memonitor posisi valve terbuka\tertutup penuh ditambahkan alat pemantau berupa microswitch. Bila masih terbuka akan memberi tegangansebesar 5 volt denganstatus logic satu tetapi begitu tertutup akan langsung terhubung lewat tahanan 4K7 Ohm ke tanah sehingga statusnya logic nolo Dengan memonitor status logic dua buah microswitch tersebut dapat dihindari perintah salah dengan terns memutar steppermotor walaupun sudah sampai di posisi speedivalve terbuka penuh ataupun tertutup penuh, sehingga kelebihan arus saat stepper motor dialiri arus dalam posisi terjepit tanpa bisa berputar lagi dapatdihindari.
PEMBAHASAN Pengendalian speedivalve sistem vakum MBE menggunakan antarmuka PCL-718 High performance Data Acquisition Card yang memiliki kemampuan AID, D/A, D/!, D/G serta counter/timer. Speedivalve adalah valve mekanik buatan pabrik Edward yang akan dikendalikan clan berada di sistem vakum MBE, untuk itu telah dirancangbangun unit pemutarnya dilengkapi stepper motor dengan unit kopeling as dan plexyglass, aluminium clan batang aluminium segi empat. Pada saatsteppermotor berputarakan terjadi
Pertemuan dan Preaentaailimiah Penelltlan Daaar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Aguatu82001
den Teknologl
Nukllr
torsi
189
ISSN 0216-3128
Sudiyanto, dkk.
puntir,
dan
mengikuti
alur
mekanik
speedivalve. Untuk merubah gerak berputar ke gerak translasi saat stepper motor berfungsi saat motor berputar telah dikembangkan alat pengkopel antara as stepper motor dan as speedivalve, terdiri daTi plexyglass, batang AI. pejal segi empat yang dimasukan kedalam lubang segi empat daTi plexyglass. Disain mekanisnya ditampilkan pada gambar 1. dan gambar 2, Pada saat motor berputar searahjarum jam akan menurunkanbatangAI. segi
empat sambil berputar searah jarum jam sambil mendorong bagian bawah unit pengkopel untuk menutupsaluranspeedivalve. Pada saat motor berputar kebalikan arah jarum jam akan mengangkatbatangAI. segi empat sambil memutar kebalikan arah jarum jam bagian bawah pengkopel,dan akan membuka saluranspeedivalve. Naik dan turunnya batang AI. segi empat saat motorstepper berfungsi karena ulir mekanik yang berada di dalam bagian mekanik speedivalve itu sendiri
,
,- -..
---, ,
.. ,
I
' , ,
I
. : .
I I I
"0" riJ-Ig
at stJIIJp s: m.(Jj(IJ:'
I I I
I
( b8'dIJkm«LJbis )
-,
I
I
plaiAl.. -
' bat;iml; AI. segi 8"111'I
I I
I
playg1a.ss I I
..baJlt fegi 8Y'I'U" I
1Jle~f
I
I I
I
as
I I
r-J-1I
_J--I I
I
-t---
I
-r-
I
I
--r-
--1--
L--
_.!
Gambar I. Tampang /intang unit kopeUng speed;va/ve.
Prosldlng
Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Agustus2001
dan Teknologl
Nukllr
190
ISSN0216-3128
Sudiyanto,dkk.
Gambar2. Tampanglintang unit pengendalispeedivalve. .Jadi bagian atas unit pengkopel tcrpasang mati pacta dinding AI. vertikal yang menyusun pengkopel tersebut. Sebuah alat "0" ring terpasang di bagian
bawah pengkopel untuk memperhalus penyambungan as motor dan as valve. Pengendalian stepper motor dilukukan dari keluaran digital (0/0) antarmuka PCL-718 lewat konektor 20 pin, selanjutnya flat kabcl 20 pin yang keluar dari antarmuka dan terhubung di konektor 20-pin di catu daya khusus. Oari calu daya lcwat
konektor 0-9 Prosldlng
keluar 4 buah kabcl terhubung Pertemuan
dan Presentasilimiah P3TM-BATAN
Penelltlan Yogyakarta,
langsungke steppermotor. Untuk memutar kekanan 1,8 0 radial pada empat buah kutub motor nomor 1 diberi status logic 10, 09, OS, 06 lewat 0/0, sementara itu untuk melakukan hal serupa pada motor nomor 2 diberi status logic 10, 90, 50, 60 . Oengandemikian fasilitas 0/0 pada PCL-718 yang jumlahnya 8 buah dibagi dua, dimana 00 ,0 I, 02, 03 untuk pengendalianmotor nomor I, ~edangkan 04, OS, 06, 07 digunakan untuk pengendalian motor nomor 2. Untuk pengendalianmotor stepper dibuat sebuah catu daya khusus +15volt\I,5Amp Dasar IImu Pengetahuan 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nukllr
, Sudiyanto,dkk.
transistortipe TIP 3055 untuk setiapmotor stepper. Kedua jenis transistor tersebut disusun secara Darlington guna mendapatkanpenguatanarus yang cukup besar. Prinsip kerja dari rangkaian ini sebagai berikut : Jika pada masukan tidak diberi pulsa eksitasi, maka kedua transistor tidak bekerja, akibatnya Vcc=Vcc clan tidak ada arus yang mengalir di kumparan stepper motor. Tetapi hila pada masukandiberikan pulsa eksitasimaka kedua transistor akan bekerja clanteganganVcc menjadi nol sehingga terjadi aliran arus melalui kumparan motor stepper. Pengaturanpulsa eksitasi melalui fasilitas D/O (seperti penjelasan tersebut di atas) ke penyedia, keluarannyamasing-masingempatbuah kabel untuk setiap steppermotor lewat dua konektorD-9. Status micro switch yang terhubung ke Vcc +5 Volt clan tanah dipantau menggunakanfasilitas digital input
PCL-7I8. Di masing-masing unit pemutar stepper motor terdapatdua buahmicro sitchuntuksaranapemantau posisi di batasbawah\atas,sehinggaperangkatlunak sistem kendali dapat disusun untuk melindungi motor dari kelebihanarus dengancara membatalkan perintah melanjutkan menutup\membuka speedivalve saat statusmicro switch sudahmenunjukan tertutup\terbuka penuh. Pada gambar no.l diunjukan tampang lintang mekanisme perubahan dari gerak putar steppermotor menjadi gerak translasi
191
-sistem kendali dapat ditambah dengan sensor vakum tekanan rendah agar sistem kendali mampu beroperasi buka\tutup valve secara otomatis dan motor dapat diganti dengan motor lain yang lebih besardayanya.
UCAPAN TERIMA KASm Pada kesempatanini penulis banyak dibantu oleh saudara Umar Fauzi, teknisi Litkayasa dari Balai Elektro Mekanik P3TM-BA TAN Yogyakarta, untuk itu banyak diucapkanterima kasih.
DAFfAR PUSTAKA 1. Pemrograman Dengan Turbo Pascal-7 Oleh : Ediman Lukito, terbitan PT. Elex Media KomputindoKelompok Gramedia, Jakarta Th 1993
2. Rancangan Eluiter dan Sistem Kendali Konduktometer Oleh: Subari Santoso Dipresentasikanpacta:PresentasiIlmiah tgl.16 Desember 1996 di PPNY-BATAN Yogyakarta : PresentasiPeneliti Muda BAT AN 3. Dasar Disain Sistem Vakum MBE Darsono, Suprapto,Djasiman Buku Prosiding Pertemuan Dan PresentasiIlmiah Teknologi Akselerator Dan Aplikasinya, Volume 1 Nomer 1, Juli IQQ9
4. PCL-718 High Performance Data Acquisition Card User Manua 5. PC Based Industrial & Lab Automation ProductMasterCatalogVol.3.1
KESIMPULAN Dari hasil ujicoba di laboratorium atas rancangbangunsistempengendalispeedivalvedapat disimpulkan sebagaiberikut: -sistem kendali speedivalvedapat dikendalikan dengan ketelitian putaran sudut sebesar 0,9 derajat radial/ step -perangkat lunak berfungsi dengan baik pada saatmembuka\menutup speedivalvemaupun saatmemantaukedua posisi limit atas\bawah -gerakan mekanik unit kopeling as stepper motor dan as speedivalvetelah berfungsi baik, operasibuka\tutupvalve cukuphalus. -keberhasilan mekanisme b\Ik!\\.tutup valve terletak pada batang AI. segi empat dan sumuran segi empat pada plexyglass sehingga dua bagian peng-kopel dapat bergerak sendirisendiri saat bagian mekanik valve naik\turun dengan posisi motor harus tetap ( tidak ikut bergeraknaik\turun )
Prosldlng
.
ISSN0216-3128
6. Rancangan Otomatisasi Instrumentasi MBE 500KeV\IOmA Sudiyanto Buku "Prosiding Pertemuan Dan Presentasi IImiahTeknologi Akselerator Dan Aplikasinya, Volume 1 Nomerl, Juli 1999
TANYAJAWAB Soedardjo -Apakah perangkatlunak dapat mendeteksijika as speedivalve macet karena sering diputar kekanan -kekiri, sehingga alat seperti kunci L menjadiaus? -Apa fungsi master computer dan apa fungsi slave computer? Apakah dap~t dioperasikan sendiri-sendirisecaraindependence.
Pertemuan den Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM.BATAN Yogyakarta. 7 -8 Agustus 2001
den Teknologl
Nukllr
ISSN 0216 -3128
192
Sudiyanto, dkk.
Rotary berfungsi hingga 10 -2 Toor (valve
Apa sudah diperhitungkan berat komponen speedivalve,sehingga kecepatanputaran linier dengan naik-turunnya as (sumbu) ? masalah mekanik.
pompa difusi tertutup) . Setelah tercapai kevakuman 10. -2 Toor valve pompa difusi dibuka dan pompanya dihidupkan bersama-samapompa rotary.
Sudiyanto -Tidak ada sensor untuk speedivalvemacetyang ada hanyalah responnya yang lambat terlihat pada lambatnya menyentuhbatas alas / bawah. -Master PC di ruang kendali, slave PC di ruang MBE yang tinggi radiasinya. Slave PC berfungsi akuisisi parameter-parameteroperasi yang dikirimkan ke master PC, hanya CPU tanpa keyboard. tanpa monitor. -Stepper motornya fIXe (tidak bergerak) yang bergerakhanya unit kopeling dari batang kunci L dan plexy glas. ringan. Speedivalvenyajuga fIXe (diam). Bambang Supardiyono -Apabi!a sistem pengenda!i gaga! apakah pengaruhnyaterhadap sistemvakum. (merusak atautidak).
Sudiyanto
Prajitno -Apakah systemyang dibuat ini dapat diklasifikasikan sebagai system kendali ? Karena adanyafeedbaeck? -Bagaimana kalau listrik / catudayanyamati ?/off -Apakah
responbuka/tutupvalve sudah diukur ?
Sudiyanto -Dapat dikatakan sistem kendali karena ada unsur penggerak (motor) dan umpan balik (feedback)berupa sensor limit batas alas dan batas bawah menggunakanmicro switch. -Bila
catu daya mati ada valve pengaman menggunakansistempeneumatik untuksegera menutup mempertahankan kevakuman yang telah tercapai. -Secara khususbelum diukur, bahkan diperlambat geraknya untukfaktor keamananmotor dari segi over current.
-Kegagalan sistem kenda/i akan berakibat kerusakan pompa difusi yang peka pada debu kasar sehingga perlu di/indungi urutan operasinya.
-Prosldlng
PertBmuan dan Presenta.t
IImlah Penelltlan Da.ar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta,
7 -8 Agustu.2001
dan Teknologt
Nukllr
