RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL...

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORINGDAN KONTROL SUHU FURNACE

BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C52

NUGROHO TRI SANYOTO, JUMARI, TRIYONOPustek 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 BERBASISMIKROKONTROLER A T89C52. Telah dilakukan rancang bangun sistem monitoring suhu furnace sebagaipengganti tampi/an suhu analog "Merk Karlkorb" yang dapat mengatur suhu jitrnace pada keadaan yangdiinginkan. Alat ini dikendalikan oleh mikrokontroler AT89C52 dan mempunyai tampi/an digital yang dapatdioperasikan pada suhu 0 °C sampai 1200 dc. Perancangan ini dibuat dengan cara menggabungkanbeberapa rangkaian yang terdiri dari sensor suhu thermocouple, ADC, relay, buzzer, keypads,mikrokontroler dan penampi/ berupa LCD. Sistem ini bekerja berdasarkan perubahan tegangan dari sensorthermokopel dalam orde milivolt. Agar ADC dapat membaca sampai orde milivolt, maka tegangan referensiADC harus diatur untuk mencapai orde tersebut. Tegangan yang diproses oleh rangkaian ADC akanditeruskan oleh mikrokontroler agar dapat mengontrol relay. Alat ini telah diuji komparasi dengan alat"Merk Shimaden SR72". Hasi/ uji komparasi menunjukkan bahwa alat mempunyai kemampuan pengukuransampai 1200 °C dengan tingkat ketelitian 5 dc.

Kata-kata kunci : Monitoring, kontrol, suhu, jitrnace

Abstract

DESIGN AND CONSTRUCTION OF FURNACE TEMPERATURE MONITORING ANDCONTROLLING SYSTEM BASED ON AT89C52 MICROCONTROLLER. Furnace temperature control

system has been designed. The control system is designed to monitor and control jitrnace temperature levelas required. Design and construction of control system was done by combining thermocouple temperaturecensor, ADC, relay, buzzer, keypads, microcontrol/er and LCD. The system works by voltage change fromthermocouple censor when temperature changed. Reference voltage must be adjusted so that the ADC canread 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 thecomparison test indicates that the device has measurement ability until 1200 °C with accuracy level of 5 °C.

Key Words: Monitoring, control, temperature,jitrnace

PENDAHULUAN

Furnace adalah salah satu alat yangdigunakan untuk memproses bahan nuklirdengan perlakuan panas pada suhu tertentuuntuk mendapatkan bahan nuklir dengankomposisi tertentu yang diharapkan olehseorang peneliti.

Untuk mengatur suhu furnace tersebutdibutuhkan sensor untuk mengetahui informasi

Nugroho Tri Sanyoto dkk. 77

data fisis suatu penelitian atau untuk persyaratan ketja sistem tersebut. Sensor yangdigunakan dalam penelitian ini adalah Thermocouple tipe K yang membaca suhu dari -270°Csampai dengan 1370 dc. Sensor suhu tersebutadalah pengindera suhu yang mengubah besaran fisis menjadi besaran tegangan analog (temperature transducer) (The Temperature Handbook Vol. 28, 1992). Alat ini dirancang meng-

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006

gunakan kontrol dua posisi (on dan off), untukkendali digunakan mirokontroler AT89C52,

scrta Liquid Crystal D"play (LCD) sebagai 'G0<9sarana penampil dalam bentuk digital untuk ~ _memudahkan pembacaan. Mikrokontrolersangat membantu sebagai kendali dalam -membuat berbagai macam alat khususnya alatukur suhu digital.

m

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

I LCD ;: I' .i iI :I• ,. :

!!

, !i ~ ..._'"'"__~ ,

Gambar 1RangkaianPerangkatKeras(Hardware)

Kontrol Antomatik Dna Posisi "On-Off'

Kontroler yang digunakan adalahpengontrol dua posisi "on-ojj". Elemenpenggerak hanya mempunyai dua posisi tetap,yang dalam beberapa hal merupakan posisi"on" dan "ojj". Kontrol dua posisi atau on-offrelatif lebih sederhana dan murah, olehkarenanya banyak digunakan dalam sistemkontrol di industri maupun di rumah-rumah.

Misalnya sinyal keluaran kontroleradalah m(t) dan sinyal kesalahan penggerakadalah e(t). Pada kontrol dua posisi , sinyal m(t)akan tetap pada harga maksimum atauminimumnya, bergantung pada tanda sinyalkesalahan penggerak, positif dan negatifsedemikian rupa sehingga

m(t) = Mj (max) untuk e(t) > 0= M2 (min) untuk e(t) < 0

dengan Mj dan M], adalah konstanta. Hargaminimum , M2, biasanya nol atau -Mj•Kontroler dua posisi biasanya berupa perangkatlistrik.

Gambar2. BlokDiagramkontroler"on-off'

Celah i!ifferensial

m

Gambar3 DiagramKontrolerKontroler"On-Off'denganCelahDiferensial

Gambar 2. dan 3 menunjukkan diagramkontrol dua posisi "on" dan "ojj" disebut celahdiferensial (differential gap). Suatu celahdiferensial ditunjukkan pada Gambar (2.3) .Celah diferensial ini menyebabkan keluarankontroler m(t) tetap pada harga sekarang sampaisinyal kesalahan penggerak bergeser sedikitdari harga nol (Teknik Kontrol Automatik,1985)

Sensor Thermocouple

Sensor thermocouple adalah merupakankomponen yang paling penting dalam penelitianini, karena ketepatan pengendalian suhu sangatbergantung oleh kineIja alat tersebut. Sensorthermocouple yang digunakan dalam penelitianini adalah thermocouple tipe K yangmempunyai kemampuan mengukur suhu - 270°C sampai dengan 1370 °C (Omega TheTemperature Handbook vol 28).

Analog To Digital Converter (ADC)

Pada pembuatan ini digunakan ADC0804. Input ADC berasal dari sensorthermocouple yang berupa tegangan analog.Keluaran digital dari ADC bias berderet (bitdemi bit) atau sejajar dengan semua bit yangdisandikan ditampilkan secara serentak.Rangkaian ADC tersebut seperti pada Gambar4. Tegangan referensi ini diset pada ordemilivolt dengan variabel resistor PI. selama

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN 78 Nugroho Tri Sanyoto dkk.


YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006

proses konversi dilaksanakan di dalam ADC0804. masukan dengan batas tegangan antara 0sampai 72,4 milivolt diberikan di kaki nomer 6.RI dan C2 adalah komponen luar osilator yangdipakai oleh IC, kaki CS dan Rd dihubungkan

ke ground. ADC dioperasikan dalam mode freerunning dengan menghubungkan kaki WR dankaki INTR

'~(.)~

bWOO

DB!Vi>( +)

uDID~ DIDDR!A·GIID

DRS

DEli9

! \lnm.I:i$WID

IN11.19

ICl.y.,RC>RI)C!.[.!N

woa

Gambar 4. Rangkaian dasar ADC 0804

Besamya jangkauan tegangan dan jumlahbit yang digunakan (resolusi 8 bit) menentukanseberapa kecil perubahan tegangan yangmampu dideteksi. Perubahan tegangan inidinyatakan I LSB (Least Significan Bit) padanilai digital, sering disebut dengan tingkatketelitian ADC. Tingkat ketelitian ini dapatditunjukkan jika diketahui jangkauan tegangan72,4 milivolt dan resolusi 8 bit 2 8= 256) maka

T· ka k r· 72,4mV 028 Vmg tete lhan = ---- = , m256

Mikrokontroler A T89C52

Mikrokontroler jika diartikan secaraharfiah, berarti pengendali berukuran mikro.Sekilas mikrokontroler hampir sarna denganmikroprosesor. Namun mikrokontroler memiliki banyak komponen terintegrasi didalamnya, misal timer/counter. Pada mikroprosessor komponen tersebut tidak terintegrasi.Mikroprosesor umumnya dijumpai padakomputer yang bertugas memproses datamasukan maupun keluaran dari berbagai

Nugroho Tri Sanyoto dkk. 79

sumber. Mikrokontroler lebih sesuai untuktugas-tugas yang lebih spesifik rnisalnya untukControl, Timer dan Counter.

Pada prinsipnya terdapat dua tipemikrokontroler, yaitu tipe elSC (ComplexInstruction Set Computing) dan RISC (ReducedInstruction Set Computing). Di dalam penelitianini digunakan mikrokontroler tipe elSC darikeluarga MCS51 dengan seri AT89C52 buatanAtmel. Gambar secara lengkap dapat dilihatpada Gambar 5.

Relay

Relay daya yang dipergunakan pada alatpengendali suhu adalah magnetic kontaktor,relay magnetic kontaktor untuk menghubungkan dan memutuskan sumber daya darisumber listrik utama PLN 220 volt ke beban.Magnet kontaktor terdiri dari tiga bagian yaitukumparan (coil), kontak utama dan kontakbantu.

Kumparan (Coil)

Kumparan berfungsi untuk mengendalikan bekerjanya magnet kontaktor. Apabila

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

kumparan tersebut dialiri arus listrik, makaakan menimbulkan magnet pada inti besi yangdililitnya dan akan menarik kontak-kontak yangada pada kontaktor sehingga kontak-kontakakan bekerja. Apabila aliran arus kumparan


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

terputus, kontak akan kembali seperti semulakarena gaya pegas yang dilakukan oleh pegasatau per. Simbol dari ujung-ujung kumparanadalah titik a dan b terlihat pada Gambar 6.

I11

~t.T

L0;.

ID

1:'5;....lI)

AD

D.£F10;.

.•••A

PI [IL IPID .•..-D

LL~II'>!

PI IIT 1PIII/'>ITA

PI JIt. 1Pll PD10;.

.•.•...P 1110\- -P 11 PDlL

...... -PI-..- 0\-PI- PDIT

J'.Q./

PI:11 t.PIO\- PDlt."'nf"-

PI'orTPIt. PD10\-

J'.Q./

PI'II LPIT PD1- Tr:nPD'

11

0;.AS;T PD11

ID

P1D IIJ'.PAC[11 IQ./r:

hi 0:::: )~)

IIP1 IIAJ.D) 1.....11 P1 JlT J.D) .oJ...II PRC[

1D1..-c11P11 ---=-AS;

I

1:'1 • ..-I:'[,-

Pl- ps;g;10;. 0\-A' .•••It.

1

.•.. ' [iN[10\-

PlO\- t.III~

11:'1- T I [],J" It.P1t. Pl1L

DDl- ITPH PlIT L- 1:'1' A 111--11 TDI

~1:'1- A I ClI" Pl:16

Dl11 IL:i.:\-II,

t..•..- T I I~II

J.TJ'.UPl Dl

T

T1 r:LJTnl~ 10;.J.TJ'.LI Pl1- IID-ID Pl:

11 11L

AliI'>!A1CLJ"0;.DO\-

li) [iND Pl11 11Dt.Pli

11 I-DTI~ ..-Dr:It. Q./r:-

Gambar 5. Rangkaian Secara Lengkap

Gambar 6 Skema Magnet Kontaktor

Kontak Utama

Kontak utama berfungsi sebagai kontakpenghubung tenaga atau sebagai saklar utamayang menghubungkan jala-jala listrik denganbeban. Kontak utama biasanya terdiri dari tigakontak utama NO (Normal Open). Kontak NOadalah kontak yang terbuka pada saat kontaktortidak bekerja.

KUIlI.paran

;K(.~t~k·t.fhlma

't'Kantak.Banhl

Kontak Bantu

Kontak bantu terdiri dari dua buahkontak yaitu kontak NO (Normal Open) dankontak NC (Normal Close). Kontak bantu NOcara kerjanya sarna dengan kontak utama,seangkan kontak bantu NC adalah kontak yangtertutup saat kontaktor tidak bekerja danmembuka pada saat kontaktor bekerja. Kontakbantu tersebut biasa digunakan sebagai kontakpengunci maupun pemutus.

TATA KERJA

Desain rangkaian sistem pengukur suhuadalah meliputi desain tataletak komponen,Pengadaan komponen, Pengujian komponen,Pemasangan komponen, serta pembuatanperangkat lunak dengan cara menanamkanprogram ke dalam IC AT 89C52 memakaiDownloader PEB52/52.



YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Uji statis dilakukan dengan memberimasukan tegangan simulasi kemudian diukurperubahan suhunya dengan me1ihat hasilcacahan pada LCD sebagai tampilan keluaran.Uji dinamis dilakukan pengukuran suhu padaalat furnace, serta membandingkan dengan alatlain untuk mencari tingkat akurasinya denganme1ihat hasil pengukuran pada LCD.

Alat dan Bahan Penelitian

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

pengujian meliputi : Pulse Generator Model

GL-3 sebagai masukan, frequensi counterTektronik tipe DC 503 untuk menghitungfrequensi, serta multimeter analog Sanwa tipeYX 360 TR sebagai pengukur tegangan,Osciloscope Tektronik 40 mHz, dan kabelpenghubung, tool set, solder dan desolderin

Diagram Alir Perangkat Lunak

Secara garis besar diagram alir perangkatlunak seperti pada Gambar 7.

lmilriali_iTimer, gteln.., gtop

Set suiut = C

cclcius

T

Gambar 7. Diagram Alir Kontrol Suhu

Nugroho Tri Sanyoto dkk. 81 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN



HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 8. Respon Kontrol Suhu Terhadap Waktu

Pengujian Respon Sistem Kontrol Dua Posisi"On - Off'

Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahuikarakteristik respon dari sistem kontrol duaposisi "on-off'. Pengujian ini dilakukan padasaat suhu furnace diset pada suhu 800°Cselama 2 jam (7200 detik) dan didapatkan hasilseperti pada Gambar 8.

000

000

_ 700~ 000

~ soov; 400§ 300\II 200

100

o

o

Terlihat bahwa sinyal keluaran darisensor bembah-ubah dari posisi tetap satukeposisi tetap lainnya. Sinyal keluaranmaksimal didapatkan 809,412 °C dan sinyalkeluaran minimal sebesar 791°C. Osilasi

keluaran dapat diperkecil dengan memperkecilcelah diferensial. Akan tetapi hal ini akanmenyebabkan kenaikan angka "switching" "onoff' per menit sehingga akan memperpendekumur ketahanan komponen. Besar celahdiferensial ini hams ditentukan berdasarkan

beberapa pertimbangan seperti ketelitian yangdiperlukan dan umur komponen.

Pengujian Sensor Thermocouple Tipe K

Hasil pengujian sensor didapatkandengan cara mengukur tegangan keluaran darisensor thermocouple yang dibandingkandengan data yang tertampil pada alat ukur lainyang dianggap sebagai standar (ShimadenSR72). Hasil pengujian digambarkan sepertipada Tabel 1.

milivolt

32

32,633

33,533,934,735,737,237,538

38,639,540,743,644

45,145,948,749,262,363,764,867

68,269,370,772,1

TeganganNo Suhu(Celcius)

Celcius

28. 48529. 49530. 50031. 51032. 51533. 53034. 55035. 57536. 58037. 59038. 60039. 61540. 64041. 69042. 70043. 71544. 73045. 78046. 79047. 102548. 105049. 107050. 110051. 113052. 115053. 117554. 1200

Tegangan

(milivolt)milivolt

7

7,9

9,110

10,712

13,515,216,21719

20

21

22,323,224,124,625,526

26,327

27,428,729,730,231

31,3

Gambar 9 Linieritas Sensor Thermocouple Tipe K

Tabel 1. Hasil Pengujian sensor Thermocoupledalam volt, sebanding dengan penunjukan alat ukur

standar ( ShimadenSR 72) dalam Celcius

No Suhu(Celcius)

Celcius

1. 352. 503. 704. 905. 1006. 1257. 1508. 1809. 20010. 21511. 25012. 27513. 30014. 31015. 32516. 34017. 35018. 36519. 37520. 38021. 39022. 40023. 42524. 44025. 45026. 46527. 470

Dari Tabel 1 dan Gambar 9 terlihat

bahwa kenaikan suhu tiap 1 °C sebandingdengan kenaikan tegangan keluaran sensorthermocouple sebesar ± 0,056 milivolt danmempunyai nilai linieritas sebesar y = 0,0056x+ 4,9808

80002000 4000 6000

Waldu (t)

~//I/I//




Pengukuran Suhu dengan Alat Pembanding &J

70

Pengukuran ini dilakukan dengan tujuanmengetahui hasil pengukuran dengan alat initelah sesuai dengan suhu sebenamya yangdiukur dengan alat ukur. Setelah penguirurankenaikan suhu pada sensor dengan alat pembanding Merk Shimaden type SR72, hasil yangdiperoleh dimasukkan dalam Tabel 2. Dicantumkan pula selisih pengukuran antara suhu alatdan suhu pembanding ..

200 400 Em IIOJ 1(0) 1200

Suhu (Celclu"l

Tabel2. Pengujian Suhu dengan Alat Pembanding

Suhu Ala!

(Celcius)

37.647

56.470

75.294

70.588

103.529

127.059

150.588

183.529

207.059

221.765

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

Suhu Pembanding

(Celcius)35

50

70

90

100

125

150

180

200

215

250

275

300

310

325

340

350

365

380

400

425

450

470

500

530550

575

590

600

640

690

700

730

780

800

850

!::.Suhu

(Celcius)2.647

6.47

5.294

19.412

3.529

2.059

0.588

3.529

7.059

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

16.47114.118

15.882

20.0

5.294

8.235

14.118

2.941

Gambar 10. Pengujian Suhu dengan AlatPembanding

Dari Tabe12 dapat digambar grafik seperti padaGambar 10. Didapatkan persamaan linieritas y= 0,9953x - 43867 dengan perbedaan suhudengan alat pembanding (ll suhu) sebesar9,085. Hal ini disebabkan karena sensorpembanding dengan sensor alat yang digunakanmemiliki karakteristik yang berbeda

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukandiperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut.

Telah berhasil dibuat sistem kontrol suhudigital berbasis mikrokontroler AT89C52dengan waktu operasi yang dapat ditentukanoleh pengguna (user).

Batas ukur yang dapat dicapai alatpengukur suhu dari 0 sampai 1200 °C , ADCyang digunakan sebagai pengubah tegangananalog menjadi digital menggunakan ADC0804, 8 bit dengan tegangan referensi yangdapat diatur sesuai kebutuhan.

Uji komparasi dengan alat Shimadentype SR72 diperoleh perbedaan (ll) suhu rata9.085 hal ini disebabkan karena sensorpembanding dengan sensor alat yang digunakanberbeda dan memiliki karakteristik yangberbeda.

UCAPAN TERIMA KASIH

Diucapkan terima kasih kepada saudaraAlfian mahasiswa STTN yang telah banyakmembantu melaksanakan penelitian ini, KepalaBEM - PTAPB, Staf BEM beserta rekan-rekanyang tidak dapat kami sebutkan satu per satu,sehingga kegiatan ini dapat berjalan denganbaik.

Nugroho Tri Sanyoto dkk. 83 Sekolah Tinggi Teknologi Nuk/ir- BATAN

DAFT AR PUST AKA

1. PARIMUN, 1998/1999 "Kontrol Suhu padaFurnace Reduksi dengan Relay", Tugas Ahir,PPNY - BATAN Yogyakarta

TANYAJAWAB

Pertanyaan

1. Kemudahan apa yang diperoleh user darihasil penelitian Anda, terutama penambahan tampilan analog ke digital?

2. Mengapa Anda memilih tipe ADC 8 bit dantemyata menghasilkan kesalahan 9,8 °Cpada tampilannya?

3. Adakah prospek finansial pengembanganalat yang Anda buat? (Subari)

4. Apa yang dimonitor pada rancang banguntersebut? (Teguh S )

5. Berapa sampling time yang digunakan?6. Pada kesimpulan, ada perbedaan hasil

sebesar 9,085. Mengapa dapat terjadi danseharusnya dapat dieliminir atau diperkecil?

7. Pada gambar skema rangkaian tidak tampakkeypad, padahal Anda sebutkan bahwasuhunya dapat di-entry dari keypad?(Sukarman)

Jawaban

1. Dengan tampilan digital pengamatan dapatlebih cermat.

2. Pada penelitian ini kami coba dengan ADC0804. Menurut spesifikasi, mampu dipakaipada alat tersebut.

3. Ada.

4. Untuk memonitor suhu furnace yangterprogram.

5. Belum saya amati6. Karena ada perbedaan detektor yang

dipakai.7. Maaf gambar tidak komplit


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006


RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL...

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAN KONTROL...