APLIKASI MIKROKONTROLER PIC 16F84 P ADA OTOMA TISASISISTEM V AKUM T ABUNG PEMANDU NEUTRON

Eddy Santoso, Irfan H, Nadi S, dan Rifai M

Puslitbang Iptek Bahan -BAT AN, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang

ABSTRAK

APLIKASI MIKROKONTROLER PIC16F84 PADA OTOMATISASI SISTEM VAKUM TABUNG PEMANDU NEUTRON. Telah dibuatpengontrol otomatis sistem vakum Tabung Pemandu Neutron (NGT 1 dan NGT 2), dengan PIC16F84 sebagai pengontrol untuk mempertahankankevakuman pada tekanan antara 9x10"1 mbar sampai 5x10"3 mbar. Pada masing-masing TPN dipasang 2 buah sensor (pirani gauge), dankeluaran penguat sensomya dimasukkan ke komparator tegangan dan dibaca oleh mikrokontroler. Bila tekanan udara dalam salah satu NGT >9x10"1 mbar, mikrokontroler akan menghidupkan: pompa vakum, pompa turbo dan kran-kran selenoida sesuai dengan urutan yang telahdiprogram pada PIC16F84, sehingga kondisi kevakuman TPN dapat dipertahankan. Otomatisasi sistem vakum ini telah digunakan dengan baik diP3IB-BA TAN, untuk menggantikan kontroler lama buatan CILAS-ALCA TEL yang sudah rusak. Pada makalah ini diuraikan diagram blok, prinsipke~a dan pengujian kontroler otomatisasi sistem vakum NGT.

ABSTRACT

APPLICATION OF PIC16F84 MICRO CONTROLLER ON NEUTRON GUIDE TUBE (NGT) VACUUM SYSTEM. Neutron guide tubevacuum controller system has been constructed using the PIC16F84 microcontroller to maintain the NGT pressure between 9.10-1 mbar -5.10-3mbar. Two pirani gauges were installed as sensors and each output is connected to the voltage comparators, then micro controller reads the outputof comparator. If the pressure on NGT > 9.10-1 mbar, controller will start the vacuum system according to the programme which is installed onPIC16F84. Throughout this paper, block diagram, working principle and controller testing are discussed. This vacuum system controller has beenused in P3IB-BA TAN to replace the original controller due to aging and system failure.

PENDAHULUAN

Tabung Pemandu Neutron ( TPN ) adalahtabung yang digunakan untuk memandu berkas neutrondaTi suatu tempat ke tempat lain dengan resikokehilangan cukup kecil, untuk itu harus dioperasikandalam kondisi vakum. Kondisi vakum ini merupakansyarat utama daTi TPN yang berfungsi untuk melindungikerusakan pacta lapisan dalam (Ni 58) daTi oksidasi daDjuga untuk meminimalkan resiko kehilangan berkasneutron yang disalurkan [I]. Dari tabung berkas S-5Reaktor Serba Guna (RSG) G.A.Siwabessy, berkasneutron disalurkan ke peralatan yang acta di PusatPenelitian dan Pengembangan Iptek Bahan (P3IB)melalui dua buah TPN yaitu TPN 1 untuk alat SN2(SANS) dan TPN 2 untuk alat-alat : DN2 (FCDffD),SN3 (HRSANS) dan DN3 (HRPD). Sistem vakum terdirialas: Pompa mekanik, penyaring, pompa turbo, beberapasensor tekanan daD kran selenoida yang dikontrol secaraotomatis, sehingga kondisi kevakuman (tekanan)masing-masiny TPN dapat dipertahankan antara 9x1O-1sampai 5x1O. mbar [2]. Karena kontroler pengendali

sistem vakum ini rusak dan mahal untukmemperbaikinya, maka dibuatlah pengontrol otomatisdengan menggunakan mikrokontroler PICI6F84. Alasandipilihnya PIC 16F84 karena mikrokontroler ini cukupsederhana (hanya mempunyai 18 kaki dan 35 macaminstruksi) dan mempunyai kemampuan yang cukup baik[3] yaitu: kecepatan sampai 10 MHz, ada 4 macaminterupsi, mempunyai 13 kaki VO yang mudahdiprogram, dilengkapi 8 bit pencacah/pewaktu (TMRO)dan 8 bit prescaler, 1 KROM, 68 byte RAM, 64EEPROM dll.

Sistem kontrol otomatis ini diharapkan akanlebih sederhana dan jauh lebih murah dari kontroleraslinya serta dapat menggantikan kontroler lama yangrusak.

SY ARAT PENGOPERASIAN SISTEM V AKUM

Untuk mengoperasikan sistem vakum acta duapersyaratan penting yang harus dipenuhi yaitu: catu

65~, 6 J ;. 2001

A~ H~ PIC 16Fg4 ~ ~ ~ V'""-' T~ P~ Nu-t ~~,m

udara dan air bertekanan. Udara yang bertekanan antara 3-5 bar digunakan untuk membuka daD menutup selenoidvalve yang dikendalikan oleh rangkaian pengontrol relay.Air bertekanan 2 -4 bar digunakan untuk mendinginkanpompa turbo. Apabila kedua persyaratan ini tidakdipenuhi maka sistem tidak dapat dioperasikan. Untukmemonitor tekanan air pendingin daD tekanan udara,pada panel pengontrol dipasang LED indikator. Dalamkondisi normal LED mati dan hila salah satu dari LEDtersebut hidup berarti ada persyaratan yang tidakdipenuhi, maka sistem tidak dapat dioperasikan [4].

indikator bocor hidup dan sistem berhenti. Sebaliknyabila dicapai kurang dari 5 menit maka; PVI ditutup danPV2 dibuka untuk memvakumkan TPN 2 sampaimencapai tekanan ~ 9x1O-1 mbar. Apabila tekanan initidak dicapai dalam 3 menit maka PV dan PV2 ditutup,LED indikator bocor hidup dan sistem berhenti.Sebaliknya bila kurang dari 3 menit tekanan tersebutdicapai maka PV 1 dibuka untuk memvakumkan keduaTPN bersama-sama, dan pompa turbo hidup. Setelahtekanan pada kedua tabung mencapai 5x10-3 robar, makaPV ,PV 1 ,PV2 ditutup, pompa turbo mati, kran VV dibuka10 detik (venting ruangan pompa turbo) dan pompamekanik mati. Selanjutnya sistem pengontrol akanmemonitor tekanan pada kedua TPN. Bila tekanan>9xlO-l mbar maka sistem akan menjalankan pompasesuai dengan urutannya. Dengan demikian tekanan padakedua TPN dapat dipertahankan antara 9x10-l sampai5xlO-3mbar.

KOMPONEN SISTEM V AKUM

Sistem vakum TPN terdiri atas: Pompa mekanik(rotary pump), Penyaring (filter), Pompa turbo, 3 buahsensor tekanan vakum (vacuum gauge) dan 6 buahselenoid valve.Komponen vakum tersebut dirangkaikan seperti padaGambar I. Melalui rangkaian; penguat sensor, saklardaD relay dikendalikan oleh mikrokontroler PICI6F84sistem vakum akan bekerja sesuai dengan urutannya.Pada panel pengontrol dipasang LED indikator untuk:semua kran, pompa mekanik dan pompa turbo denganWarDa merah dan hijau. Merah menyatakan kran dalamkondisi tertutup dan hijau dalam kondisi terbuka.Demikian juga untuk pompa. hijau menyatakan kondisihidup daD merah kondisi mati.

I[~;~ ~

< ~?>~~~~~ T-T150.9mbar

VaI 5, 0-I VaI

PV,PVI lumpPompa mekanik mati

-sg-3-~~v.

stop

G)

Gambar 1. Instalasi Sistem Vakum TPN

PRINSIP KERJA SISTEM V AKUM

~---~=~=~;:~:: r--::::;:;_~~~.:~:~~-~~-_:>

v.

Pada kondisi awal semua kran tertutup danlampu indikator tekanan air pendingin daD udarabertekanan harus mati. Sistem vakum dapat dioperasikandengan menekan tombol start daD sistem akan bekerjasesuai dengan diagram alir kerja sistem vakum sepertipada Gambar 2.

Urutan kerja sistem vakum adalah sebagaiberikut. Setelah pompa mekanik hidup, kran PV dan PVIdibuka untuk memvakumkan TPN 1 sampai tekanannyamencapai $ 9x1O-1 mbar. Apabila tekanan ini tidakdicapai dalam 5 menit maka PV daD PV 1 ditutup, LED Gambar 2. Diagram alir kerja sistem vakum

~, 6' J~ 200166

+PV,PVI,PV2tutup.Pompa tlU-bo matiVV terbuka 10 detikPompa mekanik mati

A~ H~ PIC 16Fg4 t"k ~ ~ V~ T~ P~ N~w" ~J m

PERANGKATVAKUM

LUNAK OTOMATIS SISTEMHASILVAKUM

PENGUJIAN OTOMATIS SISTEM

Setelah dipelajari urutan kerja sistem vakum,dibuat perangkat lunak (program) nya dengannenggunakan bahasa assembler dan mengacu padadiagram alir Gambar 2. Isi program pada intinya adalahmenghidupkan ataU mematikan keluaran PICI6F84berdasarkan perhitungan yang diprogramkan ataupunberdasarkan satu ataU lebih masukannya. Pada PICI6F84ada 13 kaki I/O yang dapat diprogram sebagai masukkanmaupun keluaran. Dalam hal ini masing-masing keluaransensor dibaca oleh kaki masukan, daD untuk menghidup-matikan pompa daD membuka-tutup kran dilakukandengan mengatur nilai (0 atau I) pada masing-masingkaki keluaran PIC 1 6F84. Pembuatan program dilakukandi komputer pribadi (PC), lalu dilakukan simulasi padaPC sampai tidak ada kesalahan. Kemudian programterse but dimasukkan ke PIC 16F84 melalui programer

Sebelum dipasang pacta sistem vakum, modulotomatisasi diuji secara simulasi dengan menggunakanLED sebagai indikasi hidup atau mati pompa dan bukaatau tutup kran. Masukan daTi masing-masing sensortekanan (G I daD G2) dihubungkan dengan tegangan yangdapat diatur. Besarnya Vrefl-Vref4 di set seperti pactatabell [5].

Pengujian Normal Memvakumkan Kedua TPNTegangan Gl daD G2 di set 1,5V daD

otomatisasi dihidupkan, tombol start ditekan maka:pompa mekanik hidup, kran PV daD PVl terbuka(memvakumkan TPNl). Tegangan Gl dinaikkan menjadi1,7V maka LED vakum rendah Tl hidup, kemudian Gl

dinaikkan lagi menjadi 2, 15V maka: LED vakum sedang

Tl hidup, PVl tertutup daD PV2 terbuka (memvakumkanTPN2). Tegangan G2 dinaikkan menjadi 1,7V maka

LED vakum rendah T2 hidup. G2 dinaikkan lagi menjadi2,15V maka: LED vakum sedang T2 hidup, PV I terbuka

(memvakumkan kedua TPN) daD pompa turbo hidupsampai kevakuman maksimum tercapai. Tegangan G I

daD G2 dinaikkan menjadi 5V maka LED vakum tinggi

Tl daD T2 hidup, lalu tegangan G I daD G2 dinaikkanlagi menjadi 7,2V maka: semua kran tertutup, pompaturbo mati, VV buka 10 detik daD pompa mekanik mati.Untuk simulasi berkurangnya kevakumam dilakukan

dengan menurunkan tegangan G I daD G2 menjadi 4,8Vmaka LED vakum tinggi Tl daD T2 mati. Tegangan G I

daD G2 diturunkan lagi menjadi 2V maka: pompa

mekanik hidup, kran PV daD PV I terbuka daD seterusnyamengulang langkah-langkah seperti keterangan diatas.

Pengujian Kebocoran pacta TPNI

PERANGKAT KERAS OTOMATISASI SISTEMVAKUM

Diagram biok PIC 16F84 dapat dilihat padaGambar 3 daD rangkaian Iengkap otomatisasi sistemvakum pada Gambar 4 dan 5. Kaki RaO-Ra2 PIC16F84(diprogram sebagai masukkan) untuk membaca tekananTPNI daD TPN2 meIaIui pembanding Cl -C4. KakiRbI-Rb6 (sebagai keluaran) untuk menghidupkan ataumematikan: pompa mekanik, pompa turbo, kran PV,PV I , PV2 daD VV sesuai dengan urutan yangdiprogramkan pada PIC16F84. Kaki Ra3 daD RbO(sebagai masukan) masing-masing untuk start daD stop.VrefI-Vref4 adalah masukan pembalik daTi pembandingC I-C8 di set sesuai dengan tingkat kevakuman yang

diinginkan.

Gambar 3. Diagram Blok Mikrokontroler PIC16F84

67~, 6 J~ 2001

A~ H~ PIC 16Fg4 ~ ~~!,:~~. ~ V~ T~ P~ N~~ 5.u.f6H, ,{JJ

Gambar 4. Rangkaian Otomatis Sistem Vakum Tabung Pemandu Neutron

Gambar 5. Rangkaian Catu Daya Otomatis Sistem Vakum

Tegangan G 1 di-set 1,SV dan otomatisasidihidupkan, setelah tombol start ditekan maka: pompamekanik hidup, kran PV dan PV 1 terbuka(memvakumkan TPNl). Tegangan GI tidak diubah-ubahdan setelah S menit maka: LED failure hidup, PV danPV I tertutup dan pompa mekanik mati.

Pengujian Kebocoran pada TPN 2Tegangan Gl di-set 1,5V dan otomatisasi

dihidupkan. setelah tombol start ditekan maka: pompamekanik hidup, kran PV daD PVl terbuka. Tegangan Gldinaikkan menjadi 1,7V maka LED vakum rendah Tlhidup. Kemudian tegangan G 1 dinaikkan lagi menjadi2,t5V maka: LED vakum sedang Tl hidup, PVl tertutup

68 ~I ~ J~ 2001

A~ H~ PIC 16Fgll f".l... ~ ~ v~ T~ P~ N~

~~,m

daD PV2 terbuka (memvakumkan TPN2). Tegangan G2tidak diubah-ubah daD setelah 3 menit maka: LED failurehidup, kran PV daD PVI tertutup, pompa mekanik mati.

Dari ke 3 pengujian diatas dapat dilihat bahwaurutan hidup-mati pompa mekanik daD pompa turbo,buka-tutup kran PV, PVl, PV2 daD VV telah sesuaidengan harapan daD program yang dimasukkan kePIC16F84. Untuk selanjutnya modul otomatisasi sudahdapat dipasang pada sistem vakum.

maka: semua kran tertutup, pompa turbo mati, kran VVbuka 10 detik dan pompa mekanik mati. Denganberjalannya waktu kevakuman kedua TPN berkurang danpacta saat salah satu TPN kevakumannya > 9x1O-1 mbar(Iebih kurang 7-8 jam) maka otomatis sistem vakum akanhidup lagi sampai kevakuman kedua TPN mencapai <5x 1 0-3 mbar dan seterusnya.

KESIMPULAN

Tabel1. Tegangan keluaran penguat sensor pada

berbagaitekanan

Dapat disimpulkan bahwa:I. Aplikasi mikrokontroler PICI6F84 pacta otomatisasi

sistem vakum TPN ini cocok sekali karena dapatmenggantikan pengontrollama yang rusak dan sistemmenjadi sederhana.

2. Sistem otomatisasi dengan PICI6F84 ini sangatmurah bila dibandingkan dengan sistem yang lama.

3. Otomatisasi sistem vakum ini sudah diterapkan diBalai Spektrometri, P3IB- BAT AN sejak pertengahantahun 2000 dan hasilnya memuaskan.

Tekanan

Tabungmbar

1 Atm

5,0

9.10"

9.10.1

5.10')

UCAP AN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih yangsebesar-besamya kepada Yth. Bapak Kepala BalaiSpektrometri, P3IB atas dukungannya menyelesaikanmakalah ini. Terima kasih juga kami sampaikan kepadaStar Balai Spektrometri, P3IB atas bantuannya dalampenulisan makalah ini.

Pengujian Otomatisasi Sistem Vakum TPNSetelah pengujian dengan cara sirnulasi selesai,

modul otomatisasi dipasang pada sistem vakum.Masukan G I daD G2 dihubungkan dengan keluaranpenguat sensor vakum daD masing-masing kontak relaydigunakan untuk menghidupkan atau mematikan pompa,membuka atau menutup kran: PV, PVI, PV2, daD VV.Kemudian sistem dihubungkan dengan sumber tegangandaD tombol start ditekan maka: pompa mekanik hidup,kran PV daD PV I terbuka. Kira-kira 3 menit berikutnyaLED indikator vakum rendah TI hidup. Setelahkevakuman TI mencapai :t 9xIO-1 mbar maka: indikatorvakum sedang hidup, PV I tertutup daD PV2 terbuka.Kurang lebih 2 menit kemudian, indikator vakum rendahT2 hidup. Setelah kevakuman T2 mencapai :t 9xIO-1mbar maka: PV I terbuka daD pompa turbo hidup untukmemvakurnkan kedua TPN. Pacta kevakuman :t 9x I 0-2mbar indikator vakum tinggi kedua TPN hidup. Setelahkevakuman pada kedua tabung mencapai < 5xIO-3 mbar

DAFT AR PUST AKA

[I]. Buku Panduan Pusat Penelitian Sains MateriBADAN TENAGA ATOM NASIONAL, 1992

[2]. CILAS, Vacuum System, DT 90.432-RJ/MDX333034, 1990.

[3]. MICROCHIP TECHNOLOGY INC, MicrochipPICI6F84 Technical Reference. 1994

[4]. EDDY SANTOSO, W AHYU HAGONO, Y A TNO,Unjuk Kerja sistem Vakum Tabung PemanduNeutron. Prosiding Seminar Nasional HamburanNeutron dan SinarX ke 2, Serpong, Juni 1999.

[5]. EDDY SANTOSO, NADl.S, IRFAN.H, RancangBangun Alarm Tabung Pemandu Neutron, akanterbit

TANYA-JAWAB

Penanya: Kusen (LUK -BPPT)

Apakah program di Mikrokontroler tidak terganggu oleh hidup-matinya relay ?

Jawaban

Apabila kontak relay digunakan untuk menghidupkan pompa vakum, maka akan mengganggu mikrokontroler.Untuk mengatasinya dapat menggunakan opto-coupler atau TRIAC. Sehingga tidak ada bunga api clanmikrokontroler tidak akan terganggu.

69~, 6 J~ 2001

A~ H~ PIC 16FfJ4 ~ ~ ~ 1I,Ju-. T~ P~ N~E"-'? ~, m

Penanya: Fransisca (P3TIR -BATAN)

Apa tujuan otomatisasi vakum tabung pemandu neutron daD cara kerjanya.

Jawaban

Untuk menjaga kevakuman pada tabung antara 9 x 10-1 -5 X 10-3 mbar. Prinsip kerjanya, membacakevakuman pada kedua tabung, bila kurang maka sistem vakum hidup sampai kevakuman 5 x 10-3 mbar sistemmati clan semua kran tertutup. Apabila salah satu tabung kevakumannya kurang maka sistem hidup lagi.

~, 6 J~ 200170