82286380-Kontrol-Instrumen

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN

INTRUMENTASI dan KONTROL

1. INTRUMENTASI dan KONTROL 1.1 Instrumentasi pada Proses Pembangkitan Kemajuan dunia teknologi ditandai dengan berkembang dan meningkatnya metoda pemantauan dan pengendalian lingkungannya dengan tujuan meningkatkan kemampuan untuk beradaptasi, memperkirakan, menurunkan resiko dan menghilangkan efek buruk terhadap kehidupan dan lingkungan. Sebaliknya, istilah kontrol berarti metoda-metoda memaksa parameter-parameter lingkungan untuk mengikuti harga-harga tertentu. Fungsi sistem instrumentasi dan pengukuran (Instrumentation and Measurement systems) dapat diklasifikasikan kedalam kategori berikut ini. a. Penilaian harga atau kualitas (Value or quality assessment) – Inilah tujuan tertua pengukuran dalam sejarah peradaban. Contoh instrument asesmen harga adalah adalah timbangan perdagangan. Timbangan membantu kita dengan cara membandingkan dengan berat standard untuk menentukan harga jual suatu barang. Contoh lainnya, pemanfaatan sistem pengukur meteran air atau listrik (kwh meter). Di lingkungan pembangkitan, banyak pengukuran untuk menjamin kualitas keandalan produksi listrik sesuai yang dibutuhkan. b. Keselamatan dan Proteksi (Safety and Protection) – Bertujuan memantau dan mendeteksi situasi berbahaya tertentu untuk menentukan aksi adaptif, protektif danpreventif; misalnya tujuan pemantauan suhu untuk menentukan tindakan adaptif atau protektif. Dalam beberapa hal, sistem pengukuran dibuat untuk menyulut suara atau lampu peringatan alarm, misalnya alarm kebakaran; atau untuk mengambil tindakan lain seperti membuka katup pelepas tekanan (relief valve) untuk mencegah tekanan lebih yang menyebabkan pecah. c. Kendali otomatis (Automatic Control) – Seperti disebutkan sebelumnya, bahwa istilah kontrol berarti metoda-metoda memaksa parameter-parameter lingkungan untuk mengikuti harga-harga tertentu. Misalnya menjaga ketersediaan air dalam tangki; mempertahankan tinggi/level air dalam tangki ketel uap, atau proses start/stop dan pengoperasian unit pembangkit. Secara umum, semua elemen-elemen yang diperlukan untuk melaksanakan tujuan kendali (control) termasuk sistem instrumentasi, biasanya dijelaskan dengan istilah sistem kendali (control system). d. Pengumpulan data (Data collection) – Dalam banyak hal, data dikumpulkan dan diarsipkan sebagai informasi untuk menganalisis penyebab gangguan dan pengembangan model proses yang lebih baik

Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 1



Teknologi kontrol buatan pertama kali dikembangkan memanfaatkan manusia sebagai bagian integral aksi kontrol. Setelah mempelajari bagaimana menggunakan mesin dan elektronika serta computer untuk menggantikan fungsi manusia, mulailah digunakan istilah kontrol otomatis (automatic control). Pada proses kontrol, tujuan utamanya adalah mengatur harga suatu kuantitas. Mengatur berarti menjaga harga tersebut tetap pada harga yang diinginkan walau apa pun pengaruh dari luar. Harga yang diinginkan disebut harga acuan atau set-point. Paragraf berikut menggunakan pengembangan suatu sistem kontrol untuk contoh kontrol proses tertentu untuk mengenalkan beberapa istilah dan lambing di lapangan. Gambar 1.1 menunjukkan proses yang akan digunakan pada pembahasan berikut. Cairan mengalir ke dalam tangki dengan laju qin, dan keluar dari tangki dengan laju qout. cairan dalam tangki berketinggian (level) h. Tinggi cairan dalam tangki akan dipertahankan pada harga tertentu H, walau berapa pun laju aliran masuk tangki.

1.1.1 Kontrol manual (Manual Control) Untuk mengatur tinggi level, tangki dilengkapi dengan satu tabung gelas penduga S, seperti gambar 1.1. Tinggi level cairan yang ada h disebut controlled variable (variabel terkontrol). Aliran keluar tangki bisa dirobah oleh operator melalui katup. Laju aliran keluar disebut manipulated variable atau controlling variable (variabel terselewengkan atau variabel pengkontrolan).

Gambar 1.1 Kontrol Level Manual (Manual Level Control).

Dengan memanipulasi posisi katup, operator mengkontrol tinggi level tangki sedekat mungkin dengan level yang diinginkan H. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 2



Disini, manusia operator menggunakan matanya sebagai elemen perasa (sensing element) level. Umumnya, pada operasi manual, manusia merasakan: melihat, menyentuh, mencium, merasa dan mendengar merupakan sistem pengukuran. Dalam banyak hal, manusia operator bisa dibantu dengan sensor lain, misalnya indikator level, suhu, dan tekanan.

1.1.2 Kontrol Otomatis (Automatic Control) Untuk menyediakan kontrol otomatis, sistem harus dimodifikasi seperti ditunjukkan pada gambar 1.2, dimana mesin, elektronik atau komputer menggantikan operasi oleh manusia operator. Satu alat yang disebut perasa (sensor) ditambahkan, yang mampu mengukur nilai harga level dan mengobahnya menjadi sinyal proporsional s. Sinyal ini disiapkan sebagai masukan input ke mesin, rangkaian eletronik atau komputer, yang disebut pengkontrol (controller). Pengkontrol ini melakukan fungsi manusia mengevaluasi pengukuran dan menyiapkan sinyal keluaran U untuk merobah posisi katup melalui suatu penggerak actuator (motor atau sistem numatik/hidrolik) yang terhubung ke katup dengan sambungan mekanikal. Inilah contoh khas dari kontrol proses otomatik (automatic process control)

Gambar 1.2 Kontrol Level Otomatik cairan dalam tangki.

Instrumentasi yang tepat untuk sistem kontrol otomatis yang dimaksud pada gambar 1.2, ditunjukkan pada gambar 1.3. Sensor level mengirim hasil pengukurannya sebagai suatu sinyal listrik ke pengkontrol elektronik. Pengkontrol diprogram untuk membandingkan sinyal yang diterima dengan harga yang disimpan H. Kemudian pengkontrol menghitung suatu harga Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 3



sebagai suatu sinyal yang akan dikirim katup kontrol (unit penggerak – actuator) untuk mengobah aliran. Pengkontrol bisa juga dihubungkan ke komputer atau rekorder. Pada situasi yang lebih realistis bisa juga dibuat Alarm untuk mengingatkan/ menyiagakan operator jarak jauh jika level dalam tangki menjadi terlalu tinggi atau terlalu rendah yang bisa merusak katup/actuator, tangki atau pipa, dll. Bisa juga mengirim laju aliran ke monitor,atau jumlah total aliran untuk perhitungan biaya dengan menambahkan alat ukur pada sisi keluar tangki. Pengukuran ini biasanya dikirim ke komputer yang terhubung ke jaringan komputer perusahaan untuk diproses di bagian lain. Untuk tujuan pemeliharaan, banyak alat ukur dilapangan (field instruments) juga dilengkapi dengan indikator lokal, yaitu harga yang terukur ditunjukkan di lokal dan juga dikirim sebagai sinyal ke pusat kontrol.

Gambar 1.3 Instrumentasi untuk kontrol level otomatis

1.2 Diagram Blok Kontrol Proses (Process Control Block Diagram) Tujuan pendekatan diagram blok adalah untuk memungkinkan suatu proses dianalisis sebagai interaksi sub-sistem lebih kecil dan lebih sederhana. Jika karakter setiap elemen sistem bisa ditentukan, maka kemudian karakter sistem yang terpasang dapat ditentukan dengan mensaling-hubungkan subsistem-subsistem tersebut. Satu model bisa dibuat dengan menggunakan blok-blok yang melambangkan tiap-tiap elemen yang berbeda. Karakter suatu operasi proses bisa dikembangkan dari memperhatikan sifat dan perantara elemen-elemennya.




1.2.1 Elemen-elemen Lup Kontrol Proses (Elements of Process control loop) Elemen-elemen suatu sistem kontrol proses ditentukan dengan hubungan bagian-bagian fungsionil yang terpisah dari sistem. Paragraf berikut memberi definisi elemen-elemen dasar sistem kontrol proses dan menghubungkannya dengan contoh diatas. Gambar 1.4 menunjukkan diagram blok yang dibuat dari elemen-elemen yang telah ditentukan sebelumnya. Variabel yang dikontrol pada proses ditunjukkan dengan y pada diagram ini, nilai terukur dari variabel yang dikontrol diberi simbol ym. Nilai acuan (setpoint) variabel yang dikontrol diberi simbol ysp. Pencari kesalahan (error) adalah titik bagian pengurangan-penambahan yang menghasilkan sinyal error E = ysp - ym ke pengkontrol untuk pembandingan dan tindakan.

Gambar 1.4 Diagram blok suatu lup kontrol proses

Spesifikasi sistem kontrol proses untuk mengatur variabel y dalam batas tertentu dengan respon waktu tertentu, menentukan karakteristik yang harus dimiliki sistem pengukuran. Pilihan teknologi tertentu untuk pengukuran pada lupadalah tergantung keseluruhan kebutuhan dan spesifikasi yang mendasari sistem kontrol. Istilah-istilah utama yang digunakan untuk menjelaskan elemen-elemen lup kontrol adalah sebagai berikut. Process : pada contoh sebelumnya, cairan mengalir masuk dan keluar tangki, tangkinya sendiri, dan cairan, semuanya merupakan suatu proses yang akan dikontrol terhadap tinggi level cairannya. Secara umum, suatu proses bisa terdiri dari suatu kumpulan fenomena yang rumit yang berhubungan dengan beberapa urutan manufacturing. Banyak variabel bisa dilibatkan pada proses sperti ini, dan bisa diperlukan sekali untuk mengkontrol semua variabel ini pada waktu bersamaan. Ada proses-proses variabel tunggal, dimana hanya satu variabel yang akan dikontrol; demikian juga proses-proses bervariabel banyak (multi-variable), dimana banyak variabel, mungkin saling berhubungan, yang perlu pengaturan. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 5



Measurement : Jelaslah, untuk mempengaruhi kontrol suatu variabel pada satu proses, kita harus memiliki informasi tentang variabel itu sendiri. Informasi itu diperoleh dengan mengukur variabel tersebut. Pada umumnya, suatu pengukuran mengacu kepada pengubahan variabel tersebut menjadi besaran sinyal analog yang sesuai dengan variabel tersebut, tekanan pnumatik, tegangan atau arus listrik. Sensor adalah suatu alat yang melaksanakan pengukuran awal dan pengubahan enerji suatu variabel menjadi informasi pnumatik atau listrik yang sesuai. Pengubahan lebih lanjut atau pengkondisian sinyal akan dibutuhkan untuk menyempurnakan fungsi pengukuran. Hasil pengukuran adalah suatu pengubahan variabel menjadi beberapa informasi yang sebanding dalam bentuk yang dibutuhkan oleh elemen-elemen lainnya dalam operasi kontrol proses. Transducer: Sensor yang digunakan untuk pengukuran bisa juga disebut transducer. Kata sensor cocok untuk peralatan pengukuran awal, namun karena "transducer" menggambarkan suatu alat yang mengubah suatu sinyal dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Sehingga, misalnya suatu alat yang mengubah tegangan menjadi arus yang sebanding akan disebut sebuah transducer. Dengan kata lain, bahwa semua sensor adalah transducer, tetapi tidak semua transducer adalah sensor, Error Detector: Pada gambar 1.2, operator mengamati beda antara level sebenarnya h dengan level yang diinginkan set-point H dan menghitung error-nya. Error ini memiliki besar dan polaritas. Untuk sistem kontrol otomatis gambar 1.3, penentuan error yang sama jenisnya ini harus dibuat sebelum aksi kontrol apapun dapat dilakukan oleh pengkontrol. Walaupun error detector senantiasa merupakan bagian dari peralatan pengkontrol, adlah sangat perlu menunjukkan perbedaan yang jelas antara keduanya. Controller : Langkah berikutnya pada urutan kontrol proses adalah memeriksa error-nya jika ada dan menentukan aksi apa yang harus diambil. Evaluasi bisa dilakukan oleh operator (seperti pada contoh sebelumnya), dengan processing (pengolahan) sinyal elektronik, dengan sinyal pnumatik atau dengan komputer. Penggunaan komputer tumbuh dengan cepatpada bidang kontrol proses karena komputer mudah disesuaikan terhadap operasi pembuatan keputusan dank arena kapasitas kemampuannya melakukan kontrol sistem multi-variabel. Pengkontrol memerlukan kedua masukan input, yaitu indikasi terukur dari variabel yang dikontrol dan satu gambaran dari harga acuan variabel, dinyatakan dengan istilah yang sama sebagai nilai/harga terukur. Harga acuan dari variabel akan disebut sebagai set-point. Evaluasi melakukan penentuan aksi yang dibutuhkan untuk membawa variabel terkontrol menuju harga set-point.




Control Element : Elemen akhir pada operasi kontrol proses adalah alat yang menggunakan pengaruh langsung pada proses: yaitu memberikan perubahan-perubahan variabel terkontrol yang diperlukan itu untuk membawanya ke set-point. Elemen ini menerima satu masukan input dari pengkontrol, yang kemudian dijelmakan kedalam beberapa operasi proportional yang telah dilaksanakan pada proses. Pada contoh sebelumnya, elemen kontrolnya adalah katup yang mengatur laju aliran cairan dari tangki. Elemen ini juga disebut sebagai final control element. The Loop : Perhatikan pada gambar 1.3 bahwa sinyal yang mengalir akan membentuk suatu rangkaian yang menyeluruh dari proses melalui pengukuran, error detector, controller, dan final control element. Hal inilah yang disebut loop, bahasa umumnya adalah process-control loop (lup kontrol proses); sering-nya disebut a feedback loop, karena kita menetapkan satu error dan feedback sebagai koreksi terhadap proses.

1.3

Diagram Proses & Instrumentasi

Suatu alat penting untuk komunikasi enjinering pada proses pembangkit adalah apa yang disebut sebagai Diagram Proses & Instrumentasi (P&I diagram). Gambar 1.5 menunjukkan diagram P&I sejenis penukar panas (heat exchanger) pada pembangkit. Penukar panas adalah satu unit proses dimana uap digunakan untuk memanaskan suatu bahan cairan seperti minyak residu. Material minyak residu (disebut feed-stock) dipompakan dengan laju aliran tertentukedalam pipa-pipa melalui ruang penukar panas dimana panas dipindahkan dari uapke dalam minyak dalam pipa. Biasanya diinginkan untuk mengatur suhu minyak keluar aliran agar tetap, walaupun laju aliran berubah-ubah ataupun suhu masuk aliran juga berubah-ubah. Pengaturan suhu keluar aliran diperoleh dengan kontrol otomatis mengatur laju aliran uap ke penukar panas. Diagram P&I menggunakan simbol-simbol standard tertentu untuk menggambarkan unit-unit proses, instrumentasi dan aliran proses. Suatu diagram Process & Instrumentation berisikan: a. Tampilan gambar bagian utama peralatan yang diperlukan dengan garis utama aliran dari dan ke setiap bagian perlengkapan b. Semua item perlengkapan lainnya dilengkapi dengan desain suhu, tekanan, flow dll c. Semua interkoneksi pemipaan ditunjukkan dengan ukuran, bahan, dan spesifikasi fabriknya. d. Semua peralatan instrumen utama



Gambar 1.5


Diagram P & I suatu Heat Exchanger

Instrumen ditunjukkan pada diagram P&I dengan lingkaran, biasanya disebut “balloons”. Balloon berisi angka dan huruf yang mencerminkan fungsi instrumen dan nomer kartunya. Misalnya, TT102 berarti Temperature Transmitter (sensor suhu) nomer 2 pada unit proses nomer 1. Bilangan 102 disebut nomer kartu (tag number). Setiap Temperature Transmitter (TT) di pembangkit harus memiliki satu tag number yang khas. Penomeran tag number bisa berbeda dari satu pabrikan dengan pabrikan lainnya. Diagram P&I merupakan referensi berharga untuk instalasi projek yang sebenarnya. Enjiner instrumen menggunakannya sebagai sumber banyak dokumen yang harus disediakan. Jenis diagram lainnya dikenal sebagai Process flow Sheet. Process flow sheets juga berisikan tampilan bergambar bagian-bagian utama peralatan yang dibutuhkan dengan garis aliran utama dari dan ke setiap bagian. Bagaimanapun, informasi tambahan selalu diberikan meliputi kondisi operasi pada beberapa tingkatan proses (flows, pressures, temperatures, viscosity, etc.),




keseimbangan material, ukuran peralatan, konfigurasi dan kebutuhan keperluan. Sebaliknya , instrumentasi pada process flow sheets bisa lengkap sempurna, bisa juga tidak. Diagramjenis ketiga disebut Loop Wiring Diagrams. Electrical loop wiring diagrams adalah gambar skematik listrik yang disiapkan untuk lup listrik individu. Lup paling sederhana adalah yang berisi hanya satu transmitter dan satu receiver. Lup lainnya bisa berisi banyak item seperti: transmitters. recorders. controllers, alarm units, control valves, transducers, integrators, dan mungkin juga item lainnya. Loop Wiring Diagram dimaksudkan untuk menunjukkan lokasi instrumen, nomer identifikasi dan terminasi kabel interkoneksi. Jalur kabel, ukuran kabel, titik terminal tengah dan informasi berhubungan lainnya perlu ditunjukkan pada gambar lain

Penjelasan Instrumen FIC-101

Flow Indicator dan Controller (0 to 50 m3/Hr, normal 30 T/Hr). Instrumen ini mengkontrol aliran cold feedstock yang masuk sisi tabung penukar panas dengan mengatur posisi katup pada lintasan aliran cold feed stock.

FR-103

Flow Recorder, (0 to 10 T/Hr, 2.14 T/Hr). Instrument ini mencatat laju aliran uap.

HS-101

Hand Switch, ON/OFF (ON). Saklar (switch) ini untuk menghidup/matikan (on/off) pompa cold feedstock P-101. Ketika saklar di posisi ON, pompa beroperasi. Ketika saklar di posisi OFF, pompa berhenti.

HV-102

Hand Valve, OPEN/CLOSED, (OPEN). Saklar ini untuk membuka/tutup (opens/closes) katup pemblok uap (steam block valve) yang melaluinya uap dialirkan dari header ke sisi rumah penukar panas. Ketika saklar di posisi OPEN, block valve membuka. Ketika saklar di posisi CLOSE, block valve menutup.

PAL-103

Pressure Alarm Low, (Normal). Alarm ini berbunyi bila tekanan di pipa utama uap (steam header) kurang dari 6 kg/cm2.

PI-100

Pressure Indicator, 0 to 15 kg/cm2, (3.18 Kg/cm2). Instrumen ini menampilkan tekanan uap pada sisi rumah (shell) penukar panas.

PI-103

Pressure Indicator, 0 to 15 kg/cm2, (10.55 Kg/cm2). Instrumen ini menampilkan tekanan uap pada steam header.

TAH/L-102 Temperature Alarm High/Low, (Normal). Alarm ini berbunyi bila suhu feed-stock (bahan bakar) pada sisi keluar penukar panas melebihi 85 OC atau kurang dari 71 OC. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 9



TI-103

Temperature Indicator, 0 to 200 OC, (186 OC). Instrumen ini menampilkan suhu uap masuk ke penukar panas.

TIRC-102

Temperature Indicator, Recorder, and Controller, 0 to 200 OC, (80 OC). Instrumen ini mengkontrol suhu feedstock pada sisi keluar penukar panas dengan mengatur posisi katup yang mengatur aliran uap ke penukar panas.

TR-101

Temperature Recorder, 0 to 200 OC, (38 OC). Instrumen ini menampilkan suhu feedstock yang masuk ke penukar panas.

1.4 Komponen Sistem Pengukuran Tujuan sistem pengukuran adalah untuk menyajikan kepada pengamat nilai harga numerik yang sesuai dengan variabel yang sedang terukur. Secara umum, harga numeric ini, nilai terukur tidaklah tepat sama dengan harga variabel yang sebenarnya. Sehingga, nilai terukur laju aliran dalam pipa seperti yang ditampilkan pada suatu indikator mungkin adalah 7.0 m3/hr, sedangkan nilai sebenarnya mungkin7.4 m3/hr; putaran terukur suatu mesin yang ditunjukkan pada tampilan digital mungkin 3000 rpm, sedangkan putaran sebenarnya mungkin 2950. Hingga kini, cukuplah menganggap bahwa masukan ke sistem pengukuran adalah harga variabel sebenarnya, dan keluaran outputnya adalah nilai terukur. Lihat Gambar 1.6

Gambar 1.6

Diagram Block sistem pengukuran (measurement system)

Sistem pengukuran terdiri dari beberapa elemen atau blok. Adalah mungkin untuk mengenal 4 jenis elemen,walaupun pada sistem yang diberi satu jenis elemen mungkin hilang atau bisa terjadi lebih dari sekali. Ke-empat jenis tersebut ditunjukkan pada gambar 1.6 dan dapat dijelaskan sebagai berikut. Sensing element (elemen perasa) - Ini yang bersentuhan dengan proses dan memberikan satu output yang tergantung pada beberapa cara variabel diukur. Jika ada lebih dari satu elemen perasa yang cascade (berpancaran kebawah), elemen yang bersentuhan dengan proses disebut primary sensing element, yang lainnya disebut secondary sensing elements. Keluaran output dari suatu sensor bisa berupa perubahan tahanan, perubahan tegangan, perubahan arus , frekuensi dll. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 10



Signal conditioning element (elemen mempersiapkan sinyal) - Ini yang mengambil output dari sensing element dan mengubahnya menjadi satu bentuk yang lebih sesuai untuk pemrosesan lebih lanjut, biasanya suatu tegangan DC, arus DC atau sinyal frekuensi. Contohnya adalah: deflection bridge yang mengubah suatu perubahan impedansi menjadi perubahan tegangan; penguat yang menguatkan tegangan milli-volt menjadi volt; oscillator yang mengubah perubahan impedansi menjadi tegangan frekuensi variabel. Dalam kebanyakan hal keluaran output elemen signal conditioning mengikuti level sinyal standard, yaitu 0 -10 Volts or 0-5 Volts. Jika sinyal akan dikirim melalui wayar ke Control Room, output dari elemen signal conditioning adalah 4-20 mA. Dalam hal ini, kombinasi sensor dan elemen signal conditioning disebut Transmitter. Untuk transmitter suhu yang mengukur suhu antara 0-120 OC, output 4mA sesuai dengan 0 OC, dan output 20 mA sesuai dengan 120 OC. Signal processing element (elemen pengolah sinyal) - Ini yang mengambil output dari conditioning element dan mengubahnya dan mengubahnya menjadi satu bentuk yang lebih sesuai untuk penyajian lebih lanjut. Misalnya: pengubah analog ke digital ADC yang mengubah tegangan menjadi bentuk digital sebagai masukan input ke komputer; mikro-komputer yang menghitung nilai variabel terukur dari data digital yang masuk. Kalkulasi khasnya adalah: perhitungan aliran masa total dari laju aliran volume dan data rapat masa (density); analisa komponen harmonik dari pengukuran getaran, dan koreksi ketidak linearan sensing element. Data presentation element (elemen penyajian data) - Data presentation element menyajikan nilai terukur dalam suatu bentuk yang dapat dengan mudah dimengerti oleh pengamat. Misalnya elemen-elemen seperti: indikator, indikator berskala pointer; chart recorders; alphanumeric displays; dan computer monitors. Contoh: Suatu penimbang berat (timbangan) dengan pembacaan digital. Timbangan terdiri dari pegas S, potentiometer P, amplifier A, Analog to Digital converter ADC, dan pembacaan digital R. Pegas S sebagai sensor utama menghasilkan pergeseran linear 0 - 4 cm untuk berat antara 0 – 9,999 kg. Pergeserannya diukur dengan potentiometer P. Potentiometer berfungsi sebagai sensor kedua yang menghasilkan tegangan keluar V1 antara 0 – 2,5 volts bila bergeser antara 0 – 4,0 cm. Penguat (amplifier) memiliki gain 4,0 sehingga mengeluarkan output V2 yang bervariasi antara




0 – 9,999 volts. Pengubah ADC menghasilkan bilangan digital yang dapat ditampilkan dengan rangkaian pembacaan digital. Kenalilah (identify) elemen-elemen sistem pengukuran diatas! 9 Pegas S adalah primary sensing element. 9 Potentiometer adalah secondary sensing element (atau transducer). 9 Amplifier dan A/D Converter adalah signal conditioning elements. 9 Pembacaan digital (digital readout) adalah indicator element.

1.5 Evolusi Instrumentasi Pada tahun 1940 hingga awal 1950, instrumentasi analog berperangkat keras umumnya berdasarkan pada pneumatic (air pressure), konsep berukuran besar (18x 18 in). Setiap instrumen dihubungkan langsung ke titik ukur proses dan biasanya diletakkan dekat titik ukur tersebut. Aiibatnya, kontrol dan pengukuran proses menjdai tersebar (decentralized) dan operator hanya bisa melihat satu seksi dari satu unit operasi. Dengan perkembangan teknik transmisi pneumatic, kontrol terpusat (centralized control) menjadi mungkin, perlahan-lahan memungkinkan lebih banyak perangkat keras kontrol ditempatkan dalam satu seksi suatu panel kontrol. Bagaimanapun, perangkat Instrumentasi masihsangat besar dan tidak praktis, dan menyajikan tampilan dan kontrol satu variabel proses. Revolusi baru Instrumentasi dating akibat penemuan transistor pada tahun 1947. Pada akhir 1950, kecenderungan meminiaturkan sajian instrumentasi berlanjut hingga langkah yang tinggi dan ukuran perangkatnya menurun hingga berstandard 2 x 6 in. Pada masa itu, perangkat keras instrumentasi elektronik telah resmi digunakan, berbasis pada teknologi transistor, berkembang menjadi transmisi elektronik dan berlanjut dengan instrumentasi terpusat (centralization) pada satu control panel kontrol; lahirlah ruang kontrol terpusat (centralized control rooms). Pada awal 1960, komputer digital mulai digunakan pada kontrol proses, dihubungkan dengan perangkat keras peripheral di ruang kontrol. Perangkat keras pengantara baru seperti printers, typewriters, screen CRT dan keyboards, sekarang digunakan operator, membuat suasana di ruang kontrol menjadi kompleks, karena semua perangkat keras baru masih didukung dengan panel instrumen analog yang konvensional. Sehingga, operator harus mempelajari teknik yang baru sambil mengingat peralatan lama dalam hal darurat. Beginilah keadaan tata susunan rancangan panel kontrol yang ada hingga belakangan ini. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 12



Selama akhir 1970-an dan awal 1980-an, revolusi filosofi rancangan pengantara orang dengan mesin (man-machine interface) telah dimulai, dengan menggunakan arsitektur tersebar berbasis perangkat mikro-prosesor. Perangkat baru ini mendigitalkan perangkat analog biasa dan menjadikan mode kontrol yang baru. Mulai diterapkan juga jaringan komunikasi pada lup analog konvensional dan memungkinkan mengembalikan desentralisasi beberapa kontroldi lapangan, sambil bersamaan lebih memusatkan informasi pada tampilan-tampilan kontrol utama. Studi intensif terus dilakukan pada aspek teknik manusia mendapatkan informasi, misalnya rekomendasi ISA (ISA-RP60.3-1977) berjudul "Human Engineering for Control Centers”. Studi ini membawa revolusi baru pada pengantara manusia (human interfacing) sistem pengukuran berbasis komputer pada decade 1980-an. Sistem tersebar memungkikan untuk mengganti semua informasi proses yang relevan pada tampilan kontrol tersebut menjadi mudah digapai oleh operator yang duduk. Inilah inti utama revolusinya. Gambar 1.8 menunjukkan Evolusi rancangan panel kontrol tahun1950-an hingga 1980-an.

Gambar 1.8

Evolusi Panel Control dan Instruments.

Sistem tersebar ini ditawarkan oleh kebanyakan pabrikan instrumen utama, seperti Honeywell, Inc., Foxboro Corporation, Taylor Instrument Company, the Bristol Company, Fisher Controls Corporation, EMC Corporation dan lainnya. "TDC2000" buatan Honeywell, Inc., adalah salah satu yang pertama dikeluarkan (TDC =Totally Distributed Control). Sistem berbasis perangkat mikro-prosesor yang disusun dalam suatu jaringan "data highway". Sejenis pusat kontrol modern ditunjukkan pada gambar 1.9.




Pada tahun 1990-an display station menerapkan teknologi tinggi mempertinggi human interface dan memungkinkan operator untuk mengawasi informasi lebih banyak. Tampilan berbasis teknologi “Windows”, animasi, 3D display, icons, mouses, touch screens, videos, dan instrumen sebenarnya (virtual). Pengembangan selanjutnya adalah perangkat lunak penyokong operator, dimana software cerdas digunakan untuk menggabung dan menganalisa banyak data dan menyediakan bagi operator ringkasan cerdas, analisa dan anjuran ahli.

Gambar 1.9

Typical Control Center.




Gambar 1.10 Workstation Modern

Gambar 1.11 Engineering Workstation

Periode 1950-an dan 1960-an transmisi sinyal berbasis teknik pnumatik, dimana sinyal analog ditransmisikan melalui pipa sebagai tekanan udara bervariasi antara 3 hingga 15 psi. Periode 1970-an hingga 1990-an, sistem kabel listrik standard 4 - 20 mA menjadi metoda transmisi sinyal yang paling popular pada bidang Instrumentasi. Selama 1990-an kemajuan di bidang komunikasi digital, mikro-elektronik, dan jaringan networking, sehingga banyak usaha memajukan teknik transmisi digital. Sensor-sensor menjadi lebih canggih dan generasi baru smart transmitter memasuki pasaran. Teknologi fieldbus akhirnya menjadi terstandarkan pada tahun 1997. Fieldbus memungkinkan satu kabel wayar dihubungkan ke banyak sensor dilapangan. Transmisi digital memberikan tanggapan (response) lebih cepat dan meningkatkan jumlah informasi yang bisa trnasmisikan melalui field bus. Transmisi digital menjadi revolusi instrumentasi proses dengan skala yang jauh lebih besar dari pada revolusi yang telah dimulai dengan transmisi elektrik selama tahun 1970-an dan1980-an sebagaimana tercermin pada gambar 1.12. Kecerdasan juga menjadi terdistribusi dan tersimpan dalam smart transmitters. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 15



Ruang lingkup instrumentasi akan ter-revolusi dengan jaringan, fiber optics, solidstate sensors, dan teknologi Artificial Intelligence (kecerdasan bikinan).

Gambar 1.12 Evolusi teknologi komunikasi lapangan

Ringkasan 1. Fungsi utama suatu sistem instrumentasi adalah pencapaian harga/nilai dan kualitas, proteksi dan keselamatan, kontrol, dan pengumpulan data. 2. Block diagrams membantu melihat sub-functions setiap bagian dari suatu proses dan menentukan input dan outputnya, dan bagaimana dihubungkannya dengan bagian lain dari proses. 3. bagian utama suatu lup kontrol adalah proses, pengukuran, error detector, pengkontrol, dan elemen kontrol. 4. Diagram P&I terdiri dari simbol-simbol grafikal dan gaaris-garis yang menggambarkan aliran proses dan mengenali (identify) lokasi dan fungsi instrumennya, misalnya sensors, katup, recorders, indikator, dan interkonesi instrument.nya 5. Suatu sistem instrumentasi terdiri dari empat bagian fungsi dasar; sensors, signal conditioning, signal processing, dan indicators.



SISTEM OTOMATIS

2. SISTEM OTOMATIS Sistem otomatis (Automation System AS) merupakan perangkat workstation berbasis komputer PC dan modul-modul pengkontrol microcomputer dengan kemampuan pengolahan tersebar (distributed processing capability), dan memungkinkan penambahan fungsi input/output serta pengembangan fungsi kontrol/pemrosesan. Sistem otomatis meliputi komponen-komponen berikut: Operation Workstation – Terdiri dari komputer-komputer Operator Workstation untuk pengoperasian dan Engineering Workstation untuk pemeliharaan, beserta printerprinternya. Workstation ini harus bekerja sesuai software standar untuk sistem pengkontrol network dan sistem pengkontrol digital dari pabrikannya. Pengkontrol network (Ethernet-based Network Controllers) - Pengkontrol network ini menghubungkan langsung Workstation-workstation melalui kabel ethernet untuk komunikasi dengan pengkontrol digital serta modul input/outputnya, juga merupakan pintu masuk untk komunikasi dengan peralatan lainnya. Pengkontrol digital (Digital Control Unit – Controller) – terdiri dari beberapa unit sesuai sistem yang dikontrolnya. Setiap unit beroperasi sendiri-sendiri sehingga disebut SDCU (Standalone Digital Control Units), berisikan input/output (I/O) dan program-program (software) untuk mengkontrol peralatan-peralatan yang dibawah kendalinya. Modem – berguna untuk pengecekan jarak jauh sistem otomatis. Modem berkapasitas minimal 28.8 Kbaud dan mampu mengakses semua jaringan (network) pengkontrol

2.1 Arsitektur Sistem Otomatis Sistem kontrol otomatis terdiri dari: a. Network Control Units (NCUs) - Pengkontrol network b. Standalone Digital Control Units (SDCUs) - Pengkontrol digital c. Input/Output Unit Modules (IOU Modules), d. Operation Workstations (OWs), e. File Server untuk membantu konfigurasi sistem dengan workstation lebih dari satu. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 17


SISTEM OTOMATIS

Sistem otomatis melaksanakan kontrol, deteksi alarm, manajemen pelaporan dan informasi untuk semua fasilitas, dan Wide Area Network (WAN) dari database ODBC-complient tunggal. Network Level 1, merupakan tulang punggung utama sistem otomatis, berupa suatu Ethernet LAN/WAN. Network Control Units, Operator Workstations, dan File Server dihubungkan langsung ke network ini tanpa alat gateway (gerbang masuk). Network Level 2 dari sistem terdiri dari satu atau lebih field-bus (profibus) yang diatur oleh Network Control Units. Field-bus Level 2 terdiri dari satu atau kedua jenis berikut: 1. RS485, token passing bus yang melayani hingga 127 Standalone Digital Control Units (SDCUs) 2. RS485 field-bus yang melayani hingga 32 peralatan modul I/O jenis tusuk lepas (plug in/out)



SISTEM OTOMATIS

Modul-modul I/O ini dipasangkan langsung pada NCU atau terpisah dari NCU melalui pengkabelan. Sistem otomatis bisa dibuat bersegmen-segmen melalui software menjadi LAN ganda yang tersebar pada satu WAN menggunakan satu file server, sehingga memungkinkan workstation mengatur satu LAN (buliding), dan keseluruhan sistem dengan semua peralatan yang Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 19


SISTEM OTOMATIS

tersambung untuk di-update dan menggunakan bersama database yang terbaru. Bila sistem workstation hanya satu, ia akan berisi keseluruhan database, tidak memerlukan file server terpisah. Semua NCU, Workstation dan File Server bisa disambungkan langsung ke Ethernet TCP/IP LAN/WAN tanpa memerlukan gateway. Selanjutnya, NCU, Workstation dan File Server bisa menggunakan komponen infrastruktur Ethernet standar yang ada dipasaran, seperti router, switch dan hub. Tambahan pada arsitektur LAN/WAN diatas, software dari workstation yang sama harus mampu mengatur sistem remote melalui saluran dial-up phone sebagai komponen standar dari software. Arsitektur sistem remote terdiri dari dua level penyediaan kontrol, deteksi alarm, manajemen pelaporan dan informasi untuk fasilitas remote. Level satu terdiri dari: •

Remote Site Control Unit (RSCU), komunikasi ke lokasi jauh (remotely)

•

Operation Workstation, melalui modem dan saluran dial-up phone standar.

Level dua terdiri dari satu atau lebih field-bus yang dikontrol oleh RSCU

2.1.1 Pengembangan sistem (System expansion) Sistem otomatis bisa diskalakan dan dikembangkan pada semua levelnya dengan menggunakan interface software yang sama, dan pengkontrol level 1 dan 2 yang sama. Pengembangan sistem otomatis mencakup fungsi Security dan Access Control tanpa menambah workstation, dibutuhkan software sisi depan pengkontrol level 1. Pengkontrol digital SCDU atau modul I/O bisa ditambahkan ke field-bus pengkontrol level 1 yang telah ada, untuk melakukan aplikasi security dan card access. Sistem ini harus menggunakan bahasa program aplikasi yang sama untuk semua level: Workstation, Network Control Unit, Remote Site Control Unit and Standalone Digital Control Unit. Selanjutnya, bahasa program tunggal ini harus digunakan pada semua aplikasi kontrol lingkungan, kontrol card access, deteksi gangguan dan security, dan interface komunikasi data digital ke peralatan berbasis mikro-prosessor lainnya.



SISTEM OTOMATIS

2.1.2 Pengkontrol Network (NCU - Network Control Unit) Pengkontrol network harus berbasis microprocessor, multi-tasking, multi-user, dan menerapkan sistem operasi real time. Setiap control panel NCU terdiri dari perangkat modular termasuk catu daya (power supply), CPU board, dan modul- modul input/output. NCU untuk telephone dial-up telefon lokal harus sama dengan NCU Ethernet, tetapi tanpa plugin Ethernet network interface card (NIC), misalnya, NCU yang mencakup NIC, harus bisa saling tukar pada LAN/WAN atau dial-up lokal.

Penggunaan Webserver (Webserver Functionality) Semua NCU pada Ethernet TCP/IP LAN/WAN harus bisa (out-of-the box) diset-up sebagai Web Server. NCU harsu mampu menyimpan kode HTML dan sebagai halaman web browser, sehingga bisa melayani setiap peralatan komputer yang menggunakan sambungan Ethernet TCP/IP dan mampu menjalankan Internet browser standar (Microsoft Internet Explorer™, Netscape Navigator™, etc.) untuk mengakses data real-time dari keseluruhan sistem otomatis melalui setiap NCU. Grafik dan halaman web berbasis teks harus dibuat dengan menggunakan kode HTML standar. Interface-nya memungkinkan pengguna (user) untuk memilih setiap teks standar dan editoe HTML berbasis grafik untuk membuat halaman. Juga memungkinkan operator untuk membuat halaman grafik resmi dan format-format. Interface WEB server harus bisa menggunakan password security, termasuk validasi permintaan alamat IP komputer PC; juga memungkinkan penggunaan bersama data atau informasi antara semua pengkontrol, atau proses atau network interface (BACnet, LonTalk and TCP/IP) yang diketahui BMS tanpa perduli dimana disambungkan pada network dan/atau dari mana dibutuhkan. Pengkontrol network harus langsung berfungsi sebagai WEB server, langsung membuat kode HTML ke pengguna yang memerlukan (WEB browser), sehingga tidak memerlukan lagi software dan hardware pada PC-based WEB server. Untuk menyederhanakan alokasi ruang imej grafik (graphic image), HTML imej grafik, bila perlu, bisa disimpan pada setiap peralatan network yang digunakan bersama (shared). WEB server sistem otomatis ini harus mampu menerima setiap grafik yang perlu dengan menggunakan pathing syntax standar sesuai kode HTML yang ada padanya. Hardware dan software luar tidak bisa diterima.



SISTEM OTOMATIS

Spesifikasi hardware: - Memory RAM – kapasitas 4 MB hingga 8 MB, termasuk satu floating-point math coprocessor - Communication Port – setiap NCU menyediakan komunikasi ke workstation dan field-bus; sedikitnya tersedia 3 sambungan port lainnya untuk modem telepon, alat servis portable, printer seri dan ke pengkontrol jenis lainnya; pada sistem LAN/WAN, NCU tersedia dengan network interface card untuk plug-in Ethernet TCP/IP dengan kapasitas 10Mbps. - Input/Output (I/O) - setiap NCU harus melayani tambahan input dan output jenis berikut: ♦ Input digital untuk menghidupkan status/alarm ♦ Input counter untuk menjumlahkan denyut pulsa dari meteran. ♦ Input thermistor untuk pengukuran suhu ♦ Input analog untuk pengukuran tekanan, laju aliran dan tinggi permukaan. ♦ Output digital untuk menghidup-matikan kontrol peralatan. ♦ Output analog untuk mengatur pembukaan katup, damper dan kapasitas kontrol peralatan utama. - Modul yang dapat dikembangkan – sistem ini menerapkan model I/O modular agar mudah dikembangkan. Kapasitas input dan output tersedia melalui modul tusuk lepas berbagai macam jenis. Juga bisa mengabungkan modul-modul I/O sesuai keperluan aplikasi kontrol individu. Minimal tersedia 10% persediaan kapasitas input/output. - Saklar-saklar (Hardware Override Switches) – unit-unit keluaran output digital dilengkapi saklar manual tiga posisi untuk memilih keadaan output ON, OFF atau AUTO. Saklar ini dipasang di unit dan merupakan feedback ke pengkontrol sehingga posisi saklar bisa dihasilkan melalui software. Juga, setiap output analog dilengkapi dengan potesiometer (override potentiometer) untuk pengaturan manual sinyal output analog sepenuh rentangnya, ketika saklar manual 3 posisi diposisikan ke ON. - Lampu-lampu indikasi status lokal – menyediakan sedikitnya indikasi LED untuk status CPU, status Ethernet LAN, dan status field-bus. Pada setiap output, menyediakan indikasi LED untuk keadaan output On atau Off. Pada setiap modul output, menyediakan LED yang mengindikasikan apakah ada output pada modul yang dimanualkan (manually overridden). - Real Time Clock (RTC) – setiap NCU memiliki baterei back-up dan real time clock yang akurat hingga 10 detik perhari. RTC menyiapkan: waktu, hari, bulan, dan tahun. Pada operasi normal, clock sistem didasarkan pada frequency sumber listrik AC. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 22


SISTEM OTOMATIS

- Catu daya (power supply) – catu daya NCU berjenis otomatis 120-220VAC, 60/50 Hz dengan toleransi +/- 20%. Jika tegangan masuk kurang dari yang diijinkancatu daya akan dimatikan. Pengkontrol dilengkapi dengan proteksi tegangan lebih, dan tidak perlu konverter tambahan. - Restart otomatis setelah gangguan catu daya – saat pemulihan daya setelah gangguan catu daya, NCU secara otomatis tanpa intervensi manusia akan meng-update semua fungsifungsi yang termonitor, melanjutkan operasi yang sebelumnya sedang berlangsung, mensinkronkan waktu dan status, dan menerapkan strategi start-up khusus yang diperlukan. - Baterei back-up – setiap NCU dengan catu daya standar 120-220 VAC, dilengkapi dengan sistem catu cadangan arus DC yang dapat diprogram, mampu bertahan selama 72 jam untuk mempertahankan semua memori mengambang (volatile), atau 2 jam sebagai UPS penuh. Sistem catu cadangan arus DC ini harus dikonfigurasi setelah berfungsi sebagai UPS penuh, unit akan mematikan fungsi UPS penuh dan hanya memfungsikannya untuk mempertahankan memori saja.

Spesifikasi software NCU berisi flash ROM sebagai sistem operasi yang menempatinya. Software aplikasi sebagai RAM yang menempatinya. Software aplikasi hanya terbatasi oleh jumlah memori RAM-nya. Tidak akan ada pembatasan ditempatkan pada jenis program aplikasi dalam sistem ini. Setiap NCU mampu memproses secara paralel, dan melaksanakan program kontrol secara bersamaan. Setiap program bisa mempengaruhi operasi setiap program lainnya. Setiap program mempunyai akses penuh dari seluruh fasilitas I/O processor. Eksekusi fungsi kontrol ini tidak akan terganggu oleh komunikasi normal oleh pengguna seperti interogasi, memasuki program, memprint-out program untuk penyimpanan, dan lain-lain.

2.2 Bahasa pemrograman pengguna Software aplikasi adalah program yang dapat diprogram oleh pengguna (user) yang mencakup semua strategi, operasi sikuens (sequence), algorithma kontrol, parameter, dan set-point. Program asal berbasis bahasa Inggris dan dapat diprogram oleh pengguna. Bahasnya harus disrukturkan untuk memudahkan konfigurasi program kontrol, alarms, reports, telakomunikasi, kalkulasi matematis, password dan histori. Bahasanya harus membuktikan kebenarannya sendiri (self-documenting). Pengguna harus bisa menempatkan keterangan dimana saja dalam Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 23


SISTEM OTOMATIS

program. Urutan program harus bisa disusun oleh pengguna dalam kelompok logika (logical grouping).

2.2.1 Software kontrol NCU harus mampu melakukan algorithma kontrol yang dites awal (pre-tested) berikut: ♦ Proportional, Integral plus Derivative Control (PID) ♦ Self Tuning PID ♦ Two Position Control ♦ Digital Filter ♦ Ratio Calculator ♦ Equipment Cycling Protection

Fungsi Matematis Setiap pengkontrol harus mampu melaksanakan fungsi matematis dasar (+, -, *, /), kuadrat, akar kuadrat, pangkat eksponen, logarithma, logika Boolean, atau kombinasinya. Pengkontrol harus juga mampu melaksanakan fungsi logika komplek mencakup operasor seperti >, <, =, AND, OR, XOR, dll. Hal-hal ini harus bisa digunakanpada persamaan yang sama dengan operator metematik dan lima tanda kurung.

Penerapan menejemen enerji NCU harus mampu melaksanakan setiap atau keseluruhan menejemen enerji rutin berikut: ♦ Time of Day Scheduling ♦ Calendar Based Scheduling ♦ Holiday Scheduling ♦ Temporary Schedule Overrides ♦ Optimal Start ♦ Optimal Stop ♦ Night Setback Control ♦ Enthalpy Switchover (Economizer) ♦ Peak Demand Limiting Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 24


SISTEM OTOMATIS

♦ Temperature Compensated Duty Cycling ♦ CFM Tracking ♦ Heating/Cooling Interlock ♦ Hot/Cold Deck Reset ♦ Free Cooling ♦ Hot Water Reset ♦ Condenser Water Reset

Logging histori Setiap pengkontrol harus bisa mencatat (logging) setiap besaran variabel sistem selama rentang waktu antara 1 detik hingga 1440 menit. Setiap variabel sistem (input, output, kalkulasi matematik, flag/image dll) dapat dicatat dalam histori. Maksimum 32767 harga dapat dapat disimpan dalam setiap log. Setiap log dapat mencatat harga sesaat, rata-rata, minimum atau maksimum setiap parameter. Log bisa otomatis atau manual; data yang sudah dilog harus bisa di-download ke Operation Workstation untuk pengarsipan jangka panjang berdasar rentang waktu yang ditentukan pengguna, atau perintah manual.

Menejemen Alarm Untuk setiap point sistem, alarm bisa dibuat dengan pernyataan batas atas/bawah atau kondisi. Semua alarm akan diuji setiap kali scan NCU dan bisa ditunjukkan di dalam sistem alarm atau pelaporan. Hingga 8 alarm dapat disusun pada setiap point dalam pengkontrol. Pesan peringatan dan ppelaporan dapat dikirim ke terminal lokal, ke ujung depan (front end) workstation, atau melalui modem ke peralatan komputasi jarak jauh (remote-computing). Alarm dimunculkan berdasarkan prioritasnya. Sedikitnya harus disediakan 255 tingkat skala prioritas. Jika komunikasi dengan workstation terganggu sementara, alarm-alarm akan disimpan sementara (buffered) dalam NCU. Bila komunikasi telah normal, alram akan dikirim ke workstation jika alarm tadi masih dalam kondisi alarm.



SISTEM OTOMATIS

Pelaporan (reporting) NCU harus bisa memunculkan laporan-laporan yang ditentukan pengguna ke printer atau terminal yang tersambung ditempatnya. Laporan harus berisi kombinasi teks dan besaran variabel sistem The NCU shall be able to generate user-definable reports to a locally connected printer or terminal. The reports shall contain any combination of text and system variables. Bentuk model (template) laporan harus dibuat pengguna pada pengolah kata (word processing environment). Laporan bisa ditampilkan berdasarkan kondisi logika atau melalui perintah yang dibuat pengguna.

2.3 Unit Pengkontrol Digital (SDCU-Stand-alone Digital Control Units)–digital controller Unit pengkontrol Digital harus mengkontrol setiap sistem pada masing-masing unit pembangkit daya, yaitu: -

Pengkontrol turbin gas Pengkontrol turbin uap Pengkontrol boiler Pengkontrol generator

(gas turbine controller) (steam turbine controller) (boiler controller) (generator controller)

Setiap unit pengkontrol digital memiliki programnya sendiri dan akan terus tetap beroperasi walaupun terjadi gangguan atau kehilangan komunikasi dengan NCU-nya. Pengkontrol digital sebagai pengkontrol unit pembangkit daya harus memenuhi hal-hal berikut: - Melayani (support) seluruh point-point kebutuhan input dan output sesuai yang dibutuhkan urutan (sequence) dan beroperasi dengan moda berdiri sendiri (stand-alone fashion) - Dapat diprogram secara penuh oleh pengguna (fully user programmable), serta software yang teraplikasi bisa dimodifikasi. - Pengoperasian melalui tampilan (display) monitor atau LCD tersedia untuk mengetahui harga parameter dan memungkinkan operator untuk mengubah harga set-point dan parameter sistem. - Tersedia saklar/ tombol manual (manual override switch) untuk semua output digital maupun analog; posisi saklar termonitor dalam software dan muncul ditampilan operator dan sistem alarm



SISTEM OTOMATIS

Memori RAM dan EPROM Program kontrol akan tetap tersimpan pada RAM yang diback-up dengan baterei dan dalam EPROM. Setiap memori RAM pengguna untuk pengkontrol minimal berkapasitas 32kb dan EPROM 128KB.

Sambungan (port) komunikasi SCDU memiliki sambungan (port) komunikasi dengan field-bus. Satu sambungan port juga disediakan untuk hubungan dengan alat servis portable untuk keperluan komisioning dan perubahan parameter dengan atau tanpa NCU yang on-line. Mungkin juga dari sambungan servis pada setiap SCDU untuk melihat, enable/disable, dan memodifikasi nilai besaran suatu point parameter atau program dalam setiap pengkontrol pada field-bus lokal.

Input/Output Setiap SCDU harus melayani penambahan input dan output untuk jenis berikut: ♦ Digital Inputs for status/alarm contacts ♦ Counter Inputs for summing pulses from meters. ♦ Thermistor Inputs for measuring temperatures in space, ducts and thermowells. ♦ Analog inputs for pressure, humidity, flow and position measurements. ♦ Digital Outputs for on/off equipment control. ♦ Analog Outputs for valve and damper position control, and capacity control of primary equipment.

Kapasitas input dan output bisa ditambah kembangkan dengan menggunakan modul-modul tusuk lepas (plug in/out). Dua modul input atau output bisa ditambahkan ke SCDU utama tanpa menambah kapasitas catu dayanya. Setiap SDCU bisa saling tukar informasi berbasis peer to peer dengan SCDU lainnya selama membaca (scan) setiap field-bus; juga bisa menyimpan dan mereferensikan besar variabel global (pada LAN) dengan atau tanpa setiap workstation on-line. Program-program kontrol pada setiap SDCU bisa dilihat dan/atau di-enabled/disabled-kan dari lokal dengan alat servis portable atau workstation yang terhubung ke suatu NCU. Lampu indikasi pada SDCU minimal, indikasi LED status CPU dan status field-bus.



SISTEM OTOMATIS

Real Time Clock (RTC) Suatu SCDU harus memiliki real time clock pada hardware dan softwarenya. Akurasinya dalam 10 detik per hari. RTC meliputi informasi berikut: waktu, hari, bulan, dan tahun. Setiap SCDU menerima satu sinyal setiap jam, melalui network dari NCU yang menyamakan RTC seluruh SCDU.

Restart otomatis setelah gangguan catu daya Saat pemulihan daya setelah gangguan catu daya, NCU secara otomatis tanpa intervensi manusia akan meng-update semua fungsi-fungsi yang termonitor, melanjutkan operasi yang sebelumnya sedang berlangsung, mensinkronkan waktu dan status, dan menerapkan strategi start-up khusus yang diperlukan.

Baterei back-up Setiap SCDU dilengkapi dengan baterei back-up yang mampu bertahan hingga 3 tahun menjaga semua memori yang mudah terhapus (volatile).

Menejemen Alarm Untuk setiap point sistem, alarm bisa dibuat dengan pernyataan batas atas/bawah atau kondisi. Semua alarm akan diuji setiap kali scan SDCU dan bisa ditunjukkan di dalam sistem alarm atau pelaporan. Hingga 8 alarm dapat disusun pada setiap point dalam pengkontrol memungkinkan peningkatan perioritas (urgency) berdasarkan alarm yang mana yang disulut (triggered). Pesan peringatan dan pelaporan dapat dikirim ke terminal lokal atau modem yang tersambung ke NCU atau ke Operation Workstation. Alarm dimunculkan berdasarkan prioritasnya. Sedikitnya harus disediakan 255 tingkat skala prioritas. Jika komunikasi dengan NCU terganggu sementara, alarm-alarm akan disimpan sementara (buffered) dalam SDCU. Bila komunikasi telah normal, alram akan dikirim ke NCU jika alarm tadi masih dalam kondisi alarm.



SISTEM OTOMATIS

2.3.1 Pengkontrol turbin gas (gas turbin controller) Pengkontrol turbin gas harus mampu menyelenggarakan seluruh kebutuhan dan pengendalian pengoperasian turbin gas sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada bagian execution dengan program kontrolnya. Kontrol turbin gas terdiri dari: • Ready to start (stand by) • Start-up/shutdown program • In operation, yang terdiri dari: o Temperature Control o Speed Control o Load Control

- Ready to start

=

adalah rangkaian lokiga (logic sequence) untuk memenuhi persyaratan agar unit turbin gas bisa untuk mulai dijalankan (start).

- Start-up/shutdown program = adalah program bertahap (step control programm) untuk memenuhi kriteria dan batasan selama mulai menjalankan (start-up) maupun selama menghentikan (shutdown) unit turbin gas. - Temperature control = adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin gas beroperasi untuk membatasi suhu gas buang turbin gas agar tidak melebihi suhu batasan yang telah ditentukan. - Speed control

=

adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin gas beroperasi untuk menjaga putaran poros turbin gas agar tetap konstan sesuai putaran yang telah ditentukan.

- Load control

=

adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin gas beroperasi untuk mengendalikan beban unit sesuai dengan target yang diinginkan, sambil tetap menjaga putaran poros turbin gas agar tetap konstan sesuai putaran yang telah ditentukan.



SISTEM OTOMATIS

2.3.2 Pengkontrol turbin uap (steam turbin controller) Pengkontrol turbin uap harus mampu menyelenggarakan seluruh kebutuhan dan pengendalian pengoperasian turbin uap sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada bagian execution dengan program kontrolnya. Kontrol turbin uap terdiri dari: • Ready to start (stand by) • Start-up/shutdown program • In operation, yang terdiri dari:

- Speed Control - Load Control



- Ready to start

SISTEM OTOMATIS

= adalah rangkaian lokiga (logic sequence) untuk memenuhi persyaratan agar unit turbin uap bisa untuk mulai dijalankan (start).

- Start-up/shutdown program = adalah program bertahap (step control programm) untuk memenuhi kriteria dan batasan selama mulai menjalankan (start-up) maupun selama menghentikan (shutdown) unit turbin uap. - Speed control

= adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin uap beroperasi untuk menjaga putaran poros turbin uap agar tetap konstan sesuai putaran yang telah ditentukan.

- Load control

= adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit turbin uap beroperasi untuk mengendalikan beban unit sesuai dengan target yang diinginkan, sambil tetap menjaga putaran poros turbin uap agar tetap konstan sesuai putaran yang telah ditentukan.

2.3.3 Pengkontrol boiler (boiler controller) Pengkontrol boiler harus mampu menyelenggarakan seluruh kebutuhan dan pengendalian pengoperasian turbin uap sesuai spesifikasi yang telah ditentukan pada bagian execution dengan program kontrolnya.



SISTEM OTOMATIS

Kontrol boiler terdiri dari: • Ready to start (stand by) • Start-up/shutdown program • In operation, yang terdiri dari: o Kontrol level tangki boiler (drum level control) o Kontrol tekanan uap (steam pressure control) o Kontrol aliran air pengisi (feed water control) o Kontrol uap pintas (steam by-pass control)

- Ready to start

o Kontrol udara bakar (access air control) o Kontrol suhu uap (steam temperature control) o Kontrol tekanan air pengisi (feed water pressure control/sliding pressure control) = adalah rangkaian lokiga (logic sequence) untuk memenuhi persyaratan agar unit boiler bisa untuk mulai dijalankan (start).

- Start-up/shutdown program = adalah program bertahap (step control programm) untuk memenuhi kriteria dan batasan selama mulai menjalankan (start-up) maupun selama menghentikan (shutdown) unit turbin uap. - Drum level control

= adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk menjaga level permukaan air di dalam tangki boiler agar tetap konstan sesuai level yang telah ditentukan.

- Steam pressure control = adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengendalikan tekanan uap sesuai dengan target yang diinginkan. - Feed water control = adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengendalikan aliran air pengisi sesuai dengan target yang diinginkan. - Steam by-pass control = adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengembalikan aliran uap dari boiler ke kondenser, bila jumlah uap produksi boiler jauh melebihi kebutuhan uap untuk turbin uap. - Access air control = adalah kontrol kontinyu (continuous control) selama unit boiler beroperasi untuk mengendalikan aliran udara bakar dari kipas FDF ke ruang bakar agar sebanding dengan kebutuhan bahan bakarnya. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 32


SISTEM OTOMATIS



SISTEM OTOMATIS

2.4 Pengkontrol monitor (display controller) Pengkontrol monitor adalah berdiri sendiri, sebagai perantara operator dengan mesin melalui layar monitor. Software-nya dapat diprogram oleh pengguna untuk membuat image grafis untuk mensimulasikan sesuai dengan harga sekarang (real time)yang datang dari NCU; merubah tampilan, mengoperasikan peralatan dan merubah acuan set-point.

2.4.1 Operator Dan Engineering Workstation Software pada workstation harus bisa dibentuk menjadi sistem tunggal (single workstation) dengan data base lokal, atau sistem ganda (multi workstation) dimana databasenya diletakkan di central file server. Client software pada sistem ganda multi-workstation harus mengakses program database file server melalui suatu rangkaian Ethernet TCP/IP yang bekerja pada 10MBPS atau 100MBPS. Semua workstation berbasis komputer PC dengan sistem operasi Windows. Software aplikasi harus bisa berkomunikasi ke seluruh NCU dan SDCU, bercirikan grafik berwarna resolusi tinggi, peringatan alarm, pelaporan, pengumpulan data yang dapat disusun pengguna dan fungsi penyajian data. Untuk sistem multi-workstation, sedikitnya hingga 256 workstation bisa dihubungkan ke jaringan Ethernet dengan central file server-nya. Pada susunan konfigurasi klien/server ini, setiap perubahan atau tambahan yang dibuat dari satu workstation, secara otomatis akan muncul pada seluruh workstation tanpa perlu mengkopi fail-failnya secara manual. Sistem multiworkstation tanpa central database tidak dapat diterima. Sistem multi-workstation dengan file server terdistribusi/terikat dan central database (master) yang dapat diterima. Kelengkapan Workstation (konfigurasi single atau multi-workstation). −

750 MHz Pentium III (or greater) processor with 256MB of RAM

−

Microsoft NT Workstation operating system

−

Two serial ports

−

10MBPS or 10/100MBPS Ethernet NIC

−

20 GB hard disk

−

3 ½” diskette drive

−

CD-ROM drive

−

SVGA compatible, 19” monitor.

−

Mouse



−

Full function keyboard

−

Audio sound card and speakers

−

License agreement for all applicable software.

SISTEM OTOMATIS

Kelengkapan komputer File Server −

750 MHz Pentium III (or greater) processor with 512MB of RAM

−

Microsoft NT Server™ operating system

−

10MBPS or 10/100MBPS Ethernet NIC

−

30GB hard disk

−

3 ½” diskette drive

−

CD-ROM drive

−

SVGA compatible, 14” monitor.

−

Mouse

−

Full function keyboard

−

License agreement for all applicable software.

Modem yang kompatible dengan Workstation (33.6 Kbaud)

Printer Printer untuk alarm dan printer untuk grafik atau laporan terpisah. Printer alarm biasanya Epson dot matrix atau persamaannya, dan printer untuk pelaporan biasanya jenis laser-jet.

Software untuk workstation Perencanaan arsitektur software harus berorientasi pada objek, aplikasi 32 bit cocok untuk teknologi Microsoft OLE, COM, DCOM dan ODBC. Teknologi ini memudahkan untuk menggunakan seluruh kemampuan sistem operasi untuk digunakan bersama antara aplikasi (dan untuk pengguna aplikasi tersebut), kekayaan data tersedia dari BAS. Fungsi workstation mencakup pemantauan dan pemrograman semua pengkontrol DDC. Pemantauan terdiri dari pengalarmaan, pelaporan, tampilan grafik, penyimpanan data jangka panjang, pengumpulan data otomatis, dan aksi-aksi kontrol oleh operator seperti pengaturan skedul dan setpiont. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 35


SISTEM OTOMATIS

Pemrograman pengkontrol harus bisa dilakukan dalam keadaan off-line maupun on-line dari engineering workstation yang mana saja. Semua informasi harus tersedia dalam tampilan grafis maupun teks. Tampilan grafis menonjolkan efek animasi untuk memperkaya penyajian data, mengingatkan operator akan adanya problem, dan untuk memudahkan lokasi informasi diseluruh sistem DDC. Semua fungsi operator bisa dipilih melalui mouse.

Database sistem Mesin database file server harus Microsoft SQL Server, atau komplien ODBC (Open Database Connectivity) lainnya, program database relasional. Mesin database komplien ODBC ini memungkinkan pemilik menggunakan database pilihannya dan karena arsitekturnya yang terbuka memungkinkan pemilik menulis aplikasi resmi dan/atau laporan yang langsung berkomunikasi dengan database menghindari transfer data biasa untuk memperbaharui (update) aplikasi alinnya. Database sistem berisi semua poin-poin konfigurasi dan programprogram dalam setiap pengkontrol yang telah ditempatkan dalam jaringan network. Juga, database berisi file-file semua workstation berupa grafik warna (color graphic), alarm reports, text report, historical data logs, schedules, dan polling records.

2.4.2 Pengantara Pemakai (User Interface) Software workstation BAS (Building Automation System) memungkinan pembuatan pengantara (interface) biasa jenis cari sana-ini (custom browser-style) yang dihubungkan ke pengguna yang telah tercatat (logged) ke software workstation. Pengantara ini akan mendukung pembuatan “hot-spots” sehingga pengguna bisa berhubungan untuk melihat dan mengedit setiap objek dalam sistem atau menjalankan pengedit atau alat konfigurasi setiap objek yang ada dalam software. Lebih lanjut lagi, pengantara ini harus bisa dikonfigurasi menjadi desktop PC pengguna - dengan semua hubungan (link) yang diperlukan pengguna untuk menjalankan aplikasi lainnya. Hal ini, bersama dengan kemampuan keamanan pengguna (user security) dari Windows, akan memungkinan administrator sistem mengatur sambungan account workstation yang tidak hanyan membatasi kemampuan pengguna dalan software BAS tetapi juga membatasi apa yang boleh dilakukan pengguna pada PC dan/atau LAN/WAN. Hal ini untuk menjamin, misalnya, pengguna workstation pemantau alarm tidak bisa mematikan penampilan alarm yang aktif dan/atau tidak bisa memasukkan (loading) software kedalam PC.



SISTEM OTOMATIS

Keamanan pengguna (user security) Software harus dirancang sedemikian sehingga setiap pengguna software bisa memiliki satu nama pengguna (username) dan kata kunci (password) yang unik. Kombinasi username/password ini dihubungkan ke serangkaian kemampuan dalam software, disetel (set) dan hanya bisa diedit oleh administrator sistem. Setelan kemampuan mulai dari hanya lihat (View only), mengakui (acknowledge) alarm, meng-enable/disable-kan dan merubah harga, Program , dan Administer. Sistem memungkinkan kemampuan diatas diterapkan secara bebas ke setiap masing-masing kelas objek dalam sistem. Sistem harus memungkinkan sedikitnya 256 pengguna dikonfigurasikan perstation. Harus ada satu pewaktu tak aktif yang dapat diatur dalam software yang otomatis mematikan (log-off) operator terakhir setelah waktunya habis.

Pengantara pengkonfigurasian (Configuration Interface) Software workstation harus menggunakan pengantara interface Windows Explorer untuk operator maupun programmer untuk melihat dan/atau mengedit setiap objek (controller, point, alarm, report, schedule, dll.) dikeseluruhan sistem. Interface ini harus menyajikan map network semua pengkontrol dan poin-poin, program, grafik, alarm, dan report yang berhubungan dengannya dengan struktur yang mudah dimengerti. Semua nama objek harus alfanumerik dan menggunakan konvensi nama file Windows yang panjang. Nama objek tidak perlu harus unik diseluruh sistem; ini memungkinkan konsistensi penamaan poin; misalnya setiap pengkontrol bisa memliki satu masukan input bernama Temperatur Gas Buang dan satu setpoint bernama Set-point Aliran Bakar. Pengantara konfigurasi juga harus mendukung objek-objek template yang akan digunakan sebagai blok-blok untuk membuat database BAS. Jenis objek template yang didukung meliputi semua jenis-jenis poin data (input, output, string variables, setpoints, dll.), algorithma alarm, alarm notification objects, reports, graphics displays, schedules, dan programs. Group jenis objek template harus bisa di-setup sebagai sistem dan sub-sistem template. Sistem template harus cepat untuk data entry; juga harus menjaga hubungan ke objek anak (child object) yang dibuat oleh setiap template. Jika pengguna ingin melakukan perubahan pada suatu objek template, software harus menanyakan pengguna apakah ingin meng-update semua objek anak dengan perubahan tersebut. Sistem template harus memfasilitasi konsistensi pengkonfigurasian dan pemrograman dan memberi pengguna suatu metoda yang mudah dan cepat untuk membuat perubahan global pada BAS.



SISTEM OTOMATIS

Tampilan grafik berwarna (color graphic displays) Sistem harus memungkinkan pembuatan tampilan grafik berwarna yang ditentukan pengguna untuk menunjukkan sistem mekanikal dan elektrikal atau building schematics. Grafik-grafik ini harus berisi informasi poin dari database meliputi atribut apa saja yang berhubungan dengan poin tersebut, misalnya satuan enjinering (engineering units). Juga, operatorharus bisa mengoperasikan peralatan atau merubah setpoint dari suatu grafik dengan menggunakan keyboard atau mouse. Kelengkapan subsistem grafik berwarna meliputi: ♦ SVGA, tampilan bit-mapped displays. Pengguna harus mampu mengimpor file gambar yang dibuat dengan AutoCAD sebagai latar belakang tampilan. ♦ Built-in library objek yang dianimasi seperti damper, kipas, pompo, saklar, tombol, meteran, dan grafik yang dapat di-drop ke grafik dengan menggunakan mouse. Objek ini memmungkiakan operator berinteraksi dengan tampilan grafis mimik yang serupa dengan panel kontrol yang terpasang. Dengan mouse, operator busa mengatur setpoints, start dan stop peralatan, memodifikasi parameter loop PID, atau merubah skedul. ♦ Perubahan status atau kondisi alarm harus bisa disoroti dengan perubahan objek lokasi screen, ukuran, warna, teks, kelap-kelip atau perubahan dari satu tampilan ke tampilan lainnya. ♦ Objek-objek panel grafis harus bisa dikonfigurasi dengan halaman yang disebut “multiple tabbed” yang memungkinkan operator dengan cepat melihat grafis individu peralatan yang berupa sistem dan sub-sistem. ♦ Kemampuan menghubungkan tampilan grafis melalui objek yang telah ditentukan pengguna, pengujian alarm, atau hasil rumusan matematik.operator harus bisa berpindah dari satu grafis ke grafis lainnya dengan memilih suatu objek dengan mouse, tidak perlu menu.

2.4.3 Pemantauan otomatis (automatic monitoring) Software harus mampu secara otomatis mengumpulkan data dan laporan dari pengkontrol mana saja melalui hubungan komunikasi kabel (hardwire) atau modem. Frekuensi pengumpulan data harus seluruhnya dapat dikonfigurasi oleh pengguna.



SISTEM OTOMATIS

Menejemen alarm Software harus bisa menerima alarm langsung dari pengkontrol, atau membuat alarm berdasarkan evaluasi data pada pengkontrol dan membandingkan batasan atau persamaan kondisional yang dikonfigurasi melalui software. Setiap alarm (tak peduli asalnya) akan diintegrasikan ke dalam sistem menejemen alarm keseluruhan dan akan dimunculkan pada semua laporan alarm standar, siap untuk ditanggapi operator, dan ada pilihan untuk ditampilkan secara grafis atau laporan. Menejemen alarm meliputi: • Sedikitnya 255 tingkat pemberitahuan alarm. Setiap tingkat akan membuat serangkaian parameter yang unik untuk tampilan alarm pengkontrolan, tanggapan (acknowledgment), annunsiasi keyboard, printout alarm dan menyimpan rekaman. • Pencatatan (logging) otomatis didalam database berita alarm, nama poin nilai poin, pengkontrol yang terhubung, pembubuhan waktu (timestamp), nama pengguna dan waktu menanggapi serta waktu mematikan suara alarm (soft acknowledgement) . • Print otomatis informasi alarm atau laporan alarm pada printer alarm atau printer laporan. • Membunyikan suara beep atau file audio pada awal alarm atau kembali ke normal. • Mengirim email atau halaman alfanumerik ke setiap yang terdaftar dalam alamat email workstation pada awal terjadi alarm atau alarm berulang karena operator belum menanggapi alarm dalam tenggang waktu yang telah ditentukan pengguna. Kemampuan menggunakan email dan halaman alfanumerik alarm-alarm harus menjadi ciri standar software terpadu dengan pengantara aplikasi surat sistem operasi (OS MAPI). Tidak perlu pengantara software yang khusus. • Alarm individual harus bisa juga ditampilkan di workstation yang waktu dan tanggalnya ditentukan pengguna; misalnya alarm “temperatur pelumas sangat tinggi” ditampilkan di workstation Bagian Menejemen selama jam dan hari kerja dan ke workstation Pusat Pengalarman (Central Alarming) setiap saat. • Termasuk juga pemantau alarm aktif yang dapat ditentukan ke setiap pengguna untuk menampilkan atau menyembunyikan atribut alarm. • Jenis dan warna huruf (font), dan warna belakang setiap level berita alarm sebagaimana terlihat pada pemantau alarm aktif bisa ditentukan untuk memudahkan identifikasi jenis alarm tertentu atau keadaan alarm. • Pemantau alarm aktif bisa dikonfigurasi sehingga operator harus menuliskan pada entir alarm atau mengambil dari daftar aksi pengguna untuk alarm tertentu; hal ini menjamin akuntabilitas (audit trail) untuk merespon alarm-alarm kritis.



SISTEM OTOMATIS

2.4.4 Pembuatan pelaporan (report generation) Software berisi pembuatan laporan dengan perangkat pengolah kata untuk membuat laporan yang bisa di-setup agar berjalan otomatis atau bila diperlukan. Setiap workstation bisa mengumpulkan laporan dengan program pengolah kata spreadsheet yang telah ada. Bila laporan ditampilkan, otomatis menyebar ke pengedit laporan yang terhubung seperti Word™, WordPerfect™, NotePad, atau Lotus 123 • Laporan bisa sepanjang apa pun dan berisi atribut poin apa saja dari pengkontrol mana saja yang terhubung dengan jaringan network. • Pembuat laporan punya akses ke bahasa pemrograman pengguna untuk melakukan kalkulasi matematik didalam kerangka laporan, mengkontrol output tampilan laporan, atau memudahkan pengguna untuk informasi tambahan yang diperlukan pelaporan. • Memungkinkan melakukan program eksekusi lainnya kapan saja suatu pelaporan dimulai. • Aktivitas pembuat laporanbisa dihubungkan ke sistem menejemen alarm, sehingga setiap laporan yang dikonfigurasi bisa ditampilkan untuk merespon kondisi suatu alarm. • Laporan standar meliputi: - Points in each controller. - Points in alarm -

Disabled points Overridden points Operator activity report Alarm history log. Program listing by controller with status. Network status of each controller

Laporan jenis spreadsheet (spreadsheet-style report) Software juga menyediakan pelaporan sederhana jenis baris dan kolom (spreadsheet-style) pada setiap kelas objek dalam sistem, yang bisa dikonfigurasi oleh pengguna dan mengambil data segar dari pengkontrol atau dari database. Pengguna bisa men-setup setiap laporan ditampilkan dalam bentuk huruf dan latar belakang berwarna, juga bisa dikonfigurasi untuk menyaring data, memilih data dan menyorot data sesuai kriteria yang yang ditentukan pengguna.



SISTEM OTOMATIS

Pelaporan HTML (HTML reporting) Laporan jenis spreadsheet bisa dijalankan pada file template HTML, untuk membuat file hasil HTML dalam direktori template HTML. Direktori ini bisa digunakan bersama dengan pengguna komputer lainnya untuk mengakses ke direktori untuk menunjuk browser web mereka pada file dan melihat laporan.

Penjadwalan (scheduling) Memungkinkan untuk mengkonfigur dan mendownload (scheduling) pengkontrol mana saja pada jaringan network.

dari

workstation

penjadwalan

♦

Jadwal waktu hari harus dalam bentuk kalender dan dapat diprogram sedikitnya satu tahun kedepan. Setiap hari standard dalam seminggu harus bisa disesuaikan dengan warna sehingga mudah untuk dilihat, sekilas pandang, untuk menetapkan jadwal untuk hari tertentu walaupun dalam setahun. Untuk mengubah jadwal hari tertentu, pengguna dengan mudah mengklik hari yang dipilih kemudian mengklik jenis hari yang diinginkan.

♦

Setiap jadwal akan muncul pada tampilan dapat dilihat untuk setahun, sebulan, seminggu dan sehari. Mengklik dengan mouse untuk menukar tampilan. Mungkin juga menggulung (scroll) dari satu tampilan bulan ke tamlipan bulan sebelum atau sesudahnya, dan mengubah setiap jadwal waktu.

♦

Jadwal ditetapkan untuk pengkontrol tertentu dan disimpan dalam memori RAM local. Setiap perubahan pada workstation secara otomatis akan di –updatekan jadwal yang sesuai pada pengkontrol.

Programmer's Environment Lingkungan programmer meliputi jalan masuk ke superset (penyetelan lebih tinggi) dari bahasa program yang sama pada pengkontrol. Programmer bisa membentuk software aplikasi off-line untuk pengembangan program yang diinginkan, menulis program kontrol keseluruhan, sistem pelaporan, rutin pengumpulan data jaringan yang luas, dan software pengelolaan alarm yang biasa. Pada tampilan yang sama sebagai pemeriksa program, lingkungan pemprograman akan mencakup dockable debug dan watch bars untuk pen-debugging-an program dan melihat harga up-date dan menghubungkan titik selama pemprograman. Juga satu alat wizard harus ada



SISTEM OTOMATIS

untuk pen-loadingan program dari library file pada program editor.

Saving/Reloading Workstation software akan memiliki satu aplikasi untuk save and restore file-file memori pengkontrol lapangan. Aplikasi ini tidak dibatas untuk saving and reloading suatu keseluruhan pengkontrol, juga harus mampu untuk save/reload objek-objek individu pada penkontrol. Hal ini memungkinkan misalnya untuk pen-debuggingan program kontrol secara off-line, dan kemudian me- reloading informasi yang baru dimodifikasi.

Data Logging Perangkat lunak workstation harus mampu dengan mudah menyusun kelompok titik data dengan trend logs dan menampilkan data trend lognya. Sekelompok titik-titik data sebaiknya dibuat dengan metode drag-and-drop titik tersebut ke satu folder. Data trend log akan ditampilkan melalui satu pemilihan menu yang mudah. Data-data ini akan dengan mudah disimpan di file atau diprint.

Audit Trail Perangkat lunak workstation harus secara otomatis me-log dan membubuhkan waktu (timestamp) setiap operasi yang dilakukan pengguna pada workstation, dari logging ON dan OFF workstation sampai mengubah harga suatu titik, memodifikasi program, enabling/disabling suatu objek, melihat tampilan grafis, menjalankan pelaporan, memodifikasi jadwal, dll.

Fault Tolerant File Server Operation Sistem harus menyediakan pilihan untuk menyiapkan operasi fault tolerant bila terjadi kegagalan CPU, disk drive, atau perangkat keras yang dibutuhkan untuk menjaga integritas operasinal sistem. Integritas operasinal mencakup semua pengantara pengguna, monitoring titik-titik alarm dan akses, dan melaksanakan akses fungsi kontrol. Mekanisma pertukaran (switchover) yang tersedia harus otomatis. Jika ada kegagalan karena



SISTEM OTOMATIS

hardware, kemudian sistem harus segera beralih ke komputer back-up. Jika ada kegagalan sistem karena software (instruksi atau data), sistem harus tidak memberikan kode kesalahan ke komputer back-up, jika diberikan, komputer back-up juga akan gagal dengan cara yang sama seperti komputer utama. Peralihan ke komputer back-up akan dimulai dan diselesaikandengan satu cara dan kerangka waktu yang menghindarkan hilangnya data kejadian, dan harus jelas (transparent) bagi pengguna sistem, kecuali untuk pesan alarm laporan yang mengindikasikan bahwa telah terjadi peralihan. Ketika kegagalan sistem selesai dari komputer utama ke komputer back-up, tidak ada alarm ataupun kejadian lainnya yang akan hilang, komputer back-up akan mengkontrol semua fungsi sistem. Kegagalan satu komponen pada sistem harus tidak menyebabkan kegagalan keseluruhan sistem. Semua pengguna akan diberitahu setiap ada kegagalan komponen yang terdeteksi melalui suatu alarm kejadian. Pengguna sistem tidak akan ter-logged off karena kegagalan atau peralihan sistem. Komputer utama akan menyiapkan indikasi kontinu bahwa komputer back-up tidak tidak tersedia sampai sekian lama hingga fault-nya dihilangkan.



SISTEM OTOMATIS



KOMUNIKASI DIGITAL

3. KOMUNIKASI DIGITAL 3.1 Pendahuluan Pada rancangan yang besar dan system digital yang kompleks, diperlukan satu alat yang mengkomunikasikan informasi-informasi digital dari dan ke perlengkapan lainnya. Salah satu keunggulan informasi digital adalah kecendrungannya menjadi jauh lebih tahan akan salah transmisi dan interpretasi dari pada informasi yang disimbolkan alam suatu media analog. Andai kita diberi tugas untuk memantau level tangki air utama dari jarak jauh. Pertama merancang system untuk mengukur level air dalam tangki dan mengirim informasi ini agar dapat dimonitor dari jarak jauh. Mengukur level tangki tidaklah sulit dan dapat dilakukan dengan berbagai cara yang berbeda, misalnya dengan float switches, pressure transmitters, ultrasonic level detectors, capacitance probes, strain gauges, atau radar level detectors. Untk memudahkan ilustrasi ini, digunakan alat pengukur level analog dengan sinyal output 4-20 mA. 4 mA menyatakan level tangki 0%, 20 mA menyatakan level tangki 100%, dan setiap harga antara 4 and 20 mA menyatakan level tangki yang sebanding antara 0% and 100%. Jika diinginkan, sinyal arus analog 4-20 milliamp ini dapat dengan mudah ke lokasi pemantauan jarak jauh dengan menggunakan sepasang kabel tembaga untuk menggerakkan sejenis meteran panel yang skalanya menyatakan tinggi air pada tangki sesuai satuan yang diinginkan.

Sistem komunikasi analog ini sederhana dan mudah, mencukupi dan sempurna. Tetapi bukanlah satu-satunya cara. Untuk penerapan teknilogi digital, ada metoda lain untuk memonitor tangki hypothetical ini, meskipun metoda analog diatas merupakan yang paling praktis. Sistem analog yang sederhana ini memiliki keterbatasan. Salah satunya adalah masalah interferensi sinyal analog. Karena level air pada tangki dinyatakan dalam besaran arus listrik DC Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 45


KOMUNIKASI DIGITAL

pada rangkaian, maka setiap perubahan/gangguan arus (noise) akan diterjemahkan sebagai perubahan level air. Tanpa noise, grafik arus terhadap waktu pada level air yang tetap 50% akan menjadi seperti gambar berikut ini.

Jika wayar rangkaian ini terlalu dekat dengan kabel bertegangan listrik AC 60 Hz, misalnya kopling kapasitif dan induktif, bias menyebabkan sinyal palsu "noise" pada rangkaian dengan cukup berarti.

Contoh diatas menegaskan bahwa setiap electrical noise pada sistem pengukuran analog akan diinterpretasikan sebagai perubahan besaran yang diukur. Salah satu cara mengatasi masalah ini adalah dengan mengkodekan level tangki air dengan menggunakan sinyal digital sebagai ganti sinyal analog. Hal ini dapat dilakukan dengan mengganti peralatan ukur analog dengan serangkaian level switch yang dipasang pada ketinggian yang berbeda pada tangki.

Setiap level switch disambungkan ke rangkaian tertutup, mengirimkan arus ke lampunya masingmasing yang terpasang pada panel dilokasi pemantauan. Setiap switch yang menutup, lampunya akan menyala, dan setiap yang memperhatikan panel akan melihat lima lampu yang merepresentasikan level tangki. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 46


KOMUNIKASI DIGITAL

Sesungguhnya setiap rangkaian lampu adalah digital yang alami, tak masalah apakah 100% on atau 100% off. Interferensi elektrikal dari kabel lain sepanjang jalur menyebabkan pengaruh yang sangat rendah terhadap keakuratan pengukuran pada pemantauan terjauh dibanding system sinyal analog. Diperlukan interferensi yang luar biasa untuk menyebabkan sinyal off terinterpretasikan sebagai sinyal on, demikian juga sebaliknya. Ketahanan relative terhadap interferensi elektrikal adalah keuntungan utama setiap bentuk komunikasi digital dibanding analog. Telah dipahami bahwa sinyal digital jauh lebih tahan terhadap gangguan noise, sehingga dapat meningkatkan sistem pengukuran level ini. Misalnya meningkatkan resolusi sistem skala pengukuran dengan menambah jumlah switch agar pengukuran level air menjadi lebih teliti. Andaikan dipasang 16 switch di sepanjang ketinggian tangki, bukan cuma 5. ini akan sangat meningkatkan resolusi engukuran ini, tetapi memerlukan sangat banyak wayar untuk dibentangkan antara tangki dengan lokasi pemantauan. Salah satu cara mengurangi penggunaan wayar dengan menggunakan pengkode prioritas (priority encoder) menggunakan ke 16 switch dan membangkitkan suatu bilangan bineri yang merepresentasikan informasi yang sama.

Sekarang hanya 4 wayar (ditambah kabel catu daya dan pentanahan) yang diperlukan untuk mengkomunikasikan informasi, tidak lagi 16 wayar (ditambah kabel catu daya dan pentanahan). Di lokasi pemantauan, diperlukan sejenis alat penunjuk yang akan menerima data bineri 4-bit dan memunculkan tampilan yang mudah dibaca. Suatu pendekode (decoder) melalui wayar menerima data 4-bit ini sebagai masukan input dan menyalakan 1 dari 16 lampu keluaran, dapat digunakan dalam hal ini, atau dapat menggunakan pendekode 4-bit (rangkaian pengoperasi – driver circuit) untuk mengoperasikan sejenis tampilan digit numerical. Resolusi 1/16 tinggi tangki masih belum cukup; agar resolusi lebih baik, diperlukan lebih banyak bit untuk output bineri dengan menambah lagi level switch; hal ini menjadi kurang praktis. Cara lebih baik, memasang kembali transmitter analog ke tangki dan secara elektronik mengubah output 4-20 mA-nya menjadi suatu bilangan bineri (dengan pengubah analog ke bineri ADC) Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 47


KOMUNIKASI DIGITAL

dengan bit lebih banyak. Untuk menghindari efek noise, ADC ini dipasang dekat dengan tangki, sehingga diperoleh sinyal yang merepresentasikan 4-20 mA yang bersih. Ada banyak cara untuk mengubah sinyal analog ke digital. Namun penjelasan berikut akan membahas teknik komunikasi sinyal digital itu sendiri. Jenis informasi digital pada contoh ini adalah data digital parallel, dimana setiap bit bineri dikirim melalui wayarnya masing-masing ( satu wayar per bit), sehingga akan sampai ditujuan secara bersamaan. Jumlah wayar kemudian dapat dikurangi menjadi satu channel (kabel sinyal dan ground), setiap bit dikirim berurutan; jenis ini disebut data digital serial. Dengan suatu multiplexer atau shift register, data dari ADC dekat tangki diambil dengan parallel data dan diubah menjadi serial data. Pada sisi pemantauan, digunakan suatu demultiplexer atau shift register jenis lain untuk mengubah serial data kembali ke parallel data yang digunakan rangkaian tampilan. Peralatan multiplexer & demultiplexer (mux/demux) dijaga tetap sinkron. Untunglah, ada chip IC digital yang disebut UART (Universal Asynchronous ReceiverTransmitters). Akan dipelajari bagaimana komunikasi informasi digital dari tangki ke lokasi pemantauan.

3.2 Jaringan dan Bus (Networks and busses) Sejumlah kumpulan wayar yang menghubungkan antara tangki air dan lokasi pemantauan disebut jaringan (network) atau bus (bus). Beda kedua istilah ini lebih bernuansa semantic daripada teknik, dan keduanya bisa saling tkar dalm prakteknya. Istilah “bus” biasanya digunakan sebagai serangkaian wayar penghubung komponen-komponen digital pada perangkat computer, dan istilah “network” untuk yang secara fisik lebih tersebar luas. Belakangan ini, istilah “bus” menjadi lebih popular sebagai jaringan (network) yang khusus untuk menghubungkan sensor-sensor instrumentasi diskrit yang jaraknya berjauhan, misalnya "Fieldbus" and "Profibus"; juga merupakan penghubung antara dua atau lebih peralatan digital sehingga data dapat dikomunikasikan diantaranya. Sebutan seperti "Fieldbus" atau "Profibus" meliputi tidak hanya fisik wayar bus atau jaringannya saja, tetapi juga tingkat tegangan tertentu untuk komunikasi, urutan waktunya (timing sequence – terutama untuk transmisi data serial), spesifikasi sambungan (pin out), dan seluruh perbedaan ciri-ciri teknik jaringan lainnya. Dengan kata lain, ketika bicara tentang bus atau jaringan jenis tertentu dengan menyebut nama, berarti bicara tentang suatu standar komunikasi, yaitu tentang aturan dan perbendaharaan kata bahasa tertulis. Misalnya, sebelum dua orang atau lebih menjadi sahabat bersurat-suratan, mereka harus bias saling menulis dengan tulisan umum



KOMUNIKASI DIGITAL

yang sama. Hanya memliki satu sistem pengiriman surat-menyurat yang bisa mengirim surat diantara mereka, itu tidaklah cukup. Jika ingin berkirim surat ke negara lain, mereka harus setuju menggunakan kebiasaan huruf, kosa kata, ejaan, tata bahasa yang telah menjadi standard bahasa di negara tersebut. Demikian juga jika ingin menghubungkan dua peralatan Profibus, yang akan mampu saling berkomunikasi hanya jika standard Profibus telah diterapkan dengan sangat teliti seperti tingkat tegangan, urutan waktu dll. Yang jelasnya, dengan hanya menghubung-bentangkan wayar-wayar antara beberapa peralatan tidaklah cukup untuk membangun suatu sistem jaringan (apalagi jika jika peralatan-peralatan tersebut dibuat oleh pabrikan yang berbeda). Agar lebih jelas, mari membuat rancangan standard bus kita sendiri. Buat sistem pengukuran tangki air dengan 5 saklar (switches) untuk mengukur level yang berbeda, dan dengan menggunakan sedikitnya 5 wayar untuk menyambungkan sinyalnya ke tempat tujuan, maka kita bias memulai dasar-dasar yang mungkin merupakan jaringan BogusBus:

Secara fisik wayar untuk BogusBus terdiri dari 7 wayar antara peralatan transmitter (saklar – switches) dengan peralatan penerima (lampu sinyal). Transmitter terdiri dari semua komponenkomponen dan sambungan wayarnya kearah kiri dari sambungan terkiri (bersimbol "-->>--"). Setiap simbol penyambung legkap dengan elemen pasangan jantan-betina (male and female). Bus wayar (bus wiring) terdiri dari ke tujuh wayar antara pasangan penyambung. Penerima (receiver) dan semua wayar peralatannya terletak di sebelah kanan dari sambungan terkanan. Lima wayar jaringan (bernomer 1 s.d. 5) membawa data, sedangkan dua wayar (berlabel +V dan -V) merupakan sambungan untuk catu daya arus searah DC. Ada satu standard steker penyambung 7-pin. Susunan pin tidak simetris untuk menghindari penyambungan terbalik. Agar pembuat memperoleh sertifikat penghargaan "BogusBus-compliant" atas produknya, mereka harus tunduk dengan ketentuan yang dibuat oleh perancang BogusBus (seperti Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 49


KOMUNIKASI DIGITAL

perusahaan lainnya yang merancang bus untuk tugas tertentu dan memasarkannya untuk keperluan yang luas). Misalnya, semua peralatan harus bisa menggunakan catu daya 24 Volt DC dari BogusBus; kontak saklar pada transmitter harus sesuai kemampuannya, lampu sinyal harus sesuai dengan tegangan, dan penyambung-penyambung harus mampu mengalirkan arusnya. Wayar-wayar juga harus memenuhi standard yang sama; lampu 1 s.d. 5 harus disambungkan dengan tepat, sehingga ketika transmitter LS4 menutup, maka lampu receiver akan menyala, demikian selanjutnya. Karena kedua transmitter dan receiver memerlukan catu daya 24V DC, semua kombinasi transmitter/receiver (dari berbagai merek) harus memiliki catu daya yang dapat disambung parallel dengan aman. Bayangkan apa yang akan terjadi jika transmitter merek A menghubungkan sisi negative (-) catu daya 24V DCnya ke ground sedangkan transmitter merek B menghubungkan sisi positive (+) catu daya 24V DCnya yang ke ground; jika kedua ground tersebut adalah padu ("solid" – antara keduanya bertahanan rendah, seperti keduanya menggunakan kerangka baja bangunan yang sama), maka kedua catu daya akan menjadi terhubung singkat. Tentu saja BogusBus adalah sebuah contoh jaringan digital yang cukup hipotetis dan tidak praktis, sangat kekurangan resolusi data, membutuhkan banyak pengawatan untuk menghubungkan peralatan, dan komunikasi hanya satu arah (dari transmitter ke receiver); hanya cukup sebagai contoh mengetahui apakah jaringan itu dan beberapa pertimbangan dalam pemilihan dan pengoperasian jaringan (network). Banyak jenis-jenis bus dan jaringan, yang masing-masing memiliki aplikasi, keunggulan, dan kelemahannya sendiri, beberapa contohnya aadalah sebagai berikut:

3.2.1 Bus jarak pendek (Short-distance busses) PC/AT

Bus yang digunakan pada komputer yang cocok dengan IBM terdahulu, untuk menghubungkan peralatan sekelilingnya seperti disk drive, sound card dan lainnya ke motherboard komputer.

PCI

Bus yang digunakan pada komputer yang cocok tidak hanya dengan IBM. Jauh lebih cepat dari pada PC/AT. Kecepatan transfer datanya 100 Mbytes/second (32 bit) dan 200 Mbytes/second (64 bit).

PCMCIA Bus yang digunakan menghubungkan peralatan sekeliling ke laptop dan notebook berukuran personal komputer PC; ukuran fisik kaki-kakinya kecil dan sangat lambat dibanding bus PC lainnya.



KOMUNIKASI DIGITAL

VME

Bus yang potensial (dirancang ulang dari Motorola terdahulu dengan standard VersaBus untuk membangun industri serba guna and komputer militer, dimana memori ganda, peripheral, dan bahkan papan mikro-prosessor dapat disumbatkan (plugged) di rak pasif untuk memfasilitasi rancangan sistemyang umum. Kecepatan transfer datanya kira-50 Mbytes/second (64 bits wide).

VXI

Pengembangan dari bus VME, VXI (ekstensi VME untuk Instrumentation) meliputi bus VME standard bersama penyambung untuk sinyal analog antara card didalam rak.

S-100

Kadang disebut Altair bus, bus standard ini hasil dari konferensi 1976, sebagai interface ke mikroprosesor Intel 8080. Filosofinya serupa dengan VME, dimana cardcard multi fungsi bisa colokkan (plug in) pada rak pasif passive rack) untuk memudahkan konstruksi sistem.

MC6800 Bus Motorola yang ekuivalen dengan Intel-centric S-100, dirancang sebagai pengantara (interface) peralatan peripheral dengan chip Motorola 6800 microprocessor popular. STD

Simple-To-Design, rak pasif yang serupa dengan bus PC/AT, dan dapat disesuaikan rancangan perangkat keras berbasis IBM-compatible. Dirancang oleh Pro-Log dengan lebarmerlukan 8 bits wide (parallel), memerlukan rangkaian card yang kecil (4.5 x 6.5 inch).

Multibus I and II Suatu bus untuk desain fleksibel sistem komputer, dirancang oleh Intel dengan lebar 16 bits (parallel). Compact PCI Suatu penyesuaian industrial standard PCI komputer pribadi, dirancang berkinerja lebih tinggi sebagai alternative dari bus VME yang lama. Dengan bus clock berkecepatan 66 MHz, laju transfer data 200 Mbytes/detik (32 bit) atau 400 Mbytes/detik (64 bit). Microchannel Dirancang oleh IBM untuk komputer seri PS/2, sebagai perantara PC motherboards ke peralatan peripheral. IDE

Suatu bus yang terutama digunakan untuk menghubungkan connecting penggerak (drives) hard disk komputer pribadi PC dengan card-card peripheral yang sesuai. Banyak digunakan pada komputer pribadi PC untuk perantara penggerak hard disk dan CD-ROM.


SCSI


KOMUNIKASI DIGITAL

Suatu bus alternative (secara teknis lebih unggul dari IDE) yang digunakan untuk penggerak disk komputer pribadi. SCSI stands for Small Computer System Interface. Digunakan pada beberapa PC yang cocok (compatible) dengan IBM, juga Macintosh (Apple), dan banyak komputer bisnis mini dan mainframe. Digunakan sebagai perantara hard drives, CD-ROM drives, floppy disk drives, printers, scanners, modems, dan tuan rumah (host) peralatan peripheral lainnya. Berkecapatan hingga 1.5 Mbytes per detik for standard asli.

GPIB (IEEE 488) General Purpose Interface Bus, juga dikenal senagai HPIB atau IEEE 488, yang dimaksudkan sebagai perantara peralatan uji elektronis seperti oscilloscopes dan multimeters ke komputer pribadi. Lebar lintasan alamat/data 8 bit dengan 8 saluran tambahan untuk kontrol komunikasi. Centronics parallel Banyak digunakan pada komputer pribadi sebagai perantara peralatan printer dan plotter, juga peralatan peripheral lainnya, seperti external ZIP (100 Mbyte floppy) disk drives dan tape drives. USB

Universal Serial Bus, sebagai interkoneksi banyak peralatan peripheral eksternal (seperti keyboards, modems, mice, etc.) ke komputer pribadi. Telah lama digunakan pada PC Macintosh, ini digunakan sebagai pelengkapan baru pada mesin-mesin yang cocok dengan IBM.

FireWire (IEEE 1394) Suatu jatingan serial kecepatan tinggi yang mampu beroperasi pada 100, 200, or 400 Mbps dengan ciri serba guna (versatile) seperti "hot swapping" (peralatan menambah atau melepas dengan power on) dan topologi fleksibel. Dirancang untuk pengantaraan (interfacing) komputer pribadi berkinerja tinggi. Bluetooth Jaringan komunikasi berbasisi radio (radio-based) yang dirancang untuk menghubungkan peralatan komputer perkantoran. Perlengkapan untuk keamanan data dirancangkan dalam standard jaringan ini.

3.2.2 Jaringan jarak diperluas (Extended-distance networks) 20 mA current loop. Agar tidak bingung dengan standard analog instrumentasi umum 4-20 mA, ini adalah jaringan komunikasi digital berbasis pada gangguan rangkaian arus 20 mA (kadang 60 mA) untuk menggambarkan data bineri. Walaupun impedanasi rendah memberi kekebalan (immunity) noise yang baik, diduga gangguan kabel (misalnya putus) yang akan menggagalkan keseluruhan jaringan. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 52


KOMUNIKASI DIGITAL

RS-232C Jaringan serial yang paling banyak digunakan dalam sistem komputer, biasanya digunakan untuk menghubungkan peralatan peripheral seperti printers dan mice ke komputer pribadi. Kecepatan dan jaraknya terbatas 45 feet and 20 kbps. RS-232C sering disingkat menjadi RS-232 saja (tanpa C). RS-422A/RS-485 Dua jaringan serial yang dirancang untuk mengatasi beberapa keterbatasan jarak dan keserba-gunaan RS-232C. digunakan secara luas dalam perindustrian untuk menghubungkan bersama-sama peralatan serial dalam lingkungan pembangkit yang secara listrik"noisy". Batas jarak dan kecepatannya lebih tinggi dari pada RS-232C, biasanya lebih dari setengah mil dan kecepatannya mencapai 10 Mbps. Ethernet (IEEE 802.3) Suatu jaringan kecepatan tinggi yang menghubungkan bersama beberapa komputer dan beberapa jenis peralatan peripheral. "Normal" Ethernet beroperasi dengan kecepatan 10 million bits/detik, dan "Fast" Ethernet beroperasi dengan kecepatan 100 million bits/second. "Normal" Ethernet implementasikan pada berbagai alat kabel tembaga (thick coax = "10BASE5", thin coax = "10BASE2", twisted-pair = "10BASE-T"), radio, dan pada fiber optik ("10BASE-F"). "Fast" Ethernet juga implementasikan pada beberapa alat berbeda (twisted-pair, 2 pair = 100BASE-TX; twisted-pair, 4 pair = 100BASE-T4; optical fiber = 100BASE-FX). Token ring Suatu jaringan kecepatan tinggi yang menghubungkan bebarapa perlatan computer bersama-sama, menerapkan filosofi komunikasi yang sangat berbeda dari Ethernet, memungkinkan respon waktu yang presisi dari peralatan jaringan individu, dan kekebalan yang lebih besar terhadap kerusakan kabel jaringan. FDDI

Suatu jaringan kecepatan sangat tinggi, yang secara eksklusif diterapkan pada kabel.

Modbus/Modbus Plus Pada awalnya diterapkan oleh korporati Modicon, suatu perusahaan besar yang membuat peralatan PLC, untuk menghubungkan rak-rak I/O (Input/Output) yang berjauhan dengan satu prosesor PLC. Masih cukup populer. Profibus Pada awalnya diterapkan oleh korporati Siemens, suatu perusahaan besar yang membuat peralatan PLC. Foundation Fieldbus suatu bus berkinerja tinggi yang sengaja direncang untuk memungkinkan instrument banyak proses (transmitter, controllers, valve positioners) untuk berkomunikasi dengan komputer induk dan node lainnya. Bisa secara penuh menggantikan sinyal analog 4-20 mA sebagai sarana standard interkoneksi instrumentasi control proses dimasa datang. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 53


KOMUNIKASI DIGITAL

3.2.3 Aliran data (Data flow) Bus-bus dan jaringan dirancang untuk terjadi komunikasi antara peralatan individual yang interkoneksi. Aliran informasi atau data antara dapat terjadi dengan bentuk yang beragam:

Dengan simplex communication, semua aliran data searah; dari transmitter yang ditentukan ke receiver yang ditentukan. BogusBus adalah contoh simplex communication, dimana transmitter mengirim siformasi ke lokasi pemantauan jarak jauh, tetapi tidak ada informsai yang dapat dikirim kembali ke tangki air. Jika diperlukan mengirim informasi kesatu arah, maka simplex sudah cukup. Kebanyakan aplikasi memerlukan lebih, yaitu:

Dengan duplex communication, aliran informasi adalah dua arah untuk setiap peralatan. Selanjutnya Duplex dapat dibagi menjadi 2 kategori:

Half-duplex communication bisa diibaratkan seperti dua kaleng tipis yang dihubungkan dengan seutas tali string. Kedua-dua kaleng bisa digunakan untuk mengirim dan menerima, tapi tidak pada saat yang bersamaan. Full-duplex communication sama seperti telefon, dimana dua orang yang masing-masing dapat berbicara dan mendengar pada saat yang bersamaan. Full-duplex biasanya difasilitasi dengan dua saluran atau jaringan terpisah, dengan satu set wayar individu untuk setiap arah komunikasi; biasanya menggunakan gelombang pembawa multi-frekuensi, terutama pada hubungan radio, dimana satu frekuensi disediakan untuk setiap arah komunikasi.



KOMUNIKASI DIGITAL

3.3 Jenis sinyal listrik (Electrical signal types) Dengan BogusBus, pensinyalan sangat sederhana dan langsung; setiap wayar sinyal (1 sampai 5) membawa satu bit data digital, 0 Vuntuk "off" dan 24V DC untuk "on." Karena semua bit tiba ditujuannya bersamaan, maka BogusBus disebut teknologi jaringan parallel. Jika ingin memperbaiki kinerja BogusBus dengan menambahkan pengkodean (encoding) disisi transmitter dan pendekodean (decoding) disisi receiver, sehingga lebih banyak langkah-lsngksh resolusi tersedia pengkabealan yang lebih sedikit, namun masih tetap sebagai jaringan parallel. Bagaimanapun jika kita ingin menambahkan suatu pengubah parallel-to-serial pada sisi transmitter dan pengubah serial-to-parallel disisi receiver, kita akan memiliki sesuatu yang cukup berbeda. Hal ini terutama dengan penggunaan teknologi serial kita terpaksa membuat cara cerdik mengirim bit-bit data. Karena data serial memerlukan kita mengirim semua bit-bit data melalui saluran kabel yang sama dari transmitter ke receiver yang memerlukan sinyal berfrekuensi sangat tinggi pada kabel jaringan. Perhatikan ilustrasi berikut. Suatu sistem BogusBus yang mengkomunikasikan data digital secara parallel dalam bentuk terkode binary (binary encoded). Bukan mengirim 5 bit diskret seperti BogusBus yang asli, tetapi mengirim 8 bit dari transmitter ke receiver. Suatu pengubah analog ke digital (ADC) disisi transmitter membangkitkan keluaran output baru setiap detiknya yang membuat data 8 bit per menit sedang dikirim ke receiver. Untuk memudahkan ilutrasi, katakanlah transmitter sedang beralih antara satu output 10101010 dan 10101011 setiap pembaruan data (update) sekali dalam 1 detik.

Karena hanya bit terendah yang berubah, frekuensi pada kabel jaringan (terhadap ground) hanyalah 1/2 Hertz. Sebenarnya, tidak masalah bilangan apa yang sedang dibangkitkan oleh pengubah ADC antara peng-update-an, frekuensi di setiap wayar pada jaringan BogusBus yang dimodifikasi ini tidaklah dapat melebihi 1/2 Hz, karena itulah kecepatan pengubah ADC meng-update keluaran digitalnya. 1/2 Hz sangat lambat, sehingga tidak menimbulkan masalah pada kabel jaringan.



KOMUNIKASI DIGITAL

Sebaliknya, jika menggunakan jaringan serial 8-bit, seluruh bit-bit data harus muncul pada saluran tunggal secara berurutan. Bit-bit ini harus dikeluarkan oleh transmitter dalam rentang 1 detik antara peng-update-an ADC. Oleh karena itu, perubahan output digital antara 10101010 dan 10101011(sekali dalam 1 detik) akan menjadi seperti berikut:

Frekuensi sinyal BogusBus ini sekarang menjadi 4 Hertz tidak lagi 1/2 Hertz, naik 8 kali lipat. 4 Hz masih sangat rendah, bukan persoalan dalam enjiniring, bayangkan bagaimana adanya jika kita ingin mengirim data 32-bit atau 64-bit per update, bersama dengan bit lain yang diperlukan untuk parity check dan signal synchronization, dengan kecepatan update ribuan kali per detik. Frekuensi jaringan data serial akan mulai memasuki rentang frekuensi radio, dan kabel itu akan menyerupai antena radio, pasangan kabel sebagai jaringan transmisi dengan semua perilaku yang berhubungan karena reaktansi induktif dan kapasitif. Apa yang jadi masalah? Sinyal yang akan dikomunikasikan dengan jaringan serial adalah gelombang segi empat (square-wave), yang merupakan informasi bit-bit bineri. Gelombang segi empat adalah hal khusus, secara matematis serupa dengan sederet tak berhingga gelombang sinus yang berkurang amplitudonya dan bertambah frekuensinya. Gelombang segi empat sederhana dengan frekuensi 10 kHz sebenarnya terlihat dengan kapasitansi dan induktansi jaringan sebagai serangkaian dari banyak frekuensi gelombang sinus yang meluas menjadi ratusan kHz pada amplitude berarti. Apa yang kita terima diujung jaringan 2 kabel yang panjang, tidak lagi berupa gelombang segi empat yang sempurna, walaupun dalam kondisi terbaik. Ketika para sarjana bicara tentang rentang pita (bandwidth) jaringan, mereka mengacu pada batas frekuensi praktis dari suatu media jaringan. Pada komunikasi serial, rentang pita adalah suatu hasil volume data (bit-bit bineri per kata - "word" – yang terkirim) dan kecepatan data ("word" per detik). Ukuran standard rentang pita jaringan adalah bit per detik (bps = bits per second). Satuan yang tidak digunakan lagi adalah baud (perubahan level sinyal per detik) yang secara salah disamakan dengan bps. Banyak standard jaringan serial menggunakan beberapa perubahan level tegangan atau arus untuk menunjukkan satu bit tunggal, makanya dalam aplikasi ini bps dan baud adalah tidak sama. Rancangan umum BogusBus, dimana semua bit adalah tegangan yang diacukan ke sambungan ground umum ("common ground"), adalah situasi hal terjelek untuk komunikasi data gelombang segi empat berfrekuensi tinggi. Semua bekerja dengan baik untuk jaringan Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 56


KOMUNIKASI DIGITAL

jarak pendek, dimana efek induktif dan kapasitif sangat rendah, tetapi untuk jaringan yang panjang metoda ini akan sangat bermasalah

Pilihan kuat untuk metoda sinyal ground umum adalah metoda beda tegangan, dimana setiap bit digambarkan dengan beda tegangan antara sepasang kabel yang terisolasi dari ground bukan beda tegangan antara satu kabel dengan ground umum. Ini cendrung membatasi efek induktif dan kapasitif yang terkena pada setiap sinyal dan kecendrungan sinyal terkorupsi karena interferensi listrik dari luar, dengan demikian meningkatkan jarak praktis suatu jaringan serial

Simbol penguat segitiga merupakan penguat perbedaan, yang mengeluarkan suatu sinyal tegangan anatara 2 wayar, dan tidak satu pun terhubung ke ground. Dengan tidak adanya hubungan antara tegangan sinyal dengan ground, hanya kapasitansi berarti yang terkenakan pada tegangan sinyal yang ada antara ke dua kabel sinyal. Kapasitansi antara satu kabel sinyal dengan penghantar yang digroundkan berefek sangat sedikit, karena jalur kapasitif antara kedua kabel sinyal melalui sambungan ground adalah dua kapasitansi serie (dari kabel sinyal #1 ke ground, kemudian dari ground ke kabel sinyal #2), dan nilai kapasitansi serie selalu lebih rendah dari kapasitansi individual yang manapun. Selanjutnya, tegangan "noise" apapun yang terinduksi antara kedua kabel sinyal dengan ground bumi oleh suatu sumber dari luar akan tertiadakan, karena tegangan "noise" terinduksikan ke kedua kabel dengan nilai yang sama, dan penguat penerima hanya menanggapi perbedaan tegangan antara kedua kabel sinyal, bukan tegangan antara salah satu kabel sinyal dengan ground bumi. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 57


KOMUNIKASI DIGITAL

RS-232C adalah suatu contoh utama dari jaringan serial beracuan ground, sedangkan RS-422A adalah suatu contoh utama dari jaringan serial tegangan berbeda. RS-232C menjadi aplikasi populer pada lingkungan kantor dimana interferensi listriknya kecil dan kabel jaringannya pendek. RS-422A lebih banyak digunakan pada aplikasi industry dimana kabel jaringannya panjang dan potensi interferensi listriknya lebih besar karena adanya kabel daya listrik. Bagaimanapun, masalah besar dengan sinyal-sinyal jaringan digital adalah gelombang segi empat alami tegangan seperti penjelasan diatas. Hanya jika kita bisa menghidari gelombang segi empat sekaligus, kita bisa menghidari kesulitan-kesulitan disepanjang jaringan frekuensi tinggi. Suatu cara untuk melakukan ini adalah dengan memodulasi sinyal tegangan gelombang sinus dengan data digital. "Modulation" berarti besarnya satu sinyal memiliki kontrol pada beberapa aspek dari satu sinyal lainnya. Teknologi radio memiliki modulasi terpadu hingga kini, menyediakan satu sinyal tegangan frekuensi radio untuk mengkontrol amplitudo (AM) atau frekuensi (FM) dari suatu tegangan pembawa ("carrier") berfrekuensi sangat tinggi, yang kemudian dikirim ke antena transmisi. Teknik modulasi frekuensi (FM) dalam jaringan digital ternyata lebih bermanfaat dari pada modulasi amplitudo, kecuali yang disebut Frequency Shift Keying (FSK). Dengan FSK gelombang sinus dari dua frekuensi berbeda digunakan untuk menggambarkan kedua keadaan bineri, yaitu 1 dan 0:

Karena problem praktis mendapatkan gelombang sinus frekuensi rendah/tinggi untuk memulai dan mengakhiri pada titik zero crossover setiap kombinasi 0's dan 1's, kadang digunakan satu variasi FSK yang disebut phase-continuous FSK, dimana kombinasi berurut frekuensi rendahtinggi menggambarkan satu keadaan bineri dan kombinasi frekuensi tinggi- rendah menggambarkan keadaan bineri lainnya. Hal ini juga membuat situasi dimana setiap bit, apakah 0 atau 1, mengambil dengan tepat panjang waktu yang sama untuk mengirimkan sepanjang jaringan.



KOMUNIKASI DIGITAL

Dengan tegangan sinyal gelombang sinus, banyak masalah yang ditemukan pada sinyak digital gelombang segi empat menjadi terkurangi, walaupun rangkaian yang diperlukan untuk memodulasi dan demodulasi sinyal-sinyal jaringan menjadi runit dan mahal.

3.4 Optical data communication Suatu pilihan terkini untuk mengirimkan informasi digital (binary) melalui sinyal tegangan listrik adalah dengan menggunakan sinyal-sinyal optikal (cahaya). Sinyal-sinyal elektrikal dari rangkaian digital (tegangan tinggi/rendah) bisa dirobah menjadi sinyal-sinyal optic diskret (menyala atau tidak) dengan LED atau laser keadaan padat. Juga, sinyal cahaya dapat diterjemahkan kembali kedalam bentuk listrik melalui penggunaan photo-diode atau phototransistor untuk dimasukkan ke rangkaian gerbang.

Pengiriman informasi digital kedalam bentuk optikal bisa dilakukan di udara terbuka, dengan mudah mengarahkan cahaya laser ke photodetector apda jarak terisah, tetapi interferensi dengan sinar dalam bentuk lapisan pembalikan suhu, debu, hujan, kabut, dan rintangan lainnya dapat menimbulkan masalah enjinering yang berarti.

Satu cara untuk menghindari masalah transmisi data optikal diudara terbuka adalah dengan mengirim pulsa cahaya ke fiber glass murni. Fiber glass akan menerus berkas cahaya seperti tembaga mengalirkan electron, dengan keuntungan yang sempurna menghindari masalah yang berhbungan dengan induktansi, kapasitansi dan sinyal-sinyal listrik interferensi eksternal yang mengganggu. Fiber optikal menjaga berkas cahaya tersimpan dalam inti fiber dengan fenomena yang dikenal sebagai pemantulan (reflectance) internal total. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 59


KOMUNIKASI DIGITAL

Suatu fiber optic terdiri dari dua lapisan glas sangat murni, setiap dibuat dari glas dengan pantul yang sedikit berbeda, atau kapasitas untuk membelokkan sinar. Dengan satu jenis glas yang dilapiskan secara konsentris ke sekeliling inti glas tengah, cahaya yang masuk ke tengah inti tidak bisa keluar dari fiber, tetapi terkurung memancar di dalam inti fiber optik

Lapisan glas ini sangat tipis, tutup "cladding" terluar biasanya berdiameter 125 microns. Ukuran tipis ini membuat fiber cukup lentur. Untuk melindungi kerusakan fisik, fiber diberi lapisan plastic, diselubungi tabung plastic, dibungkus dengan fiber kevlar untuk kekuatan tarik, dan diberi sarung plastic seperti isolasi kabel listrik. Seperti kabel listrik, wayar-wayar fiber optik biasanya diikat bersama dalam sarung yang sama menjadi kabel tunggal. Fiber optic melebihi kinerja penanganan data kabel tembaga, cukup kebal terhadap interferensi elektro-magnetik dan memiliki rentang pita sangat tinggi; namun ada juga kelemahan tertentu. Salah satu kelemahan fiber optik adalah fenomena yang dikenal sebagai microbending, dimana fiber bengkok dengan radius sangat kecil, menyebabkan cahaya keluar dari dalam inti melalui cladding.

Micro-bending tidak hanya mengurangi kekuatan sinyal karena kehilangan cahaya, tetapi juga menyebabkan kelemahan keamanan dimana sensor cahaya yang sengaja dipasang diluar bengkokan tajam dapat meyergap data digital yang dikirim melalui fiber. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 60


KOMUNIKASI DIGITAL

Satu lagi problem unik fiber optik adalah perubahan bentuk sinyal karena banyaknya lintasan cahaya, atau mode, yang memiliki jarak berbeda disepanjang fiber. Ketika cahaya dipancarkan satu sumber, fotonnya (partikel cahaya) tidak semua melintas melalui lintasan yang tepat sama. Hal ini pasti, setiap sumber cahaya tidak mengikuti garis lurus cahaya, walaupun dengan perlata sinar laser. Jika diameter inti fiber optik cukup besar, akan mendukung beberapa lintasan untuk foton mengalir, masing-masing lintasan memiliki sedikit perbedaan panjang dari satu ujung fiber ke ujung lainnya. Fiber optik jenis ini disebut fiber multimode.

Pulsa cahaya yang dipancarkan oleh LED yang mengambil lintasan lebih pendek melalui fiber akan sampai di detector lebih cepat dari pada pulsa cahaya yang mengambil lintasan lebih panjang. Hasilnya perubahan bentuk ujung naik ataupun turun dari gelombang segi empat, yang disebut perentangan pulsa (pulse stretching). Masalah ini menjadi buruk karena panjang keseluruhan fiber menjadi bertambah.

Bagaimanapun, jika diameter inti fiber dibuat cukup kecil (kira-kira 5 microns), mode cahaya terbatasi menjadi lintasan tunggal dengan satu panjang. Fiber yang dirancang sedemikian untuk mengijinkan hanya satu mode tunggal cahaya dikenal sebagai fiber single-mode. Karena fiber single-mode menghilangkan masalah pulse stretching yang dialamikabe fiber yang panjang; inilah pilihan kabel fiber untuk jaringan jarak jauh (bebrapa mile atau lebih). Sebaliknya, tentu saja, hanya dengan satu moda cahaya, fiber single-mode tidak mengalirkan sebanyak cahaya pada fiber multi-mode. Pada jarak yang panjang, menyebabkan perlunya unit pengulang "repeater" untuk menaikkan daya cahaya.



KOMUNIKASI DIGITAL

3.5 Network topology Jika ingin menghubungkan dua peralatan digital dengan jaringan, kita akan memiliki satu jenis jaringan yang dikenal sebagai "point-to-point"

Untuk memudahkan, kabel jaringan disimbolkan dengan garis tunggal antara dua peralatan. Sebenarnya, bisa berupa pasangan wayar pilin (twisted pair), kabel coaxial, fiber optik, atau bahkan 7-kabel BogusBus. Sekarang, kita hanya memfokuskan pada bentuk jaringan, secara teknik dikenal sebagai topology. Jika ingin menghubungkan lebih banyak peralatan (kadang disebut nodes) pada jaringan tersebut, ada beberapa pilihan konfigurasi jaringan untuk dipilih

Banyak standard jaringan telah menentukan jenis topologi mana yang digunakan, sedangkan lainnya lebih bebas (versatile). Ethernet misalnya, umumnya dilaksanakan pada topologi "bus", namun dapat juga dilaksanakan pada topologi "star" atau "ring" dengan perlengkapan interkoneksi yang sesuai. Jaringan lainnya, seperti RS-232C hanya untuk point-to-point; dan token ring dilaksanakan hanya untuk topologi ring. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 62


KOMUNIKASI DIGITAL

Bus Sangat mudah dipasang dan dipelihara. Node bisa dengan mudah ditambahkan atau dilepaskan dengan sedikit perubahan pengkabelan. Sebaliknya, jaringan satu bus harus menangani seluruh sinyal komunikasi dari semua node. Hal ini dikenal sebagai jaringan broadcast, dan sama seperti sekelompok orang saling berbicara melalui satu saluran telefon tunggal, dimana hanya satu orang yang dapat bicara pada satu saat (laju pertukaran data terbatas), dan setiap orang dapat mendengar yang sedang bicara. Star Dengan peralatan yang dikenal sebagai "gateways" pada titik pencabangan jaringan, aliran data dapat dibatasi antara node, memungkinkan komunikasi pribadi antara kelompok node tertentu. Hal ini mengalamati beberapa kecepatan dan dan memberikan keamanan topologi bus sederhana. Namun, cabang-cabang tersebut dapat diputus dengan mudah dari rest jaringan "star" jika ada satu dari gerbang-gerbang yang gagal. Juga bisa diterapkan dengan saklar ("switches") untuk menghubungkan suatu node ke jaringan lebih besar yang diinginkan. Jaringan bersaklar ini serupa dengan sistem telefon standard. Ring Topologi ini memberikan keandalan terbaik dengan kabel yang sedikit. Karena setiap node memiliki dua titik sambungan ke ring, pemutusan tunggal pada bagian mana saja dari ring, tidak mempengaruhi keterpaduan jaringan. Bagaimana pun, peralatan harus dirancang dengan topologi ini dalam pikiran. Juga, jaringan ini harus terganggu ketika melepas datau memasang node. Seperti dengan topologi bus, jaringan ring terpancar secara alami. Seperti yang duharapkan, dua atau lebih topologi ring bisa digabung untuk memberi kedua dunia terbaik (best of both worlds) pada aplikasi tertentu. Cukup sering, jaringan industrial memilih model ini, secara sederhana dari enjiner dan teknisi menggabungkan beberapa jaringan bersama untuk keuntungan akses informasi pembangkit yang lebih luas.

3.6 Network protocols Disamping persoalan fisik jaringan (jenis sinyal dan tingkat tegangan, pin outs konektor, pengkabelan, topologi dll), ada kebutuhan cara standard dimana komunikasi ditengahi (arbitrated) antara beberapa node pada suatu jaringan, walaupun sistem sederhana point-topoint antara dua node. Ketika node bicara pada jaringan, ia membangkitkan satu sinyal pada Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 63


KOMUNIKASI DIGITAL

kabel jaringan, bisa tegangan DC tingkat tinggi atau rendah, sejenis AC termodulasi membawa geglombang sinyal, atau pun pulsa cahaya dalam kabel fiber optik. Node yang mendengar hanya mengukur sinyal yang terpakai pada jaringan (dari node yang sedang mengirim) dan dengan pasif memantaunya. Jika dua atau lebih node berbicara pada saat yang bersamaan, bagaimanapun, sinyal keluarannya bisa berbenturan (bayangkan dua gerbang lojik mencoba menerapkan tegangan sinyal yang berlawanan ke saluran tunggal pada bus), akan mengkorupsi data terkirim. Metoda yang distandardkan yang dengannya node-node diijinkan mengirim ke bus atau kabel jaringan disebut protocol. Ada banyak protocol untuk menengahi (arbitrating) penggunaan jaringan bersama antara beberapa node, dan akan dibahas beberapa darinya. Bagaimanapun, perlu berhati-hati tentang beberapametoda ini, dan memahai kenapa beberapa bekerja lebih baik untuk beberapa tujuan disbanding lainnya. Biasanya, suatu protocol tertentu sesuai dengan suatu jenis jaringan yang distandardkan. Hal ini hanyalah suatu "layer" lainnya ke serangkaian standard yang ditentukan pada judul berbagai jaringan. International Standards Organization (ISO) telah menentukan arsitektur umum spesifikasi jaringan pada model DIS7498-nya (dapat diterapkan pada hampir setiap jaringan digital). Terdapat 7 "layers", garis besar ini berusaha mengkategorikan semua level gagasan yang perlu untuk mengkomunikasikan data digital, •

Level 1: Physical; menentukan rincian elektrik dan mekanik komunikasi: jenis kabel, desain konektor, jenis dan besaran sinyal.

•

Level 2: Data link; menetapkan format pesan (messages), bagaimana data dialamati, dan teknik mendeteksi/memperbaiki kesalahan.

•

Level 3: Network; membangun prosedur untuk membungkus (encapsulation) data kedalam paket untuk pengiriman dan penerimaan.

•

Level 4: Transport; diantara hal-hal lain, lapisn transport menetapkan bagaimana file data selengkapnya ditanani sepanjang jaringan.

•

Level 5: Session; mengorganisir pengiriman data dengan istilah memulai dan mengakhiri suatu pengiriman tertentu, serupa dengan job control pada sistem operasi komputer multitasking.

•

Level 6: Presentation; mencakup pendefinisian untuk character sets, terminal control, dan graphics commands sehingga data abstrak dan dengan mudah di-enkodekan dan di-dekodekan antara peralatan yang sedang berkomunikasi.



•

KOMUNIKASI DIGITAL

Level 7: Application; standard pengguna akhir untuk membangkitkan dan menginterpretasikan data yang dikomunikasikan dalam bentuk akhirnya. Dengan kata lain, program komputer sebenarnya yang sedang menggunakan data yang dikomunikasikan.

Beberapa protocol jaringan yang telah dibangun hanya meliputi satu atau bebrapa level DIS7498. Misalnya protokol komunikasi serial benar-benar hanya mengalamati layer pertama ("physical") dari model seven-layer ini. Protocol lainnya, seperti sistem X-windows graphical client/server yang dibangun pada MIT untuk distributed graphic-user-interface computer systems, meliputi semua seven layers. Protokol berbeda bisa menggunakan standard physical layer yang sama. Sebagai contoh adalah protokol RS-422A dan RS-485, kedua-duanya menggunakan rangkaian transmitter dan receiver tegangan berbeda yang sama, menggunakan level tegangan yang sama untuk menunjukkan bineri 1 dan 0. Pada level physical, kedua protokol komunikasi ini adalah identik. Bagaimanapun, pada level yang lebih teoritis kedua protokol ini berbeda; RS-422A hanya pointto-point, sedangkan RS-485 mendukung topologi bus "multidrop" hingga 32 node yang dapat dialamati. Mungkin protokol paling sederhana adalah jenis dimana hanya ada satu transmitter saja, dan node lainnya hanya receiver. Seperti pada BogusBus, dimana satu transmitter membangkitkan sinyal tegangan yang dikirimkam ke kabel jaringan, dan unit receiver lainnya (masing-masing dengan 5 lampu) menyala sesuai keluaran transmitter. Beginilah biasanya terjadi pada jaringan sederhana, hanya ada satu pembicara, dan detiap yang lainnya hanya mendengar. Bila ada beberapa node pengirim, harus diatur pengirimannya sedemikian agar tidak konflik satu sama lain. Node-node tidak tidak diijinkan bicara jika ada satu node sedang bicara, sehingga setiap node mampu mendengar dan menahan diri untuk bicara sampai jaringan diam. Pendekatan dasar ini disebut Carrier Sense Multiple Access (CSMA), dan ada beberapa variasi pada tema ini. Perhatikan, bahwa CSMA bukan protokol standard padanya sendiri, tetapi merupakan suatu metoda yang diikuti protokol tertentu. Satu variasi sederhana, biarkan satu node mana saja untuk berbicara segera setelah jaringannya diam. Hal ini mirip seperti sekelompok orang mengadakan rapat di satu meja bundar, setiap orang memiliki kemampuan untuk bicara, sejauh itu mereka juga tidak menginterupsi orang lain. Segera setelah orang terakhir selesai bicara, orang berikut yang sedang menunggu untuk bicara akan mulai bicara. Maka, apa yang akan terjadi jika dua atau lebih orang mulai bicara pada saat yang bersamaan? Dalam suatu jaringan, pengiriman bersamaan dari beberapa node disebut collision. Dengan CSMA/CD (CSMA/Collision



KOMUNIKASI DIGITAL

Detection), node-node yang yang bertabrakan segera meret dirinya sendiri dengan rangkaian penunda yang acak, dan orang pertama yang menyelesaikan waktu tundanya akan mencoba untuk bicara lagi. Inilah dasar protokol untuk jaringan Ethernet yang popular itu Contoh lain variasi CSMA adalah CSMA/BA (CSMA/Bitwise Arbitration), dimana node-node yang bertabrakan menunjuk nomer prioritas yang telah ditetapkan untuk menentukan node yang mana memiliki izinuntuk bicara lebih dulu. Dengan kata lain, setiap node memiliki satu kedudukan yang menentukan setiap perselisihan kepada siapa yang bicara lebih dulu setelah suatu tabrakan terjadi, seperti sekelompok orang dimana penduduk elit dan penduduk biasa bercampur. Jika tabrakan terjadi, penduduk utama biasanya diizinkan untuk mulai bicara lebih dulu dan penduduk biasa menunggu kemudian. Pada kedua contoh diatas (CSMA/CD and CSMA/BA), diasumsikan bahwa setiap node bisa memulai pembicaraan selama jaringannya sedang diam. Hal ini disebut komunikasi model "unsolicited". Ada juga variasi untuk CSMA/CD atau CSMA/BA yang disebut model "solicited" dimana permulaan pengiriman hanya bisa terjadi bila suatu node utama yang ditunjuk meminta (solicits) suatu balasan. Deteksi tabrakan (CD Collision detection) atau (BA bitwise arbitration) berlaku hanya untuk menentukan tempat tabrakan (post-collision arbitration) selama beberapa node menanggapi permintaan peralatan utama (master). Suatu strategi yang sama sekali berbeda pada komunikasi node adalah protokol Master/Slave, dimana satu peralatan utama membagikan celah waktu untuk semua node lainnya pada jaringan untuk mengirim, dan menjadwalkan celah-celah waktu ini sedemikian sehingga beberapa node tidak dapat bertabrakan. Peralatan utama mengalamati setiap node dengan nama, sekali pada satu waktu, membiarkan node tersebut berbicara untuk jangka waktu tertentu. Bila telah selesai, peralatan utama mengalamati node berikutnya, demikian seterusnya. Masih ada strategi lain, yaitu protokol Token-Passing, dimana setiap node mendapat giliran untuk berbicara (sekali pada satu waktu), dan bila telah selesai kemudian memberi izin untuk node berikutnya untuk berbicara. Izin untuk berbicara disampaikan kesekitarnya dari node ke node seperti setiap orang memberikan tanda (token) ke tetangganya secara berurutan. Token sendiri bukanlah benda nyata, tapi sederetan bineri 1’s dan 0's memancar pada jaringan, membawa alamat tertentu dari node beikutnya yang diizinkan berbicara. Walaupun protokol token-passing sering diikuti dengan jaringan topologi ring, namun tidak dibatasi untuk topologi mana saja.. dan bila protokol ini diterapkan pasa jaringan ring, urutan token passing tidak harus mengikuti urutan fisik sambungan ring tersebut.



KOMUNIKASI DIGITAL

Seperti pada topologi, beberapa protokol bisa digabung bersama terhadap segmen berbeda dari suatu jaringan heterogen, agar keuntungan maksimal. Misalnya, suatu jaringan resmi yang menghubungkan instrument-instrumen bersama-sama pada lantai pembangkit bisa dihubungkan melalui suatu peralatan gerbang (gateway) ke satu jaringan Ethernet yang mrnghubungkan beberapa komputer workstation bersama-sama, saslah satu dari beberapa komputer workstation tersebut berfungsi sebagai gerbang (gateway). Sama seperti topologi, multiple protocols bisa digabungkan bersama pada segmen berbeda dari suatu jaringan heterogen, agar lebih menguntungkan. Misalnya, suatu jaringan Master/Slave terdedikasi sedang menghubungkan instrument bersama pada lantai pembangkit tenaga bisa dihubungkan melalui suatu peralatan gerbang ke suatu jaringan Ethernet yang menghubungkan bersama beberapa komputer workstations, satu dari komputer tersebut berfungsi sebagai gerbang untuk menghubungkan data ke satu jaringan fiber FDDI kembali ke mainframe computer pembangkit. Setiap jenis jaringan, topologi dan protokol melayani kebutuhan dan aplikasi berbeda dengan sangat baik, tetapi melaui peralatan gerbang gateway, sehungga dapat menggunakan bersama data yang sama. Mungkin juga memadukan strategi beberapa protokol kedalam hibrid baru pada satu jenis jaringan tunggal. Demikian halnya untuk Foundation Fieldbus yang mengkombinasikan Master/Slave dengan satu bentuk token-passing. Suatu peralatan LAS (Link Active Scheduler) mengirim perintah data memaksa ("Compel Data" CD) terjadwal ke peralatan query slave (lave yang masih meragukan) pada Fieldbus untuk informasi time-critical. Dalam hal ini, Fieldbusnya adalah suatu protokol Master/Slave. Bagaimanapun, ketika ada waktu antara data memaksa yang meragukan, LASnya akan mengirim keluar "tokens" ke masing-masing peralatan lainnya pada Fieldbus, sekali waktu, memberi kesempatan pada peralatan-peralatan tersebut untuk mengirimkan setiap data yang tak terjadwal. Bila telah selasai mengirimkan informasinya, mereka mengembalikan tokennya ke LAS. LAS juga memeriksa peralatan baru pada Fieldbus dengan perintah "Probe Node" (PN), yang diharapkan menghasilkan satu "Probe Response" (PR) kembali ke LAS, tanggapan peralatan kembali ke LAS, apakah pesan PR atau token yang dikembalikan, mendiktekan kedudukannya pada database "Live List" yang dijaga oleh LAS. Ketepatan operasi peralatan LAS adalah sangat kritikal terhadap berfungsinya Fieldbus, sehingga ada ketentuan operasi LAS redundant dengan menetapkan status "Link Master" ke beberapa node, memberinya wewenang menjadi LAS pengganti jika LAS yang sedang beroperasi gagal. Ada protokol komunikasi data lain yang paling popular pada sistem control industrial yang dibuat oleh Honeywell, dimana peralatan utama (master)nya disebut Highway Traffic Director ( HTD), mengarbitrasi (menengahi) semua jaringan komunikasi. Yang membuat jaringan ini menarik adalah bahwa sinyal yang dikirim dari HTD ke semua peralatan slave (turunan)nya Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 67


KOMUNIKASI DIGITAL

untuk izin pengirimannya tidak dikomunikasikan pada kabel jaringan itu sendiri, tetapi cukup ke serangkaian kabel pilin (twisted-pair) individual yang menghubungkan HTD kesetiap peralatan slave (turunan). Selanjutnya, peralatan pada jaringan dibagi dalam dua kategori: o

Node-node yang terhubung ke HTD yang diizinkan memulai pengiriman

o

Node-node yang tidak terhubung ke HTD hanya bisa mengirim untuk menanggapi suatu pertanyaan yang dikirim oleh salah satu node sebelumnya

Primitive dan lamban adalah kata yang cocok untuk skema jaringan komunikasi ini, tetapi berfungsi cukup memadai pada waktu itu.

3.7 Practical considerations Pertimbangan prinsipil untuk jaringan kontrol industrial, dimana pemantauan dan pengkontrolan proses-proses real-life yang harus berlangsung cepat dan sesuai, adalah waktu komunikasi yang sangat terjamin dari satu node ke node-node lainnya. Jika sedang mengkontrol posisi katup air pendingin dengan suatu jaringandigital, perlu untuk mampu menjamin bahwanode jaringan katup menerima sinyal posisi yang tepat dari komputer kontrol pada waktu yang tepat. Jika tidak, hal yang sangat buruk akan terjadi. Kemampuan suatu jaringan untuk menjamin pengeluaran ("throughput") data disebut determinism. Suatu jaringan yang deterministic memiliki suatu tunda waktu yang sangat terjamin untuk transfer data dari node ke node, sedangkan jaringan non-deterministic tidak memilikinya. Contoh jaringan non-deterministic yang agak tepat adalah Ethernet, dimana nodenode mengandalkan rangkaian waktu tunda yang acak untuk mereset dan mencoba kembali pengiriman setelah suatu tabrakan (collision). Dalam keadaan begitu, pengiriman suatu data node dapat tertunda untuk jangka waktu tidak terbatas dari sederetan panjang set kembali dan coba kembali (re-sets and re-tries) setelah tabrakan berulang, tidak ada jaminan bahwa datanya akan tetap terkirim ke jaringan. Lebih dulu secara realistis, rintangannya sebegitu sangat besar bahwa hal itu akan terjadi yaitu adalah perhatian praktikal yang kecil pada suatu jaringan yang dibebani sedikit. Pertimbangan penting lainnya, terutama untuk jaringan kontrol industrial, adalahtoleransi kesalahan jaringan: yaitu, seberapa rentan pensinyalan, topologi, dan/atau protokol suatu jaringan tertentu terganggu? Telah dibicarakan secara ringkas beberapa persoalan sekitar topologi, tetapi ketahanan pengaruh protokol secukupnya. Misalnya, jaringan Master/Slave, yang sangat menentukan (deterministic) – hal yang baik untuk kontrol kritikal, yang keseluruhannya tergantung pada node induk (master node) untuk menjaga segala sesuatunya Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 68


KOMUNIKASI DIGITAL

berjalan (hal yang buruk untuk kontrol kritikal). Jika karena suatu hal master node-nya gagal, tidak ada node lainnya yang bisa mengirim data apapun sama sekali, karena tidak pernah menerima izin slot waktu yang dibagikan untuk mengirim, dan keseluruhan sisten akan gagal. Persoalan serupa melingkungi sistem token-passing: apa yang terjadi bila node yang sedang memegang token (tanda bukti) gagal sebelum menyampaikan token ke node berikutnya? Beberapa sistem penyampaian token mengalamati kemungkinan ini dengan memiliki beberapa node yang ditunjuk yang membangkitkan token baru jika jaringan diam (silent) terlalu lama. Hal ini akan bekerja baik jika satu node yang sedang memegang token menjadi mati, tetapi menyebabkan persoalan jika bagian dari satu jaringan runtuh diam (falls silent) karena satu sambungan kabel terlepas: bagian jaringan yang runtuh diam akan membangkitkan tokennya sendiri sejenak kemudian, dan kita pada dasarnya ditinggal dengan dua jaringan lebih kecil dengan satu token yang diteruskan ke sekitar masing-masingnya untuk mempertahankan komunikasi. Gangguan terjadi jika kabel yang lepas tersebut disambung kembali, kedua jaringan yang terpotong tersebut akan tersatukan kembali, dan sekarang ada dua token yang disampaikan ke sekeliling satu jaringan, menyebabkan tabrakan transmisi node. Tidak ada jaringan sempurna untuk seluruh aplikasi. Tugas enjiner dan teknisi untuk mengetahui aplikasi dan operasi jaringan yang tersedia. Hanya dengan demikian rancangan dan pemeliharaan sistem yang efisien akan menjadi kenyataan.



KOMUNIKASI DIGITAL



TRANSDUCER & SENSOR

4. TRANSDUCER & SENSOR Tranducers adalah peralatan yang dapat mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Tranducers dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu: Input Tranducers

= Electric-Input Tranducers mengubah energi non-listrik seperti suara, cahaya menjadi energi listrik.

Output Tranducers = Electric-Output Tranducers merupakan kebalikan dari Electric-Input Tranducers.

Terdapat tipe-tipe tranducers yang dipergunakan untuk mengkonversi energi mekanik, magnetik, panas, optik, ataupun kimia menjadi arus dan tegangan listrik.

Sensor adalah peralatan yang dipergunakan untuk mendeteksi ataupun mengukur ukuran dari sesuatu. Sensor umumnya dikategorikan menurut apa yang diukur dan sangat berperan penting dalam proses pengendali manufaktur modern.



TRANSDUCER & SENSOR

4.1 Proximity Sensor Proximity Sensor merupakan sensor yang mendeteksi keberadaan dari suatu objek tanpa melakukan kontak fisik. Proximity sensor ini akan dipergunakan dalam kondisi: - Objek yang akan dideteksi terlalu kecil. - Respons cepat dan kecepatan switching diperlukan, misalnya dalam menghitung, ataupun ejection control applications. - Objek harus diindra melalui pembatas non metalik, seperti kaca, plastik dan kartor kertas. - Lingkungan yang berbahaya, dimana sistem terproteksi dengan baik, dan tidak diharapkan adanya kontak mekanik. - Jika dibutuhkan saklar yang panjang umur dan andal - Sistem pengendali elektronik cepat yang membutuhkan signal masukan bebas pantulan.

4.1.1 Sensor Induktif dan Kapasitif o Inductive Proximity Sensor adalah peralatan sensor yang diaktifkan oleh objek logam. Inductive Sensor ini dapat diaktifkan baik dalam posisi aksial ataupun radial. o Capacitive Proximity Sensor adalah sensor yang diaktifkan oleh material konduktif ataupun non-konduktif, seperti kayu, plastik, cairan, gula, tepung, ataupun gandum.

Inductive Proximity Sensor



TRANSDUCER & SENSOR

Capacitive Proximity Sensor

4.1.2 Magnetic switch (reed relay) Switch magnetic atau sering juga disebut sebagai reed-relay. Sensor ini terdiri dari dua plat kontak yang terproteksi penuh dalam ruang kaca yang mempunyai gas proteksi. Reed relays ini cepat, lebih andal, dan menghasilkan penyimpangan yang lebih kecil dibandingkan dengan saklar elektromekanik konvensional.

4.2

Sensor cahaya

Sensor cahaya yang paling sering dijumpai adalah photovoltaic atau sel solar, dimana peralatan ini mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik.

4.2.1 Photoconductive (Photoresistive) Photoconductive (Photoresistive) cell merupakan salah satu tranducers cahaya yang sering dipergunakan. Energi cahaya yang jatuh pada sel photoconductive akan mengakibatkan perubahan resistansi pada sel, jika cahaya sedang gelap, maka resistansi akan tinggi, demikian juga sebaliknya.



TRANSDUCER & SENSOR

Terdapat dua tipe utama dari sensor photoelektrik ini, yaitu: - Reflective-type photoelectric sensor, dipergunakan untuk mendeteksi cahaya yang dipantulkan dari objek - Through-beam photoelectric sensor, dipergunakan untuk mengukur perubahan kuantitas cahaya yang diakibatkan dari adanya objek yang melewati aksis optiknya.

Fasilitas yang disediakan oleh sensor photoelektrik antara lain: • Deteksi non-kontak. Proses deteksi ini tidak akan mengakibatkan kerusakan baik pada target ataupun sensor. • Deteksi target virtual dari segala material. Proses deteksi ini didasarkan atas jumlah cahaya yang diterima, atau perubahan dalam jumlah cahaya yang dipantulkan. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 74


TRANSDUCER & SENSOR

Metoda ini memungkinkan untuk mendeteksi target yang terbuat dari berbagai material, misalnya kaca, logam, plastik, kayu ataupun cairan. • Jarak deteksi yang jauh. Reflective-Type PhotoElectric Sensor mampu mendeteksi sampai jarak 1 (satu) meter, sedangkan Through-Beam PhotoElectric Sensor mampu memdeteksi sampai jarak 10 (sepuluh) meter. • Diskriminasi warna. Sensor ini memiliki kemampuan untuk mendeteksi cahaya dari objek berdasarkan reflektansi dan penyerapan cahaya dari warna tersebut. • Deteksi dengan keakuratan tinggi. Dengan sistem optikal yang unik dan sirkit elektronik presisi memungkinkan deteksi objek dengan keakuratan tinggi.

4.3

Bar-Code

Teknologi Bar-Code adalah yang paling banyak diimplementasikan di industri, biasanya dipergunakan untuk memasukkan data secara cepat, dan akurat. Simbol Bar-Code terdiri dari 30 karakter yang dienkodekan menjadi bentuk yang bisa dibaca mesin.

Scanner Bar-Code adalah alat yang dipergunakan untuk mengoleksi data. Sumber cahaya dari scanner akan memancarkan cahaya ke bar-code, kemudian bagian yang hitam akan menyerap cahaya, sehingga bagian yang putih akan memantulkan cahaya, photo detector akan mengumpulkan cahaya dalam bentuk signal elektronik, decoder yang menerima signal tersebut akan dikonversikan menjadi karakter yang direpresentasikan oleh simbol bar-code tersebut.



TRANSDUCER & SENSOR

4.4 Hall-Effect Sensors Sensor ini didesain untuk mendeteksi keberadaan dari objek magnetik, biasanya magnet permanen. Biasanya digunakan untuk mensinyalir posisi dari komponen, dan sensor ini memiliki tingkat ketelitian yang tinggi.

4.5 Ultrasonic Sensors Sensor ini dioperasikan dengan mengirimkan gelombang suara pada target dan mengukur waktu yang dibutuhkan oleh gelombang untuk memantulkan kembali. Waktu yang dibutuhkan oleh gema untuk kembali ke sensor adalah proporsional terhadap jarak dan tinggi dari objek, karena suara memiliki kecepatan yang tetap. Reflektivitas dari gelombang suara di permukaan cairan akan sama dengan permukaan padat, tapi pada tekstil dan foams, gelombang akan diserap.



TRANSDUCER & SENSOR

4.6 Pressure Sensors Strain Wire Gauge Strain Wire Gauge Transducer akan mengkonversi tegangan mekanik menjadi signal elektrik. - Prinsip yang diterapkan adalah mengikuti prinsip bahwa konduktor akan memiliki resistansi yang berbeda pada sisi panjang ataupun mendatarnya. - Gaya yang dikenakan pada bidang ukur akan menyebabkan bidang membengkok, bengkokan ini akan mendistorsi ukuran bidang, dan akan terjadi perubahan resistansi. - Perubahan resistansi ini akan disinyalir oleh sirkit yang ada. Strain Gauge Load Cells biasanya terbuat dari baja dan bidang ukur tegangan yang sensitif.

Semiconductor strain gauge Menggunakan piezo-electric crystal sebagai elemen pengindraannya. Jika kristal diberi gaya, maka bentuk kristal akan berubah dan menghasilkan tegangan pada terminal keluaran dari kristal, jenis strain gauge ini memiliki sensitivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan strain wire gauge.



TRANSDUCER & SENSOR

Displacement Tranducers Displacement mengacu pada posisi suatu ofjek fisik terhadap suatu titik referensi tertentu. Displacement Tranducers bisa linear (straight-line) ataupun angular (rotary). Potensiometer dapat dipergunakan untuk mengukur perubahan linear ataupun angular.

Displacement Tranducers yang paling umum dipakai industri adalah LVDT (Linear Variable Differential Transformer). LVDT ini digunakan untuk mengendalikan level air di dalam tangki.



TRANSDUCER & SENSOR

Aplikasi LVDT Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 79


TRANSDUCER & SENSOR

4.7 Temperature Sensors Terdapat empat jenis sensor temperatur, yaitu: a. Thermocouple. Thermocouple ini terdiri dari sepasang konduktor yang tidak sama yang dikeling bersama pada satu sisi saja, sisi yang dikeling merupakan persambungan untuk pengukuran, sedangkan sisi yang tidak dikeling merupakan persambungan referensi. Dalam fungsinya sebagai thermocouple, maka akan terdapat perbedaan temperatur pada kedua sisi ini. Jika terdapat perbedaan, maka tegangan DC kecil akan dibangkitkan. b. Resistance Temperature Detectors (RTDs). Konsep ini berdasar bahwa hambatan elektrik pada logam bervariasi secara proporsional dengan suhu. Variasi proporsional ini sangat tepat dan bisa berulang, sehingga memungkinkan untuk pengukuran suhu yang konsisten melalui pendeteksian hambatan elektrik. Biasanya logam yang sering digunakan ini adalah platina, karenaplatina adalah sangat bagus dalam batas suhu, linearity, stability, dan reproducibility. Terdapat sensor aliran udara yang menggunakan panas RTD yang mendeteksi reduksi ataupun kenaikan dari aliran udara melalui efek pendingin yang melalui elemen pengindra. c. Thermistor. Merupakan hambatan suhu sensitif yang memiliki koefisien temperatur negatif. Jika suhu meninggi, maka resistansi akan menurun, dan sebaliknya. Thermistor ini sangat sensitif, sebanyak 5 % resistansi berubah untuk setiap perubahan suhu (oC), untuk itu sangat tepat untuk mendeteksi setiap perubahan suhu, dan massanya yang kecil memungkinkan untuk memberikan respon perubahan yang cepat. d. Integrated Circuit (IC) temperature sensors. IC ini menggunakan chip silikon sebagai elemen pengindranya, dan tersedia dalam konfigurasi keluaran tegangan ataupun arus tertentu, meskipun dalam range suhu yang sangat besar.



TRANSDUCER & SENSOR

4.8 Velocity / RPM Sensors Tachometer biasanya merupakan magnet permanen DC generator kecil. Jika generator berrotasi, akan menghasilkan tegangan DC yang proporsional langsung terhadap kecepatan. Tachometer biasanya dipasang ke motor pada peralatan pengukur kecepatan motor. Kecepatan dari putaran poros diukur menggunakan magnetic pickup sensor. Magnet ditempelkan ke poros. Kumparan kecil yang terletak dekat magnet menerima pulsa setiap kali magnet lewat. Dengan mengukur frekwensi dari pulsa, maka kecepatan poros bisa ditentukan. Tegangan yang keluar adalah sangat kecil, dan membutuhkan proses penguatan (amplifikasi) untuk bisa diukur.



TRANSDUCER & SENSOR

4.9 Encoders Sensors Sensor ini berfungsi untuk mengkonversi gerak linear dan rotasi menjadi signal digital. Rotary Encoder memonitor gerak rotasi dari peralatan. Terdapat dua tipe, yaitu: a. Incremental Encoder, yang mengirimkan sejumlah pulsa untuk tiap putaran. b. Absolute Encoder, yang menampilkan kode biner spesifik untuk perubahan posisi angular dari peralatan.



TRANSDUCER & SENSOR

4.10 Flow Measurement Menggunakan prinsip mengkonversi energi kinetik dalam aliran fluida ke dalam bentuk yang dapat diukur.



TRANSDUCER & SENSOR

4.11 Signal Conditioning Sinyal elektrik yang diproduksi oleh sensor biasanya tidak dapat langsung dipergunakan. Signal Conditioner mengubah sinyal menjadi sinyal yang mudah diukur. Amplifikasi dan atenuasi merupakan teknik signal conditioning yang biasa. Proses amplifikasi dipergunakan jika hasil dari sensor terlalu kecil. Sedangkan atenuasi mereduksi tegangan sebelum diukur. Penyaringan signal untuk mengubah frekwensi juga merupakan teknik yang umum dipakai. Penyaring yang umum antara lain, high pass, yang hanya melewatkan frekwensi yang high saja, bandpass, melewatkan frekwensi pada rentang tertentu, dan low pass, yang melewatkan frekwensi low saja. Terkadang signal perlu dikonversikan dari analog ke digital, untuk itu dibutuhkan konverter A/D (Analog Digital), atau sebaliknya D/A (Digital Analog). Smart Signal Conditioner adalah alat yang menggunakan prosesor dan memiliki kemampuan untuk mengkonversi signal sensor elektrik.



TRANSDUCER & SENSOR



TRANSDUCER & SENSOR



SISTEM INTERFACE

5. SISTEM INTERFACE Penggunaan komputer saat ini tidak lagi terbatas pada pengolahan dan manipulasi data saja tetapi sudah digunakan untuk mengkontrol berbagai peralatan seperti penghitung pulsa telepon, menyalakan/mematikan lampu secara otomatis, dan lain sebagainya. Dengan penggunaan komputer seperti yang telah disebutkan di atas maka seolah-olah komputer berperan sebagai manusia yang dapat diprogram untuk menjalankan apa yang dikehendaki oleh programmernya. Antara sistem digital (sebagai pengontrol) dan sistem analog (sebagai peralatan yang dikontrol) harus terdapat suatu jembatan yang menghubungkan kedua sistem tersebut. Jembatan ini selanjutnya disebut sistem interface I/O. Jadi untuk sistem kontrol secara digital ini selalu terdiri dari 3 bagian yaitu: sistem digital, sistem interface I/O dan sistem analog. Sistem digital merupakan sistem yang menjadi otak dari sistem secara keseluruhan. Sistem digital ini membaca kondisi dari sistem analog melalui sistem interface I/O dan mengkontrol sistem analog melalui sistem interface I/O. Sistem kontrol secara digital ini menggantikan sistem kontrol manual yang menggunakan switch mekanik dan diatur secara manual pula. Selain itu dengan sistem kontrol secara digital ini, kondisi sistem analaog yang dikontrol dapat pula dimonitor keadaannya. Sistem analog merupakan bagian dari peralatan analog yang aktivitasnya dikontrol oleh sistem digitalnya melalui sistem interface I/O. Sistem analog dapat berupa lampu bolam 220 volt, motor AC, bahkan sampai ke peralatan industri yang menggunakan arus besar. Disini terlihat bahwa sistem interface I/O sangat penting peranannya yaitu untuk menginterfacekan sistem digital yang hanya mengenal kondisi ‘H’, yang ekuivalen dengan tegangan 4.5 volt sampai 5 volt dan kondisi ‘L’ yang setara dengan tegangan dibawah 1.2 volt dengan sistem analog dengan tegangan 220 VAC dengan konsumsi arus yang paling tidak 1Amp ke atas. Dari kondisi seperti di atas maka perlulah bagian digital dan bagian analog ini dilewatkan sistem interface yang secara elektronik terisolasi antar bagiannya. Teknik interface I/O disini ada beberapa teknik dan tiap teknik tersebut mempunyai keistimewaan pada aplikasi tertentu. Contoh Aplikasi Dengan menggunakan sebuah PC diharapkan dapat mengkontrol 10 buah titik lampu yang menyala/mati pada jam-jam tertentu. Melalui sebuah PPI card (dengan menggunakan chip PPI



SISTEM INTERFACE

8255) dapat dikontrol 24 buah beban. Output PPI adalah TTL level sedangkan untuk lampu yang digunakan adalah lampu TL biasa. Untuk menginterfacekan antara PPI (sistem digital) dengan lampu (sistem analog) digunakan relay 5volt. Contoh aplikasi ini adalah salah satu contoh penggunaan relay sebagai interafce antara sistem digital dan sistem analog.

5.1 Sistem Interface I/O Sistem interface I/O yang paling baik adalah sistem interface dimana sistem digital dan sistem analognya terisolasi, terpisah. Biasanya digunakan relay atau optocoupler. Penggunaan relay lebih mudah namun lebih sering menimbulkan masalah karena relay dapat menghasilkan noise pada sistem digital pada saat relay berubahan keadaan. Selain itu penggunaan relay membutuhkan daya yang lebih besar jika dibandingkan dengan penggunaan optoisolator. Sistem interface yang baik pada umumnya menggunakan optoisolator atau yang lebih dikenal dengan optocoupler sepert 4N31 atau 4N35. Dengan menggunakan optocoupler arus yang digunakan lebih sedikit paling tidak 10 mA -15 mA.

Gambar 1. Blok Diagram

Penggunaan optocoupler seperti 4N35 lebih disukai daripada penggunaan relay secara langsung.

5.2 Optoisolator Optoisolator merupakan komponen yang digunakan sebagai komponen kontrol I/O untuk peralatan yang beroperasi dengan tegangan DC atau AC. Sebuah optocoupler terdiri dari GaAs LED dan phottransistor NPN yang terbuat dari silicon. Untuk rangkaian penggunaan optoisolator dapat dilihat pada gambar 3a dan 3b.



SISTEM INTERFACE

Pada gambar 3a. optoisolator mendapat input TTL berbentuk sinyal kotak sehingga outputnya juga berupa sinyal kotak namun level tegangan berubah menjadi 0-+24 volt.

Gambar 2. Optoisolator

Gambar 3. Penggunaan Optoisolator

Pada gambar 3b optoisolator digunakan pada input yang termodulasi dengan tegangan Vin terisolasi dengan Vout modulasi yang tegangan puncaknya +12V. Faktor yang paling penting pada interface I/O terutama untuk beban yang menggunakan tegangan AC maka isolasi merupakan hal yang paing penting dan harus diperhatikan dalam disain. Sistem digital menggunakan level tegangan +5volt sedangkan beban menggunakan tegangan 220VAC. Perbedaan tegangan ini sudah cukup untuk menyebabkan sistem kontrol digital, PC misalnya, untuk rusak jika port pada komputer ini menerima tegangan imbas dari beban 220VAC. Dengan skematik pada gambar 4, optoisolator mendapatkan tegangan 115VAC namun arusnya dilewat hanya 8mA dan arus sebesar ini sudah cukup untuk membuat phototransistor aktif dan Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 89


SISTEM INTERFACE

logika yang diterima inverter menjadi ‘low’. Dengan rangkaian ini kita mendapatkan pulsa periodik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi tegangan PLN 50Hz tetapi berbentuk pulsa kotak. Dengan adanya pulsa pada Pulse Out maka dapat dipastikan bahwa masih ada tegangan pada jaringan PLN sedangkan jika sudah tidak terdapat pulsa lagi maka dapat dipastikan tegangan jaringan PLN adalah 0 VAC.

Gambar 4. Aplikasi Optoisolator

Gambar 5. Diode-Diode Optocoupler

Kerugian atau keburukan dari optocoupler adalah pada kecepatan switchingnya. Hal ini disebabkan karena efek dari area yang sensistif terhadap cahaya dan timbulnya efek kapasitansi pada ‘junction’-nya. Jika diperlukan kecepatan switching yang cukup tinggi maka optoisolator harus dikonfigurasikan sehingga yang digunakan adalah sebagai photodiode-nya seperti tampak pada gamabr 5. Cara lain untuk melakukan isolasi antara rangkaian tegangan tinggi dengan rangkaian tegangan rendah adalah menggunakan relay. Kelemahan dari relay adalah harga sebuah relay dengan kapasitas arus yang besar cukup mahal, ukuran dimensi relay besar sehingga PCB yang digunakan semakin besar pula, menimbulkan sinyal noise, dan responnya lambat. Sedangkan dengan menggunakan optocoupler, ukurannya kecil sehingga ukuran PCBnya menjadi lebih kecil dan pada akhirnya perlatan tersebut menjadi kecil pula, kecepatan responnya lebih cepat.



SISTEM INTERFACE

5.3 Penggunaan Solid State Relay (SSR) Pada pembahasan di atas, relay tetap dapat digunakan namun untuk saat ini lebih disukai penggunaan solid state relay karena ada dua pertimbangan yaitu efek noise yang ditimbulkan tidak terlalu besar dan harga solid state relay relatif lebih murah dari pada sebuah relay dengan kualitas yang sama.

Gambar 6. Rangkaian Ekuivalen Solid State Relay

Ada satu faktor lagi yang perlu diperhatikan untuk mengendalikan beban yang menggunakan tegangan AC. Yaitu pada masalah waktu aktivasinya. Karena tegangan untuk AC selalu berubah-ubah maka aktivasi pada solid state relay harus dilakukan pada saat tegangan AC pada saat mendekati nol volt. Tujuannya adalah untuk memperpanjang umur solid state itu sendiri karena jika aktivasi SSR ini pada saat tegangan AC nya berada pada tegangan 220VAC misalnya, maka akan timbul ‘surge current’ yang dapat menimbulkan arus yang sangat besar dan pada akhirnya menyebabkan solid state relay tersebut rusak. Untuk mengatasi hal tersebut di atas maka untuk penggunaaan solid state relay harus pula diserta dengan rangkaian zero crossing detector. Rangkaian zero crossing detector ini akan mendeteksi kapan tegangan VAC ini pada nilai nol volt. Dengan adanya pemberitahuan keadaan ini maka kapan aktivasi solid state relay dapat ditentukan dan solid state relay dapat bekerja dengan baik. Pada gambar 7 merupakan rangkaian zero crossing detector yang menggunakan sistem yang terisolasi dengan menggunakan transformer step down. Teknik ini paling aman digunakan namun biaya pembuatannya relatif lebih mahal karena masih menggunakan transformer.



SISTEM INTERFACE

Gambar 7. Rangkaian Zero Crossing (Isolated)

Dengan adanya rangkaian sistem interface antara tegangan tinggi dan tegangan rendah maka diharapkan tidak terjadi rusaknya port mikrokontroller atau PC karena mendapat imbas tegangan tinggi dari aplikasi seperti motor AC.



PENGUBAH ANALOG KE DIGITAL

6. PENGUBAH ANALOG KE DIGITAL Menghubungkan rangkaian digital ke peralatan sensor adalah mudah jika sensor-sensornya juga digital. Saklar (switches), relay dan enkoder dengan mudah dihubungkan ke gerbang rangkaian karena sinyalnya on/off (nyala atau mati). Tetapi jika peralatan sensornya analog, penghubungannya menjadi lebih rumit. Apa yang dibutuhkan adalah cara yang secara elektronik menterjemahkan sinyal analog menjadi digital (binary). Suatu pengubah sinyal analog menjadi digital (ADC Analog to Digital Converter) melakukan pekerjaan ini. Suatu ADC menerima masukan sinyal elektrik analog seperti tegangan atau arus, kemudian mengeluarkannya sebagai bilangan bineri (digital), seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini. ADC digunakan sebagai pengantara antara sensor-sensor analog dengan sistem digital (digital computer).

6.1 Jenis-jenis Pengubah

ADC

6.1.1 Flash ADC Flash ADC disebut juga ADC parallel; rangkaian ini mudah dipahami. Terbuat dari sederetan pembanding (comparator), setiap pembanding membandingkan sinyal masukan input terhadapsatu tegangan acuan tertentu. Keluaran output pembanding disambungkan ke masukan input suatu rangkaian enkoder yang kemudaian menghasilkan keluaran output binari. Gambar berikut ini menunjukkan rangkaian flash ADC 3-bit. Vref suatu tegangan acuan yang stabil disediakan oleh pengatur tegangan yang teliti sebagai bagian dari rangkaian pengubah (converter) – tidak terlihat pada gambar. Jika tegangan input analog melebihi tegangan acuan pada setiap pembanding, secara berurutan output




pembanding men jenuh menjadi keadaan tinggi. Enkoder prioritas membangkitkan bilangan bineri berdasarkan pada input aktif tingkat tertinggi, mengabaikan input aktif lainnya.

Bila dioperasikan, flash ADC menghasilkan keluaran output seperti pada kurva berikut.

Untuk penerapan tertentu ini, suatu enkoder pruoritas biasa dengan semua kerumitan yang menjadi sifatnya tidak diperlukan. Sesuai dengan sifat alami keadaan output pembanding berurutan (setiap pembanding menajdi jenuh dan tinggi berurutan dari yang terendah ke yang tertinggi), efek yang sama “pemilihan urutan input tertinggi” bisa difahami melalui serangkaian gerbang Exclusive-OR, memungkikan penggunaan enkoder non-prioritas yang sederhana. Dan tentu saja, rangkaian enkodernya sendiri dapat dibuat dari susunan matrix dioda, memperagakan betapa mudah rancangan pengubah ini bisa dibuat




Pengubah flash ADC tidak hanya yang tersederhana dalam teori operasionalnya, tetapi juga yang paling efisien dan cepat, kekurangannya hanya pada kecepatan rambat pembanding dan gerbangnya. Kekurangannya adalah memerlukan pembanding yang banyak, Flash ADC 3-bit memerlukan 8 pembanding comparator, versi 4-bit memerlukan 16 pembanding. Setiap




penambahan output 1 bit, jumlah pembandingnya berlipat dua. Untuk versi 8-bit, memerlukan 256 pembanding; inilah kekurangan metoda flash ini. Keuntungan pengubah flash ADC adalah kemampuannya menghasilkan output non-linear. Dengan nilai tahanan yang sama rangkaian pembagi tegangan acuan, setiap urutan hitungan bineri merupakan kenaikan sinyal analog denagn jumlah yang sama, merupakan tanggapan (response) yang sebanding. Untuk pemakaian tertentu, nilai tahanan pada rangkaian pembagi bisa dibuat tidak sama, sehingga tanggapannya tidak linear terhadap sinyal masukan analog. Tidak ada pengubah ADC yang bisa melakukan pengubahan sinyal seperti ini hanya denganmerubah sedikit nilai komponennya.

6.1.2 Digital ramp ADC Juga dikenal sebagai stairstep-ramp ADC, atau counter A/D, mudah difahami, tetapi mengalami beberapa keterbatasan. Dasar pemikirannya adalah menghubungkan output dari penghitung bineri bebas (free-running binary counter) ke masukan input suatu DAC (pengubah digital ke analog), kemudian membandingkan keluaran analog dari DAC dengan sinyal masukan analog yang akan didigitalkan dan menggunakan keluaran pembanding untuk memerintahkan penghitung bineri bebas untuk berhenti menghitung dan mereset. Gambar berikut ini menunjukkan dasar pemikirannya.

Karena penghitung menghitung naik (counts up) dengan setiap denyut (clock pulse), DAC mengeluarkan tegangan sedikit lebih tinggi (lebih positif). Tegangan ini dibandingkan terhadap Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 96



tegangan masukan oleh pembanding (comparator). Jika tegangan masukan lebih besar dari pada keluaran DAC, keluaran pembanding akan tinggi dan penghitung akan terus menghitung secara normal. Akhirnya, keluaran DAC akan melebihi tegangan masukan, menyebabkan keluaran pembanding menjadi rendah. Hal ini menyebabkan dua hal terjadi: •

pertama, peralihan keluaran pembanding dari tinggi ke rendah akan menyebabkan pencatat geser (shift register) ke beban “load“ apapun adanya hitungan bineri yang dikeluarkan oleh penghitung, sehingga memperbaharui (updating) keluaran rangkaian ADC

•

kedua, penghitung akan menerima sinyal rendah pada masukan active-low “load“, menyebabkannya reset ke 00000000 pada denyut (clock pulse) berikutnya.

Efek rangkaian ini menghasilkan keluaran DAC yang menanjak ke level sinyal masukan analog yang ada, bilangan bineri keluaran sesuai dengan level masukan analog tersebut, dan start ulang kembali; lihat gambar berikut

Perhatikan bagaimana waktu antara pembaruan (nilai keluaran digital yang baru) berubah tergantung pada berapa tinggi tegangan inputnya. Untuk sinyal rendah, pembaruan (update)nya agak cepat. Untuk sinyal tinggi pembaruan (up-date)nya agak lambat.

Pada kebanyakan penerapan ADC, variasi frekuensi pembaruan (up-date) ini tidak dapat diterima. Bahwa rangkaian menghitung mulai dari 0 untuk tiap siklus sehingga menjadi lamban, inilah sebenarnya yang menjadi kelemahan jenis ramp ADC ini.




6.1.3 Successive approximation ADC Satu metoda mengatasi (addressing) kekurangan ramp ADC digital disebut sebagai successiveapproximation ADC. Perubahan satu-satunya pada rancangan ini adalah rangkaian penghitung yang sangat khusus, dikenal sebagai successive-approximation register. Bukan menghitung naik urutan bineri, pencatat register ini menghitung dengan mencoba semua nilaibit mulai dengan bit yang paling penting dan merakhir pada bit yang kurang penting. Melalui seluruh proses hitung, pencatat registernya memantau keluaran pembanding untuk mengetahui jika hitungan binerinya kurang dari atau lebih besar dari pada keluaran sinyal analog, mengatur nilai bit secocoknya. Cara register menghitung serupa dengan metoda coba dan cocok (trial and fit) dari pengubahan desimal ke bineri, dimana beda nilai bit dicoba dari MSB ke LSB untuk mendapatkan bilangan bineri yang sama dengan bilangan decimal aslinya. Keuntungan strategi penghitungan ini adalah hasilnya lebih cepat; keluaran DAC bertemu masukan sinyal analog dengan langkah yang lebih besar dari pada dengan 0-100% urutan hitung dari suatu penghitung biasa. Tanpa menunjukkan cara kerja bagian dalam successive-approximation register (SAR), rangkaiannya terlihat seperti gambar dibaawah ini.




Harus diingat bahwa SAR umumnya mampu mengeluarkan bilangan bineri dengan format berderet (serial – 1 bit pada 1 saat), sehingga tidak memerlukan pencatat geser (shift register), digambarkan terhadap waktu, operasi SAR terlihat seperti gambar berikut ini. Perhatikan bagaimana pembaruan untuk ADC ini terjadi dengan selang waktu yang teratur, tidak seperti rangkaian ramp ADC digital.

6.1.4 Tracking ADC Variasi ketiga pada tema pengubah berbasis penghitung DAC, adalah, dalam perkiraan saya, yang paling baik. Pengganti daripada penghitung naik yang biasa yang mengerjakan DAC, rangkaian ini menggunakan penghitung naik/turun. Penghitung terus menerus berdenyut (clocked), dan jalur kendali naik/turun digerakkan oleh keluaran dari pembanding. Sehingga, ketika sinyal masukan analog melebihi keluaran DAC, penghitung berpindang menjadi hitungan naik. Jika keluaran DAC melebihi masukan analog, penghitung berpindang menjadi hitungan turun. Keadaan yang manapun, keluaran DAC selalu menghitung kearah yang tepat mengikuti sinyal masukan.

Perhatikan bagaimana tidak diperlukan lagi pencatat geser (shift register) untuk menyangga hitungan bineri pada akhir suatu siklus. Karena keluaran penghitung terus menerus mengikuti masukan (daripada menghitung mengikuti masukan dan kemudian reset kembali ke nol), keluaran bineri secara resmi diperbaharui oleh setiap denyut clock. Keuntungan rangkaian pengubah ini adalah kecepatan, karena penghitungnya tidak pernah direset.




Perhatikan perilaku rangkaian ini:

Perhatikan betapa cepat waktu pembaharuan dari pada rangkaian penghitung ADC lainnya. Juga perhatikan bagaimana pada paling awal plot dimana penghitung harus menyamai sinyal analog, laju perubahan untuk keluaran adalah identik dengan yang pertama menghitung ADC. Juga, dengan tidak adanya pencatat geser pada rangkaian ini, sebenarnya keluaran bineri bergerak naik bukan melompat dari nol ke suatu hitungan akurat seperti yang terjadi pada rangkaian penghitung dan ADC perkiraan berturut. Mungkin krkurang terbesar rancangan ADC ini adalah kenyataan bahwa keluaran bineri tidak pernah stabil; selalu berpindah antara dua hitungan dengan setiap denyut clock, walaupun dengan suatu sinyal masukan analog yang sangat stabil. Fenomena ini secara tak resmi disebut sebagai bit bobble, dan hal ini bisa menjadi masalah (problematic) pada beberapa sistem digital. Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan kreatif pencatat geser (shift register). Sebagai contoh, keluaran penghitung bisa dipertahankan (latched) melalui suatu pencatat geser parallel-in/parallel-out hanya jika keluaran output berubah dengan dua langkah atau lebih. Membangun suatu rangkaian untuk mendeteksi dua atau lebih hitungan berurut dengan arah yang sama memerlukan sedikit kecerdikan, tetapi usaha bermanfaat

6.1.5 Slope (integrating) ADC Sejauh ini, kita telah mampu menghindari sejumlah komponen dalam pengubah flash dengan menggunakan sebuah DAC sebagai bagian dari rangkaian ADC; namun bukan hanya ini pilihannya. Mungkin juga tidak menggunakan DAC jika kita mengganti suatu rangkaian naik perlahan (ramping) analog dan satu penghitung digital dengan pewaktuan yang teliti. Inilah pemikiran dasar pengubah ADC yang disebut single-slope atau integrating ADC. Pengganti penggunaan DAC dengan keluaran perlahan, digunakan suatu rangkaian op-amp Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 100



yang disebut integrator utuk membangkitkan bentuk gelombang gigi gergaji yang selanjutnya dibandingkan terhadap masukan analog oleh sebuah pembanding (comparator). Waktu yang diperlukan gelombang gigi gergaji untuk melebihi nilai tegangan sinyal masukan diukur dengan menggunakan denyut clock penghitung digital dengan gelombang segi empat berfrekuensi teliti (biasanya dari osilator kristal). Skema dasarnya terlihat pada gambar berikut.

Skema transistor pelepas kapasitor (capacitor-discharging transistor) IGFET yang ditunjukkan disini adalah satu bit yang sangat disederhanakan. Sebenarnya, suatu rangkaian penahan (latching) yang teratur dengan sinyal clock biasanya harus dihubungkan ke gerbang IGFET untuk menjamin pembuangan sempurna muatan kapasitor ketika keluaran kapasitor tinggi. Ide dasarnya cukup jelas pada diagram diatas. Ketika keluaran pembanding rendah (tegangan masuk lebih besar daripada keluaran integrator), maka integrator diijinkan mengisi kapasitor secara linear. Sedangkan penghitung sedang menghitung naik dengan laju yang ditentukan oleh frekuensi clock yang teliti. Waktu yang dibutuhkan kapasitor untuk mengisi hingga ke tegangan yang sam dengan masukan input tergantung pada nilai sinyal masukan dan gabungan dari -Vref, R, and C. Ketika kapasitor mencapai tegangan tersebut, keluaran pembanding akan tinggi, memindahkan keluaran penghitung ke pencatat geser sebagai keluaran akhir. IGFET tersulut "on" oleh keluaran pembanding yang tinggi, melepas kembali muatan kapasitor ke nol volt. Bila tegangan keluaran integrator jatuh hingga nol, keluaran pembanding berpindah kembali ke keadaan rendah, menghapus penghitung dan memungkinkan integrator untuk menaikkan lagi tegangan perlahan-lahan. Rangkaian ADC ini berprilaku sangat mirip dengan digital ramp ADC, bedanya, tegangan acuan pembanding adalah bentuk gelombang gigi gergaji, bukan bentuk anak tangga. Single-slope ADC mengalami semua kekurangan digital ramp ADC, ditambah kekurangan calibration drift (penyimpangan kalibrasi). Persesuaian akurat keluaran ADC ini dengan masukannya adalah tergantung pada laju tegangan integrator yang akan dicocokkan dengan laju hitungan dari penghitung (frekuensi clock). Dengan digital ramp ADC, frekuensi clock tidak berpengaruh pada ketelitian pengkonversian, hanya tergantung pada pembaruan waktu (update time). Pada rangkaian ini, karena laju integrasi dan laju hitung tidak saling terkait satu samalian, Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 101



variasi antara keduanya pasti terjadi karena waktu berjalan, dan akibatnya kehilangan ketelitian. Keuntungan rangkaian ini adalah tidak menggunakan DAC, yang mengurangi kerumitan rangkaiannya.

Untuk mengatasi dilemma penyimpangan kalibrasi, ditemukan variasi rancangan yang disebut pengubah dual-slope ADC. Pada ADC ini, rangkaian integrator dijalankan positif and negatif dengan siklus bergantian untuk perlahan-lahan turun dan kemudian naik; bukan direset ke 0 volt pada akhir setiap siklus. Pada satu arah perubahan perlahan-lahan (ramping), integrator dijalankan oleh sinyal masukan analog positif (menghasilkan laju variasi tegangan keluar berubah negatif, atau kemiringan keluaran negatif) untuk jangka waktu tertentu, sebagai terukur oleh penghitung dengan clock berfrekuensi teliti. Kemudian, pada arah lainnya, dengan tegangan acuan tetap (menghasilkan perubahan laju tetap tegangan keluaran) dengan waktu yang terukur oleh penghitung yang sama. Penghitung berhenti menghitung jika keluaran integrator mencapai tegangan yang sama seperti ketika memulai bagian waktu tetap dari siklus. Rentang waktu yang diperlukan kapasitor integrator untuk melepas kembali tegangan keluaran aslinya, seperti terukur dengan bertambah besarnya oleh penghitung, menjadi keluaran digital rangkaian ADC. Metoda dual-slope bisa dianalogikan sebagai pegas berputar seperti yang digunakan pada mekanisma clock mekanik, bayangkan membuat mekanisma untuk mengukur kecepatan putaran poros; maka, putaran poros adalah sinyal masukan yang akan diukur. Siklus pengukuran mulai dengan pegas dalam keadaan lepas (relax). Pegas kemudian diputar atau gulung naik oleh poros yang berputar (sinyal masukan) untuk rentang waktu tertenu. Hal ini akan menempatkan pegas pada suatu tegangan tertentu sebanding dengan kecepatan putar poros; makin besar putaran poros semakin cepat laju gulungan (winding), dan semakin besar jumlah teganganpegas yang terkumpul pada rentang waktu tersebut. Kemudian, pegas dilepas dari poros dan dibiarkan untuk melepas gulungan (unwind) dengan laju tertentu, waktu untuk kembali ke keadaan bebas (relax) diukur dengan pewaktu (timer). Jumlah (rentang) waktu yang diperlukan pegas untuk bebas dengan laju tertentukan tersebut akan sebanding dengan Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 102



kecepatan ketika pegas digulung (besarnya sinyal masukan) selama bagian waktu tertentu dari siklus. Teknik pengkonversian analog ke digital ini terbebas dari persoalan penyimpangan kalibrasi (calibration drift) pada single-slopr ADC, karena "gain" dari kedua integrator dan laju kecepatan penghitung berpengaruh selama bagian siklus penggulungan dan melepas gulungan ("winding" and "unwinding"). Jika kecepatan clock penghitung tiba-tiba naik, akan memperpendek perioda waktu yang telah ditentukan dimana integrator menggulung naik ("winds up") mengakibatkan semakin berkurangnya tegangan yang terakumulasi oleh integrator, tetapi juga berarti akan menghitung lebih cepat selama waktu ketika integrator diijinkan untuk melepas ("unwind") pada laju tertentu. Bagian dimana penghitung menghitung lebih cepat akan sama dengan bagian ketika tegangan terakumulasi integrator yang dikurangkan dari sebelum perubahan kecepatan clock. Sehingga, kesalahan (error) kecepatan clock akan terhapus sendiri dan keluaran digital akan tepat sama dengan yang seharusnya. Keuntungan penting lainnya dari metoda ini adalah bahwa sinyal masukan menjadi disamaratakan dengan ketika menjalankan (drive) integrator selama bagian tertentu dari siklus. Setiap perubahan sinyal analog selama perioda waktu tersebut memiliki efek kumulatif pada keluran digital diakhir siklus itu. Strategi ADC lainnya hanyalah menangkap ("capture") nilai sinyal analog pada satu titik waktu setiap siklus. Jika sinyal analog sangat ramai ("noisy") berisi gejolak tegangan palsu yangb besar, salah satu teknologi pengubah ADC yang lain adakalanya bisa mengubah gejolak karena ADC tersebut menangkap sinyal berulang-ulangpada satu titik waktu. Sebaliknya, ADC dual-slope menyama-ratakan semua gejolak dalam perioda integrasi, sehingga merupakan suatu keluaran dengan kekebalan gejolak yang lebih besar. Dual-slope ADC digunakan pada pemakaian yang memerlukan ketelitian tinggi.

6.1.6 Delta-Sigma (∆Σ) ADC Salah satu teknologi ADC yang lebih maju adalah apa yang disebut ADC delta-sigma ∆Σ. Pada pengubah ADC ini, sinyal tegangan masukan analog disambungkan ke masukan suatu integrator, menghasilkan laju perubahan tegangan atau slope pada keluaran yang sama besarnya dengan masukan. Tegangan naik perlahan ini dibandingkan ke tegangan nol oleh pembanding. Pembanding ini beraksi sebagai ADC 1-bit, menghasilkan 1 bit keluaran ("high" or "low") tergantung pada apakah keluaran integratornya positif atau negatif. Keluaran Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 103



pembanding disimpan dalam flip-flop tipe D yang di-clock pada frekuensi tinggi, dan diumpan balikkan ke saluran masukan lainnya pada integrator, untuk menjalankan (drive) integrator tersebut ke arah keluaran 0 volt. Rangkaian dasarnya terlihat seperti gambar berikut:

Op-amp paling kiri adalah integrator (penjumlahan)nya. Op-amp berikutnya integrator pengumpan (feed into) adalah pembanding, atau ADC 1-bit. Berikutnya flipflop tipe D yang menahan keluaran pembanding pada setiap denyut clock, mengirimkan sinyal tinggi atau rendah ke pembanding berikutnya dibagian atas rangkaian. Pembanding terakhir ini perlu mengubah tegangan keluaran tingkat logika 0V / 5V polaritas tunggal dari flip-flop menjadi suatu sinyal tegangan +V / -V untuk diumpan balikkan ke integrator. Jika keluaran integratornya positif, pembanding pertama akan mengeluarkan sinyal tinggi ke masukan D dari flip-flop. Pada denyut clock berikutnya, sinyal tinggi ini akan keluar dari saluran Q ke masukan tidak terbalik (non-inverting) pembanding terakhir. Pembanding terakhir ini, sedang melihat suatu tegangan masukan yang lebih besar daripada tegangan ambang (threshold) ½ +V, jenuh pada arah positif, mengirimkan sinyal +V penuh ke masukan lain dari integrator. Sinyal umpan balik +V ini cenderung menjalankan keluaran integrator ke arah negatif. Jika tegangan keluaran ini menjadi negatif, rangkaian umpan balik akan mengirim kembali sinyal korektif (-V) ke masukan atas integrator untuk menjalankannya kearah positif. Inilah konsep delta-sigma dalam aksi: pembanding pertama merasakan perbedaan (∆) antara keluaran integrator dan tegangan nol. Integrator menjumlahkan (Σ) keluran pembanding dengan sinyal masukan analog. Secara fungsional, hal menghasilkan serangkaian deret bit-bit keluaran oleh flip-flop. Jika masukan analognya nol volt, integrator tidak akan punya kecenderungan untuk naik perlahanlahan baik kearah positif maupun negatif, kecuali menanggapi tegangan umpan balik. Dalam skenario ini, keluaran flip-flop akan berosilasi secara terus menerus antara tinggi dan rendah, sebagai sistem umpan balik memburu mundur dan maju, mencoba mempertahankan keluaran integrator tetap nol volt. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 104



Jika menggunakan tegangan masukan analog negatif, integrator cenderung akan menaik perlahan-lahan keluarannya kearah positif. Umpan balik hanya bisa ditambahkan dengan tegangan dan selang waktu tertentu ke integrator yang naik perlahan-lahan, dengan demikian keluaran aliran bit oleh flip-flop tidak akan persis sama.

Dengan menggunakan sinyal masukan analog negatif yang lebih besar ke integrator, memaksa keluarannya berubah lebih cepat ke arah positif. Maka, sistem umpan balik harus mengeluarkan lebih banyak bit 1 dari pada sebelumnya untuk mengembalikan keluaran integrator ke nol volt.

Jika sinyal masukan analog naik harganya, begitu juga bit 1 pada keluaran digital flip-flop.




Suatu keluaran bilangan bineri sejajar (parallel) diperoleh dari rangkaian ini dengan merataratakan aliran deret dari bit-bit bersama. Sebagai contoh, rangkaian penghitung bisa dirancang untuk mengumpulkan keseluruhan keluaran 1 oleh flip-flop untuk sejumlah denyut clock yang diberikan. Hitungan ini yang menunjukkan tegangan masukan analog. Variasi pada tema ini ada, menggunakan integrator bertingkat banyak dan/atau beberapa rangkaian pembanding yang mengeluarkan lebih dari sati bit, namun satu konsep umum untuk semua pembanding ∆Σ adalah oversampling. Oversampling, yaitu bila banyak sampel dari satu sinyal analog diambil dengan satu ADC (1-bit ADC), dan sampel-sampel yang telah didigitalkan dirata-ratakan, hasil akhirnya adalah kenaikan efektif jumlah bit yang dirubah dari sinyalnya. Dengan kata lain, satu pengubah ADC 1-bit yang dioversampling dapat melakukan kerja yang sama dengan satu pengubah ADC 8 –bit dngan satu kali sampling, walaupun dengan laju yang lebih lambat.

6.2 Pertimbangan penggunaan rangkaian ADC Mungkin pertimbangan terpenting suatu pengubah ADC adalah resolusinya. Resolusi adalah jumlah bit bineri keluaran pengubah. Karena rangkaian-rangkaian pengubah ADC mengambil sinyal analog yang terus menerus berubah, dan memecahkannya menjadi satu irama banyak keadaan berlainan (susunan bit 1 atau bit 0), menjadi perlu mengetahui berapa bit dalam susunan irama tersebut. Misalnya, satu ADC dengan keluaran 10- bit dapat melambangkan hingga 1024 (210) keadaan unik dari pengukuran sinyal. Sepanjang rentang pengukuran dari 0% hingga 100%, akan ada sebanyak 1024 keluaran bilangan bineri yang unik dari pengubah ADC (dari 0000000000 hingga 1111111111). Satu ADC 11-bit akan memiliki dua kali banyak keadaan pada keluarannya (2048 atau 211), melambangkan dua kali banyaknya keadaan unik pengukuran sinyal antara 0% hingga 100%.




Resolusi sangat penting dalam sistem penerimaan data (rangkaian yang dirancang untuk menerjemah dan mencatat pengukuran fisik dalam bentuk elektronik). Andai sedang mengukur ketinggian air dalam tangki setinggi 40 kaki menggunakan instrumen degnan ADC 10-bit. 0 kaki air dalam tangki sama dengan 0% pengukuran, sedangkan 40 kaki air dalam tangki sama dengan 100% pengukuran. Karena ADC ditetapkan pada 10 bit keluaran data bineri, akan menerjemahkan setiap tinggi air dalam tangki sebagai satu keluaran dengan 1024 kemungkinan keadaan. Untuk menentukan berapa ketinggian air yang akan dilambangkan pada setiap tahapan ADC, perlu membagi 40 kaki rentang pengukuran dengan jumlah tahapan pada rentang kemungkinan 0 hingga 1024, yaitu 1023 (1 kurang dari 1024); sehingga diperoleh angka 0.039101 kaki per tahap, atau sama dengan 0.46921 inci per tahap (sedikit lebih kecil dari setengah inci) tinggi air dilambangkan untuk setiap hitungan biner dari ADC.

Nilai tahap 0.039101 kaki (0.46921 inci) merupakan jumlah terkecil perubahan tinggi air yang dapat dirasakan oleh instrumen. Tak dapat disangkal, ini angka yang kecil, kurang dari 0,1% dari seluruh rentang pengukuran 40 kaki. Namun untuk beberapa penggunaan, ini belum cukup sempurna. Andai instrumen ini diperlukan agar mampu menunujukkan perubahan tinggi air hingga sepersepuluh inci; untuk mendapatkan tingkat resolusi ini dan masih mempertahankan rentang pengukuran 40 kaki, diperlukan instrumen ADC yang lebih dari 10 bit. Untuk menentukan ADC berapa bit yang diperlukan, mula-mula tentukan ada berapa tahapan 1 /10 inci dalam 40 kaki; yaitu 40/(0,1/12) sama dengan 4800 tahapan 1/10 inci dalam 40 kaki. Sehingga diperlukan bit yang cukup untuk menyediakan sedikitnya 4800 tahapan berlainan (discrete) dalam urutan hitungan bineri. 10-bit memberi 1023 tahapan, 11-bit memberi 2047 tahapan, 12-bit memberi 4095 tahapan, sedangkan 13-bit memberi 8191 tahapan, lebih dari cukup untuk 4800 tahapan; maka instrumen yang diperlukan setidak-tidaknya dengan resolusi 13-bit. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 107



Pertimbangan penting lainnya pada rangkaian ADC adalah frekuensi sampel atau laju pengubahannya (sample frequency, or conversion rate), yaitu kecepatan pengubah mengeluarkan harga bineri terbaru. Seperti resolusi, pertimbangan ini dihubungkan ke pemakaian tertenru ADC. Jika pengubah digunakan untuk mengukur sinyal yang berubah pelan seperti tinggi air dalam tangki, mungkin memiliki frekuensi sampe yang sangat pelan dan dirasa cukup memadai. Sebaliknya jika digunakan untuk mendigitalkan sinyal frekuensi audio yang bersiklus beberapa ribu kali dalam satu detik, diperlukan pengubah yang sangat cepat. Perhatikan laju perubahan ADC berikut terhadap jenis sinyal, jenis ADC pendekatan berurut dengan selang waktu teratur:

Disini, untuk sinyal yang berubah pelan, laju sample lebih dari cukup untuk menangkap kecenderungan umumnya. Tetapi pertimbangkan contoh ini denga waktu sampel yang sama. Ketika perioda sampel terlalu panjang (terlalu lambat), rincian penting dari sinyal analog akan terabaikan. Perhatikan bagaimana, terutama pada bagian yang terakhir sinyal analog, keluaran digital sama sekali gagal mereproduksi bentuk tang sebenarnya. Pun pada bagian awal bentuk gelombang analog, reproduksi digital manyimpang banyak sekali dari bentuk gelombang sebenarnya.




Penting sekali bahwa waktu sampel suatu ADC cukup cepat menangkap perubahan penting bentuk gelombang analog. Dalam istilah penerimaan data (data acquisition), bentuk gelombang frekuensi sangat tinggi yang dapat ditangkap suatu ADC secara teoritis adalah yang disebut frekuensi Nyquist (Nyquist frequency), setara dengan setengah frekuesni sampel ADC. Sehingga, jika rangkaian suatu ADC memiliki frekuensi sampel 5kHz, bentuk gelombang frekuensi tertinggi yang bisa dipecahkan dengan berhasil baik adalah frekuensi Nyquist 2,5kHz. Jika suatu ADC disambungkan sinyal masukan analog yang frekuensinya melebihi frekuensi Nyquist untuk ADC tersebut, pengubah itu akan mengeluarkan sinyal digital frekuensi yang salah. Penomena ini dikenal sebagai aliasing. Amati gambar berikut untuk melihat bagaimana aliasing terjadi.

Perhatikan bagaimana perioda bentuk gelombang keluaran jauh lebih panjang (pelan) dari pada perioda bentuk gelombang masukan, dan bagaimana bentuk kedua gelombang tidak serupa. Harus dipahami bahwa frekuensi Nyquist adalah batas frekuensi maksimum mutlak bagi suatu ADC, dan tidak melambangkan frekuensi praktis tertinggi yang dapat diukur. Agar aman, jangan berharap suatu pengubah ADC dengan baik memecahkan setiap frekuensi yang lebih besar dari seperlima hingga sepersepuluh kali frekuensi sampelnya.




Cara praktis mencegah aliasing adalah penempatkan saringan (low-pass filter) sebelum masukan ADC, untuk memblokir setiap sinyal berfrekuensi lebih besar dari pada batasan praktis. Pada cara ini, rangkaian ADC akan tercegah dari melihat setiap frekuensi lebih dan tidak akan mencoba mendigitalkannya. Ini dianggap lebih baik bahwa frekuensi sedemikian berlalu tidak diubah, dari pada membiarkannya ter-aliase dan muncul di keluaran sebagai sinyal palsu. Satu lagi ukuran kinerja ADC adalah yang disebut step recovery, yaitu ukuran seberapa cepat suatu ADC merubah keluarannya untuk mengikuti perubahanmasukan analog yang cepat dan besar. Dalam teknologi pengubah, step recovery adalah merupakan batasan yang serius. Contohnya adalah pengubah tracking yang memiliki periosa pembaruan (up-date) yang cepat, tetapi step recoverynya lambat dantak seimbang. Suatu ADC yang ideal memiliki bit yang banyak untuk resolusinya, mengambil sampel sangat cepat dan step recovery sesaat, tetapi hal ini belum tercipta. Tentu sifat-sifat ini bisa diperoleh dengan menambah rangkaian yang rumit (complexity), apakah menambah komponen penghitung atau membuat rancangan khusus yang bekerja dengan kecepatan clock yang lebih tinggi. Berbeda teknologi ADCnya, berbeda kekuatannya. Berikut ini urutan ADC mulai dari yang baik ke yang jelek Rasio resolusi/ kerumitan (Resolution/complexity ratio): Single-slope integrating, dual-slope integrating, counter, tracking, successive approximation, flash. Kecepatan (Speed): Flash, tracking, successive approximation, single-slope integrating & counter, dual-slope integrating. Step recovery:

Flash, successive-approximation, single-slope integrating & counter, dual-slope integrating, tracking.

Perlu diingat bahwa urutan (ranking) ADC yang berbeda teknologi ini tergantung pada faktor lain. Misalnya, bagaimana laju perubahan ADC pada step recovery tergantung pada sifat alami perubahan stepnya. ADC tracking sama lambatnya dalam menanggapi semua perubahan step, sedangkan single-slope atau ADC penghitung akan mencatat perubahan step tinggi ke rendah dengan lebih cepat dari pada perubahan step rendah ke tinggi. ADC Successive-approximation berubah langkah, hampir sama cepatnya merubah sinyal analog apa saja, tetapi ADC tracking akan mengalahkannya jika sinyal berubah lebih lambat dari pada satu resolusi langkah per clock pulsa.



LOGIC DAN SEQUENCE

7. LOGIC DAN SEQUENCE Logic atau logika menurut bahasa adalah sesuatu yang dapat diterima oleh akal. Namun logic yang dimaksudkan disini adalah logic yang lazim digunakan dalam dunia keteknikan. Selanjutnya logic tersebut dapat diimplementasikan dalam bentuk simbol yang dikenal dengan simbol gerbang logic (logic gate). Simbol-simbol tersebut tidak menjelaskan bagaimana bentuk alat itu, melainkan hanya menyatakan fungsinya Sequence menurut pengertiannya adalah urut-urutan, dalam hal ini urut-urutan menjalankan atau memberhentikan suatu peralatan pada suatu proses di dalam power plant/industri. Menjalankan (start-up) maupun memberhentikan (shut-down) suatu peralatan yang diatur sedemikian rupa, sehingga tiap-tiap peralatan telah disesuaikan dengan syarat-syarat yang telah dipenuhi. Pengendalian sejumlah peralatan tersebut pada berbagai macam proses dapat dikenal melalui sistem logic dan sekuensial yang mengendalikan urutan saat start-up maupun saat shut-down, dan sekaligus di dalam sistem tersebut juga mengandung fungsi pengamanan saat sedang operasi. Didalam ruang lingkup instalasi peralatan-peralatan power plant dikenal dua istilah diagram atau gambar rangkaian operasional melalui: • Logic diagram • Schematic diagram Logic diagram menyajikan detail yang secara skematis memperlihatkan semua instrumen perlatan yang akan mempengarui berlangsungnya pengaturan yang bersifat sekuensial yaitu peralatan-peralatan yang berpengaruh dalam berlangsungnya pengaturan seperti switch, timer dan memory yang mempunyai keluaran sebagai pengemudi/ menjalankan Pompa, katup, kompresor dan sebagainya Schematic diagram dibuat untuk memperlihatkan semua peralatan listrik yang digunakan yang meliputi schematic control diagram seperti phenumatic dan hydraulik dan electrical schematic diagram yang memperlihatkan semua peralatan listrik yang digunakan, hal ini akan membantu untuk dapat mengerti operasional sistem peralatan maupun proses tersebut dengan cepat, sehingga memudahkan dalam hal mencari gangguan dan pemeriksaan. Schematic diagram ini ada yang diperuntukan pada schematic control diagram, yang menerangkan dan menjelaskan fungsi dari bermacam-macam komponen kontrol. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 111


LOGIC DAN SEQUENCE

Oleh karenanya uraian yang akan disajikan dalam kursus ini menitik beratkan pada pemahaman terhadap rangkaian operasi suatu peralatan melalui rangkaian Logic dan Sekuensialnya berupa contoh-contoh kecil untuk memahami schematik dan logic diagram yang lebih kompleks yang ada di tiap-tiap power plant. Kompleksitas diagram instalasi macam-macam peralatan dapat diminimais dengan mempelajari isi buku-buku petunjuk yang merujuk kepada peralatan yang dimaksud dan uraian dari semua instalasinya dan ini pasti ada karena semua vendor yang terkait pastilah menyediakan bukubuku tersebut sebagai pegangan untuk operator, engineer dan yang terlibat dalam lingkup pemeliharaan dan pengembangan suatu power plant.

7.1 Gerbang Logika Adalah merupakan komponen dari rangkaian logic berdasarkan rangkaian logic ini akan terbentuk suatu fungsi fungsi logic yang diaplikasikan pada suatu sistem peralatan.

7.1.1 Rangkaian Logika Rangkaian Logika secara umum dinamai juga rangkaian pintu (gate circuit) yang terdiri dari gerbang-gerbang logic, didalam gatecircuit kita tidak perlu mengetahui bagaimana pengawatan dalamannya, sudah tersedia dalam bentuk I.C (Integrated circuit) yang perlu diketahui hanyalah bagaimana sinyal-sinyal masukan pada suatu gatecircuit akan mengeluarkan sinyal keluaran, dimana sinyal keluaran hubungannya dengan sinyal masukan mempunyai keterkaitan yang logis dan masuk akal. Rangkaian logika diterapkan pada piranti-piranti digit dan komputer guna mengotomatikkan proses-proses industri ataupun pekerjaan pengotomatisan suatu sistem peralatan

7.1.2 Komponen Dasar Logic Gate Ada tiga komponen dasar suatu GERBANG LOGIKA, yaitu: • AND Gate • OR Gate • NOT Gate Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 112


LOGIC DAN SEQUENCE

F AND GATE

F OR GATE

F NOT GATE

Tiga komponen dasar pada gambar diatas terlihat suatu black-box dimana F= sinyal keluaran dari suatu fungsi sinyal-sinyal masukan (A dan B), sedangkan pada NOT GATE hanya ada satu masukan. Rangkaian logika bekerja dengan sistem bilangan biner yaitu bilangan basis dua dengan demikian hanya dikenal bilangan 0 dan 1, bilangan 0 dan bilangan 1 hanya dapat di Interpretasikan dengan dua keadaan misal pada suatu saklar cuma dikenal membuka (=1) atau menutup (=0) yang merupakan variabelnya, atau dalam suatu sistem tegangan logic circuit hanya dikenal dengan Low dan High dimana tegangan 5V=high dan Low = 0V. Pada tiga komponen dasar masing-masing gate mempunyai suatu hubungan yang logis antara sinyal keluaran (F) dan sinyal-sinyal masukan yang dapat dijelaskan sebagai berikut: AND GATE,

Keluaran akan F=1, Jika semua sinyal masukan adalah 1

OR GATE,

Keluaran akan F=0, Jika semua sinyal masukan adalah 0

NOT GATE,

Keluaran akan merupakan kebalikan dari masukannya


7.2


LOGIC DAN SEQUENCE

Fungsi-Fungsi Digital Logic

Kita dapat membangun tiga komponen dasar fungsi-fungsi logika dengan rangkaian sederhana berupa rangkaian lampu yang dibangun dari kontak kontak normally open (NO) dan normally closed (NC) dari suatu kontaktor magnet lalu disambungkan dengan L1 dan L2, untuk dapat menggambarkan dengan jelas logika antara sinyal keluaran dan hubungannya dengan sinyalsinyal masukan

7.2.1 Fungsi AND

Pada gambar tampak dengan jelas bawa keluaran fungsi AND akan sama dengan satu jika semua sinyal masukan A=1 dan B=1 artinya lampu akan menyala apabila kontaktor A dan kontaktor B secara simultan dienerjais sehingga lampu menyala karena dialiri arus dari L1 ke L2 apabila salah satu kontak normally open (NO) yang terhubung seri dari kontaktor (A atau B) tidak dienerjais lampu akan padam. Dari keterangan tadi dapat dipersingkat penjelasannya dengan membuat sutu Tabel Benaran. Suatu Tabel Benaran dibuat dengan mengisi baris dan kolom dengan bilangan basis dua yaitu 0 dan 1, angka 0 = melambangkan dari situasi tidak enerjais sedangkan angka 1= melambangkan situsi enerjais sehingga dengan Tabel Benaran logika dari sutu gerban logic dapat di persingkat penjelasannya.

7.2.2

Fungsi OR

Untuk fungsi OR dapat di ilustrasikan seperti gambar dibawah ini



LOGIC DAN SEQUENCE

Fungsi OR dengan ilustrasi gambar diatas nampak jelas bahwa lampu akan padam jika kedua kontak normally open (NO) yang dihubungkan parallel dari kontaktor (A dan B) dalam keadaan tidak didienerjais. Sebaliknya jika salah satu kontaktor A atau kontaktor B enerjais maka akan ada aliran arus dari L1 ke L2 sehingga lampu akan menyala. Dari kedua gambar tadi dapat disimpulkan bahwa, Logic dengan fungsi AND adalah mempunyai ciri-ciri dua atau lebih peralatan yang terhubung seri, dengan notasi F=A.B identik dengan perkalian. Sedangkan Logic dengan fungsi OR mempunyai cir-cirii dua atau lebih perlatan yang terhubung parallel, dengan notasi F=A+B identik dengan penjumlahan.

7.2.3

Fungsi NOT

Suatu Logic NOT atau logic Inversi dapat dibentuk dengan menggunakan kontak Normally Closed (NC) sebagai pengganti kontak Normally Open (NO) yang terhubung pada L1 dan L2 dari suatu rangkaian lampu seperti diatas , sebagai ilustrasi dapat dilihat pada gambar dibawah ini,

Pada gambar ternyata bahwa apabila kontaktor A tidak dienerjais maka lampu akan nyala sebaliknya apabila kontaktor A dienerjais maka lampu akan padam. Dengan bantuan Tabel benaran pada gambar dapat mempersingkat penjelasan dari suatu Logic NOT Kita dapat juga mengilustrasikan suatu keluaran fungsi invers yang ditimbulkan dari kontak normaly open (A) dengan bantuan relay kontrol (CR=control relay)



LOGIC DAN SEQUENCE

7.2.4 Logika Kombinasi Ketiga komponen dasar seperti yang dijelaskan diatas dapat dikombinasikan sehingga membentuk gerbang yang lain sebagai contoh kombinasi antara AND GATE dan NOT GATE dihubungkan secara seri akan membentuk gerbang yang disebut NAND, Pada gambar tampak jelas bahwa fungsi NAND adalah Inversi dari keluaran Fungsi AND A B

A

F

=

F = (A.B)

F

B

Sedangkan Gerbang OR yang terhubung seri dengan gerbang NOT akan membentuk Gerbang NOR Pada gambar nampak jelas bahwa fungsi NOR adalah Inversi dari keluaran Fungsi OR

A

A B

=

F

B

F = (A+B)

F

7.2.5 Gerbang OR KHUSUS Gerbang OR Khusus yang disebut juga EX-OR adalah suatu susunan gerbang yang keluarannya akan F=1, hanya apabila banyaknya logic state =1 yang ada di jalur masukan berjumlah ganjil. Notasi Fungsi EXOR,

F=A + B

Fungsi logic Ex-OR Dapat dibangun dari kombinasi fungsi-fungsi logic dengan kontak-kontak grup yang tersusun secara seri dan paralel seperti pada gambar. Contoh gambar dibawah ini juga dijelaskan bagaimana fungsi EX-OR dibangun dari kombinasi gerbang AND, OR dan NOT



LOGIC DAN SEQUENCE

Pada gambar diatas jelas bawa satu grup kontak antara NO dan NC dari Kontaktor A dan kontaktor B dihubungkan paralel sedangkan NO kontaktor A dihubungkan secara seri dengan NC kontaktor B. Perhatikan juga Tabel benaran dari Fungsi EX-OR yang terlihat bahwa jika jumlah 1 pada jalur input ganjil maka output akan menjadi 1.

7.3

Aljabar BOOLE

Aljabar boole merupakan aljabar saklar sebab Aljabar boole diterapkan terutama dalam rangkaian yang menerapkan saklar, Aljabar boole diperlukan jika hendak merancang suatu sistem logic yang lebih besar atau jika hendak membangun subsistem dari sistem yang sudah ada dalam hal pengembangan suatu power plant. Kaidah-kaidah dalam Aljabar boole ada yang menyerupai aljabar biasa ada juga yang tidak, seperti yang dicontohkan pada identitas-identitas dibawah ini:

A=A

(1)

A .A = A

(2)

A+A=A

(6)

A .1 = A

(3)

A+0=A

(7)

A .0 = 0

(4)

A+1=1

(8)

A .A = 0

(5)

A+A=1

(9)

Penulisan A dan B seperti A.B kita sebut sebagai Pekalian logika, sebab perkalian ini menyerupai perkalian didalam aljaba biasa. Demikian juga dengan penulisan A atau B sebagai A+B disebut penjumlahan logika, sebab menyerupai penulisan A+B didalam aljabar biasa Kita dapat membuktikan bentuk baku atau rumusan tetap dari kaidah-kaidah diatas (1 s.d 9) dengan bantuan fungsi dari masing-masing tiga komponen dasar gerbang logika dan karena A adalah bilangan biner maka nilai A akan bervariasi antara 0 dan 1 asumsikan jika A=0 dan Jika A= 1, yang penjabarannya sebagai berikut; Lambang dari kaidah (1) artinya membalik logic masukan sebanyak dua kali sehingga terjadi bahwa sinyal masukan sama dengan sinyal keluaran, dapat di buktikan dengan melihat tabel benarannya.



A

F1

F2

0

1

0

1

0

1

LOGIC DAN SEQUENCE

F2

F1

A

Kesimpulan dari gambar diatas adalah A = F2 Untuk kaidah 2 s.d 5 behubungan dengan perkalian logika, sehingga pembuktian harus memakai fungsi AND lalu berikan nilai A=0 selanjutnya A=1 A

A

F

A

0

0

0

A

1

1

1

A

F=….

F=….

Terbukti bahwa A.A = A, urutan sinyal input diikuti oleh sinyal output ... kaidah (2) Fungsi AND gate dengan dua jalur masukan salah satu masukannya diberi sinyal konstan (K)=1, apa yang terjadi pada jalur output jika sinyal masukan pada saat A=0 selanjutnya A=1 A

K

F

A

0

0

0

1

1

0

0

F=….

Dari Tabel benaran terlihat bahwa F=A, artinya jika salah satu dari dua masukan AND GATE diberi Sinyal tetap dimana sinyal itu = high atau sinyal (1) maka sinyal output akan mengikuti sinyal input sesuai dengan kaidah (3) yaitu A.1 = A Fungsi AND gate dengan dua jalur masukan salah satu masukannya diberi sinyal konstan (K)=0, apa yang terjadi pada jalur output jika sinyal masukan pada saat A=0 selanjutnya A=1 A

K

F

0

1

0

1

1

1

A

F=….

0

Dari Tabel benaran terlihat bahwa F=0, artinya jika salah satu dari dua masukan AND GATE diberi Sinyal tetap dimana sinyal itu = low atau sinyal (0) maka sinyal output = 0, tidak perduli sinyal apa yang ada di masukan yang lain atau sinyal masukan diblok.



LOGIC DAN SEQUENCE

Fungsi AND gate dengan dua jalur masukan dimana kedua sinyal masukan saling berkomplemen artinya jika A=0 maka B=1 demikian sebaliknya. A

B

F

1

0

0

0

1

0

A F=…. B

Dari Tabel benaran terlihat bahwa F=0, karna kedua masukan saling berkomplenen maka salah satu jalur input mengandung sinyal 0 yang mana pada fungsi AND jika salah satu input mempunyai nilai 0 maka output pastinya mengeluarkan sinyal 0 Untuk kaidah 6 s.d 9 behubungan dengan penjumlahan logika, sehingga pembuktian harus memakai fungsi OR lalu berikan nilai A=0 selanjutnya A=1 A

A

F

0

0

0

1

1

1

A F=….

Dari Tabel benaran terlihat bahwa, A+A=A ...................kaidah(6) Fungsi OR gate dengan dua jalur masukan salah satu masukannya diberi sinyal konstan (K)=0, apa yang terjadi pada jalur output jika sinyal masukan pada saat A=0 selanjutnya A=1 A

K

F

A

0

0

0

0

1

0

1

F=….

Dari Tabel benaran terlihat bahwa, A+0=A ...................kaidah(7) Kesimpulan: Jika salah satu dari dua masukan masukan FUNGSI OR bernilai =0, maka sinyal keluaran akan sama dengan sinyal masukan artinya meloloskan sinyal input Fungsi OR gate dengan dua jalur masukan salah satu masukannya diberi sinyal konstan (K)=1, apa yang terjadi pada jalur output jika sinyal masukan pada saat A=0 selanjutnya A=1



A

K

F

0

1

1

1

1

1

LOGIC DAN SEQUENCE

A

F=….

1

Kesimpulan: Jika salah satu dari dua masukan masukan FUNGSI OR bernilai =1, maka sinyal keluaran akan sama dengan sinyal 1, artinya sinyal keluaran akan memblok sinyal input Dari Tabel benaran terlihat bahwa, A +1=1 ...................kaidah(8) Fungsi OR gate dengan dua jalur masukan dimana kedua sinyal masukan saling berkomplemen artinya jika A=0 maka B=1 demikian sebaliknya A

B

F

1

0

1

0

1

1

A F=…. B

Dari Tabel benaran terlihat bahwa F=1, karena kedua masukan saling berkomplenen maka salah satu jalur input mengandung sinyal 0 yang mana pada fungsi OR jika salah satu input mempunyai nilai 1 maka output pastinya mengeluarkan sinyal 1

7.3.1 Kaidah-Kaidah Boole Lainnya de Morgan salah satu penemu rumus matematika diskrit untuk aplikasinya pada rangkaian logika, namun disini akan dibahas aplikasi kaidah-kaidah Aljabar Boole yang lain yang salah satunya dijelaskan oleh de Morgan A (B+C) = (A B) + (A C)

(10)

A +(B.C) = (A+B) (A+C)

(11)

=A

(12)

A

(A + B) = A

(13)

A

(A+C) = A C

(14)

A + (A C) = A+C

(15)

A B

= A+B

(16)

=A

(17)

A+A

A+B

B

B

kaidah-kaidah distributif

sifat-sifat absorpsi

sifat-sifat absorpsi logika

Kaidah-kaidah de Morgan



LOGIC DAN SEQUENCE

Hukum-Hukum Distributif Kaidah (10) dapat dibuktikan dengan menggambarkan logic diagram dari ke dua persamaan tersebut.

Isilah tabel benaran pada ke dua fungsi diatas sehingga dapt dilihat dengan jelas bahwa A.(B+C) = A.B + A.C A.B

A.C

0 1

0 0

0 0

1 1 0 1 1 1

0 0 0 0 1 1

0 0 0 1 0 1

A

B

C

B+C

0 0

0 0

0 1

0 0 1 1 1 1

1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1

A.(B+C)

A.B+A.C

Kaidah (11) dapat dibuktikan dengan menggambarkan logic diagram dari ke dua persamaan tersebut. F = A + (B C) A B

F = (A+B) (A+C) F

A

=

B

C C

Isilah tabel benaran pada ke dua fungsi diatas sehingga dapt dilihat dengan jelas bahwa A+(B.C) = A+B . A+C



A+B

A+C

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

A

B

C

B.C

0

0

0

0

0

0

A+(B.C)

LOGIC DAN SEQUENCE

A+B.A+C

Sifat-Sifat Absorpsi Kaidah (12) dapat dibuktikan dengan menggambarkan logic diagram dari ke dua persamaan tersebut. A

B

A.B

A+A.B

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

1

F = A + (A B) F

A

B

Dari Tabel Benaran fungsi terlihat jelas bahwa urutan bit-bit A adalah sama dengan urutan bitbit pada kolom A+A.B sehingga dapat disimpulkan bahwa: A+(A.B) = A. Sebenarnya fungsi pada Paragraf 6.2 dapat juga dibuktikan dengan cara-cara seperti pada paragraf 6.1.bahwa A+(A.B) = (A+A).(A+B). Silahkan anda mencoba sendiri dengan membuat logic diagramnya. Kaidah (13) dapat dibuktikan dengan menggambarkan logic diagram dari ke dua persamaan tersebut. A

B

A+B

A.(A+.B)

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

F = A (A+B) A

B

F



LOGIC DAN SEQUENCE

Dari Tabel Benaran fungsi (F) diatas terlihat jelas bahwa urutan bit-bit A adalah sama dengan urutan bit pada kolom A.A+B sehingga dapat disimpulkan bahwa: A.(A+B) = A. Sebenarnya fungsi pada Paragraf 6.2 dapat juga dibuktikan dengan cara-cara seperti pada paragraf 6.1.bahwa A.(A+B) = (A.A)+(A.B). Silahkan anda mencoba sendiri dengan membuat logic diagramnya

Sifat-Sifat Absorbsi Logika Kaidah (14) dapat dibuktikan dengan kaidah (5) bahwa perkalian antrara A dan komplemen A = 0

A (A + C) = A A + A C A (A + C) = A C

A (A + C) = A C

Kaidah (15) dapat dibuktikan dengan kaidah (5) bahwa penjumlahan antrara A dan Komplemen A =1

A + (A C) = (A + A) (A + C)

A + (A C) = A C

7.3.2

A + (A C) = A C

HUKUM Demorgan

Hukum DeMORGAN ke-1 Menurut DeMorgan jika keluaran fungsi OR di Invers, maka hasilnya akan sama dengan keluaran fungsi AND dimana semua sinyal masukan fungsi AND masing-masing di Invers Kaidah ……17

A+B = A B =

Hukum DeMORGAN ke-2 Menurut DeMorgan jika keluaran fungsi AND di Invers, maka hasilnya akan sama dengan keluaran fungsi OR dimana semua sinyal masukan fungsi OR masing-masing di Invers

A B =

Kaidah ……16

A +B =



LOGIC DAN SEQUENCE

7.4 Konversi Tabel Benaran Kedalam Ekspresi Boole Jika ingin merancang rangkaian logika akan sangat membantu apabila terlebih dulu disusun Tabel Benaran yang kemudian berdasarkan Tabel Benaran itu dibangun rangkaian logika. Dikenal dua persamaan Aljabar Boole pada teknik perancangan ini yaitu,

7.4.1 Sum of Product Sum of product atau Minterm disingkat SOP yaitu penjumlahan dari hasil kali, artinya susunlah bit-bit keluaran dari Tabel Benaran yang bernilai nilai satu, yaitu F=1 asumsikan keluaran F=1 dari suatu fungsi AND kemudian amati bit-bit masukan pada baris F=1 seandainya ada sinyal masukan yang mempunyai bit=0 maka jalur masukan itu harus diberi tanda inversi. Setelah dikumpulkan sinyal-sinyal keluran yang bernilai satu lalu jumlahkan. Dibawah ini diberikan contoh design dari tungku pembakaran sampah,

Katup sampah masuk di kontrol oleh rangkain logic dengan persaratan sebagai berikut, katup akan menutup jikalau lebih dari satu sensor bahan bakar failure artinya katup akan membuka kalau burner yang menyala paling sedikit dua buah. Dari sekuensial penyalaan burner dan buka tutup katup sampah masuk harus di buat dulu Tabel Benarannya seperti diekspresikan dibawah ini, Dari Tabel benaran itu tampak ada empat keluaran yang outputnya=1, seperti yang dijelaskan dibawa ini. Contoh untuk baris ke-4 A=0, supaya F=1 maka A dinvers karna keluaran fungsi AND adalah semua sinyal input harus sama dengan satu.



LOGIC DAN SEQUENCE

Sesuai dengan metode Sum of Product dari diatas dihasilkan persamaan output. sehingga bisa dibangun rangkaian logika dengan gate circuit seperti :

atau dapat juga dibangun dengan Control Relay dengan lampu sebagai indikasi output



LOGIC DAN SEQUENCE

Sehingga Rangkaian logic untuk gate circuitnya menjadi,

Gambar tsb dapat direpresentasikan kedalam bentuk gambar Control Relay yang lebih sederhana juga.



LOGIC DAN SEQUENCE

Nama lain dari Sum of Product adalah Maxterm disingkat POS, adalah kebalikan dari Minterm. Pada cara ini di kumpulkan keluaran F=0, asumsikan keluaran itu dari suatu fungsi OR, kalau ada bit sinyal masukan =1 maka masukan itu diberi tanda Invers, kemudian semua keluaran tadi di AND-kan F = (A+B+C) . (A+B+C) . (A+B+C) . (A+B+C) A B C



LOGIC DAN SEQUENCE



PL C

8. PLC = Programmable logic controllers Sebelum kehadiran sirkuit lojik solid state, sistem kontrol lojikal dirancang dan dibangun hanya menggunakan relei elektro-mekanikal berukuran besar dan pengkawatan yang rumit dengan pensaklaran bertegangan dan arus besar, serta memerlukan ruang yang luas. Sistem dan proses pada indusri modern memerlukan banyak sekali kontrol "on/off" (fungsi logika) yang sulit dibangun dengan relei elektro-mekanikal atau gerbang lojik diskret, tetapi dengan komputer digital proses kontrol "on/off" ini dapat dengan mudah diprogram untuk melakukan berbagai fungsi logika. Pada akhir tahun 1960 telah dibuat komputer kontrol untuk tujuan khusus ini yang disebut MODICON (Modular Digital Controller) dan dikenal sebagai PLC (Programmable Logic Controller). PLC langsung menggantikan relei elektro-mekanik dengan komputer digital terpadu (solid-state) dengan program tersimpan yang mampu menyamai pengawatan sangat banyak relei untuk melakukan fungsi lojik tertentu. PLC memiliki banyak terminal masukan (input) yang menafsirkan keadaan lojik tinggi dan rendah ("high" and "low") dari sensor dan saklar; juga terminal keluaran (output) untuk memberikan sinyal (perintah) "high" and "low" (on/off) ke lampu sinyal, solenoid, kontaktor dan peralatan lainnya pada kontrol on/off. Untuk memudahkan program PLC, didisain bahasa program yang mirip diagram lojik tangga (LAD ladder program) dan/atau diagram blok fungsi (FBD function block diagram) atau dengan penulisan pernyataan/perintah (STL statement list atau CSL command statement list); sehingga teknisi/ enjinir yang terbiasa membaca diagram lojik dapat dengan mudah memprogram PLC. PLC adalah komputer industri menggantikan relei kontrol elektro-mekanik; dimana sinyal input dan outputnya dapat berupa tegangan 5 hingga 220 volt AC ataupun DC. Gambar dibawah ini menunjukkan sisi depan PLC sederhana. Dua terminal sekrup L1 dan L2 menghubungkan PLC ke sumber daya 120 volts AC. Enam terminal disisi kiri dengan label Xi untuk masukan input dari masing-masing sensor atau saklar, terminal "Common" biasanya dihubungkan ke L2 (neutral).



PL C

Didalam PLC, hubungan antara setiap input ke terminal Common dipasang suatu opto-isolator device (LED light-emitting diode) untuk memberikan sinyal lojik "high" ke rangkaian komputer (suatu photo-transistor menafsirkan sinar LED ini) ketika ada tegangan 120 VAC antara terminal input dengan netral. Satu LED di panel depan PLC mengindikasikan jika input terenejais ("energized").

Sinyal output dikeluarkan rangkaian komputer PLC untuk mengaktifkan alat pensaklaran (transistor, TRIAC, atau relei elektro-mekanik), menghubungkan terminal "Source" ke terminal keluaran output berlabel Yi ("Source" dihubungkan ke L1). Satu LED di panel depan PLC mengindikasikan jika output terenejais ("energized"). Dengan cara begini PLC (software) mampu berhubungan dengan dunia nyata (hardware) seperti saklar dan solenoid. Logika sesungguhnya dari sistem kontrol dibentuk didalam PLC menggunakan program komputer. Program menentukan (dictate) output mana yang terenerjais dengan kondisi input tertentu. Meskipun program ini tampak sebagai diagram lojik ladder dengan simbol relei dan saklar, sesungguhnya tidak ada saklar kontak atau kumparan relei yang bekerja didalam PLC untuk menciptakan hubungan logika antara input dan output (hanya saklar dan kumparan hayal). Program dimasukkan dan ditampilkan melalui komputer yang dihubungkan ke port pemrograman PLC. Perhatikan rangkaian dan program PLC berikut:



PL C

Ketika tombol tidak ditekan, tidak ada tegangan ke X1 pada PLC. Sesuai program yang menunjukkan kontak X1 (NO normally open) disambung deret dengan koil Y1, tidak ada tegangan ke koil Y1 (de-energized); dan indikator (LED) tidak menyala. Jika tombol ditekan, tegangan akan ada di terminal X1 (energized) - indikatornya (LED) menyala, kontak X1 (normally open) menjadi menutup (close) dan mengaktifkan koil Y1 indikatornya (LED) menyala, terminal Y1 akan bertegangan (energized). Harus difahami bahwa kontak X1, koil Y1 kabel penghubung dan tegangan yang muncul ditampil komputer bukanlah sebenarnya komponen kelistrikan yang sesungguhnya nyata ada. Hanya ada sebagai perintah dalam program komputer, hanya software, cuma menyerupai suatu diagram skematik relei sesungguhnya. Sama pentingnya untuk memahami bahwa komputer personal PC yang digunakan untuk menampilkan dan mengedit program PLC tidak diperlukan untuk meneruskan operasi PLC. Sekali program telah dipasangkan (loaded) ke PLC dari komputer, maka komputer dapat dilepas dari PLC, dan PLC meneruskan operasi menuruti perintah yang diprogramkan. Kekuatan dan kecanggihan PLC nampak pada saat kita ingin mengubah peri laku sistem kontrol. Karena PLC dapat diprogram, maka kita bisa mengubah peri lakunya dengan cara mengubah perintah-perintahnya, tanpa harus mengubah susunan komponen-komponen yang teleh tersambung. Contoh, anadai kita ingin rangkaian saklar dan lampu berfungsi dengan model terbalik; jika tombol ditekan lampu akan mati, dan jika tombol dilepas lampu akan



PL C

menyala. Dengan pengkawatan ("hardware"), tombol tekan normally-open (NO) harus diganti dengan tombol tekan normally-close (NC). Tetapi dengan "software" PLC menjadi lebih mudah, cukup dengan mengubah program kontak X1 menjadi normally-closed (tidak perlu mengubah hardware). Lihat gambar berikut, X1 dan Y1 (lampu) menyala pada saat tombol tidak ditekan. Gambar selanjutnya menunjukkan pada saat tombol ditekan.

Salah satu keuntungan penerapan kontrol logika pada software disbanding hardware adalah bahwa sinyal suatu input bisa digunakan berkali-lagi sasuai kebutuhan program. Misalnya, perhatikan rangkaian dan program berikut, dirancang untuk menyalakan lampu jika sedikitnya dua dari tiga saklar tombol tekan ditekan bersamaan. Untuk membuat rangkaian serupa dengan menggunakan relei elektro-magnetik, harus digunakan tiga buah relei yang masing-masing memiliki dua kontak NO (normally-open), untuk menyediakan dua kontak per satu saklar input. Dengan menggunakan PLC, bagaimanapun, kita bisa memprogram sebanyak kontak yangkita inginkan untuk setiap input "X" tanpa menambah hardware tambahan, karena setiap input dan setiap output tidak lebih dari satu bit tnggal di dalam memory PLC (apakah 0 atau 1), dan dapat dipanggil kembali sebanyak yang diperlukan.



PL C

Selanjutnya, karena setiap output pada PLC tidak lebih dari satu bit dalam memory-nya, kita bisa menempatkan kontak dalam satu program PLC yang digerakkan oleh satu status output (Y). Misalnya untuk rangkaian kontrol start-stop motor listrik. Tombol tekan disambungkan ke input X1 sebagai saklar "Start", satu lagi tombol tekan disambungkan ke input X2 sebagai saklar "Stop". Satu kontak lain dalam program (Y1), menggunakan status koil output sebagai kontak "seal-in", langsung, sehingga kontaktor motor akan terus terenerjais (energized) setelah tombol tekan "Start" dilepas. Terlihat kontak NC (normally-closed) X2 tampil dengan kotak berwarna, menunjukkannya dalam keadaan tertutup (menghubungkan listrik). Jika tombol "Start" ditekan, input X1 akan enerjais, menutup kontak X1 dalam program, mengirim daya ke "coil" (koil) Y1, mengenerjais ouput Y1 dan menghubungkan tegangan 120 AC ke koil kontaktor motor sesungguhnya. Kontak Y1 yang parallel juga akan menutup "close", sehingga mengancing (latching) rangkaian tetap dalam keadaan ter-enerjais. Sekarang jika kita melepas tombol tekan "Start", kontak NO X1 akan kembali ke keadaan membukanya, namun motor akan terus berjalan karena kontak "seal-in" terus menyediakan hubungan daya ke koil Y1, sehingga output Y1 ter-enerjais.



PL C

Untuk menghentikan motor, kita harus menekan sesaat tombol tekan "Stop", yang akan mengenerjais input X2 dan membuka kontak NC, memutuskan hubungan ke koil Y1.

Bila tombol tekan "Stop" dilepas, input X2 akan de-enerjais, mengembalikan kontak X2 ke keadaan normal tertutupnya. Motor tidak jalan kembali sampai tombol "Start" ditekan, karena "seal-in" dari Y1 telah hilang. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 134


PL C

Satu hal penting yang harus dibuat adalah rancangan fail-safe (aman dari kegagalan) yang juga penting dalam sistem kontrol PLC, sebagaimana pentingnya pada sisten kontrol relei elektromagnetik. Kita harus mempertimbangkan efek dari pengkabelan yang gagal (kabel terputus) peralatan atau perlatan yang sedang dikontrol. Pada rangkaian kontrol motor contoh ini misalnya, ada masalah; jika kabel input untuk X2 (tombol "Stop") gagal membuka, maka tidak ada cara untuk menghentikan motor! Solusi untuk masalah ini adalah dengan membalikkan lokiga antara kontak X2 dalam program PLC dan tombol "Stop" sesungguhnya. Ketika tombol "Stop" (NC) tidak ditekan, input PLC X2 akan enerjais, sehingga menutup kontak X2 dalam program, memungkinkan motor dijalankan bila input X1 ter-enerjais, dan akan terus berjalan walaupun tombol "Start" tidak ditekan lagi. Ketika tombol "Stop" (NC) ditekan, input PLC X2 akan de-enerjais, sehingga mebuka kontak X2 dalam program, dan menghentikan motor. Terlihata tidak ada perbedaan antara rancangan baru dengan rancangan sebelumnya. Betapapun, jika kabel ke input X2 gagal, input X2 akan de-enerjais, sama seperti cara ketika tombol "Stop" ditekan. Akibatnya, jika ada kegagalan kabel ke input X2,maka motor akan langsung berhenti. Rancangan ini lebih aman dari pada rancangan yang ditunjukkan sebelumnya, dimana kegagalan kabel ke tombol "Stop" mengakibatkan motor tidak bisa distop.



PL C

Sebagai tambahan lagi ke elemen program input X dan output Y, PLC menyediakan koil dan kontak internal tanpa sambungan hakiki (hardware) ke keluar perangkat PLC. Digunakan sama seperti "control relays" (CR1, CR2, etc.) yang digunakan pada rangkaian relei standard; menyediakan pembalikan sinyal lojik bila perlu. Untuk memperagakan bagaimana suatu relei internal ini digunakan, perhatikan contoh rangkaian dan program berikut, dirancang untuk menyerupai fungsi gerbang NAND 3-input (dari tombol). Karena elemen-elemen program PLC dirancang khas dengan huruf tunggal, kita akan menyebut relei kontrol internal dengan "C1" bukan "CR1" sebagaimana umumnyapada rangkaian kontrol relei. Pada rangkaian ini, lampu Y1 akan tetap menyala selama tidak ada satu pun tombol yang ditekan. Untuk mematikan lampu, kita harus menekan ketiga-tiga tombol bersamaan.

Contoh ini pada PLC hanya merupakan contoh kecil dan sederhana dari kemampuan PLC. Sebagaimana komputer, PLC dapat melakukan fungsi pewaktuan (seperti relei tunda waktu), teromol berurutan (drum sequencing) dan fungsi-fungsi yang lebih maju dengan ketelitian dan keandalan yang lebih baik dari apa mungkin dengan menggunaka peralatan lojik elektromekanikal. Kebanyakan PLC memiliki kapasitas jauh melebihi dari pada sekedar beberapa input dan output. Foto berikut menunjukkan beberapa modul-modul input dan output dari PLC tunggal Allen-Bradley.



PL C

Dengan setiap modul memiliki 16 sambungan input maupun output, PLC ini mampu memonitor dan mengkontrol puluhan peralatan. Disusun dalam lemari kontrol (control cabinet), suatu PLC memerlukan ruang yang kecil, bandingkan ruang yang diperlukan oleh relei elektro-mekanikal untuk melakukan fungsi yang sama.



PL C

Satu kelebihan PLC yang tidak bisa dilakukan dengan relei elektro-mekanikal adalah pemantauan dan kontrol jarak jauh (remote monitoring and control) melalui jaringan komputer digital. Karena PLC adalah komputer digital dengan fungsi tertentu, yang mampu berkomunikasi dengan komputer lain dengan cukup mudah. Foto berikut menunjukkan komputer pribadi (PC) sedang menampilkan gambaran grafik proses pengaturan level cairan sesungguhnya (sistem pemompaan pengolahan air limbah) yang dikontrol denganPLC. Lokasi pemompaan sesungguhnya berada cukup jauh dari tampilan komputer tersebut.



9.

PENGKONTROL PID

PENGKONTROL PID (PID Controller)

Suatu pengkontrol Proportional-Integral-Derivative (PID controller) adalah komponen simpul umpan balik yang umum dalam sistem kontrol industri. Pengkontrol mengambil harga terukur dari suatu proses atau peralatan lainnya dan membandingkannya dengan harga setpoint acuan; beda/deviasi (error signal)nya kemudian digunakan menyetel beberapa masukan ke proses agar mengembalikan harga proses terukur ke harga setpoint yang diinginkan. Tidak seperti pengkontrol sederhana, pengkontrol PID bisa mengatur keluaran proses didasarkan pada penyebab dan laju perubahan deviasi, sehingga kontrol menjadi stabil dan lebih akurat. Pengkontrol PID tidak memerlukan matematik tingkat tinggi untuk merancangnya, dan dapat disetel dengan mudah (tuned) sesuai penerapan yang diinginkan, tidak seperti kontrol berbasis algoritma yang rumit pada teori kontrol optimal.

9.1 Dasar-dasar simpul kontrol (Control loop basics) Simpul PID berusaha mengotomatiskan apa yang akan dikerjakan oleh operator cerdas dengan alat ukur dan tombol kontrol. Operator akan membaca meteran yang menunjukkan hasil pengukuran suatu proses, dan menggunakan tombol untuk mengatur masukan ke proses (action) sampai hasil pengukuran keluaran proses pada alat ukur stabil pada harga yang diinginkan. Dalam literature yang lama, pengaturan proses ini desebut aksi reset (reset action). Posisi jarum penunjuk pada meteran alat ukur disebut pengukuran (measurement) atau nilai proses (process value) atau variabel proses (process variable). Perbedaan antara pengukuran dan nilai acuan (set point) disebut kesalahan (error) atau deviasi. Satu simpul/loop kontrol terdiri dari tiga bagian: a. pengukuran dengan sensor yang disambungkan ke proses ("plant"), b. keputusan dalam elemen pengkontrol c. Aksi melalui peralatan penggerak (actuator) seperti katup kontrol.

Pengkontrol membaca sensor dan mengurangkan pengukurannya terhadap "setpoint" untuk menentukan "error" atau deviasi, kemudian menggunakan error ini untuk menghitung besaran koreksi ke variabel masukan proses (the "action"), sehingga koreksi ini akan menghilangkan error dari pengukuran keluaran proses.



PENGKONTROL PID

Pada simpul PID, koreksi dihitung dari error dengan tiga cara: •

Langsung menghilangkan error/deviasi yang ada, disebut Proportional (P)

•

Beberapa saat error dibiarkan terus tidak dikoreksi , disebut Integral (I)

•

Mengantisipasi error selanjutnya dari laju perubahan error terhadap waktu, disebut Derivative (D)

Sebagai contoh, andaikan tangki air digunakan untuk mencatu air ke beberapa bagian pada pabrik, dan perlu menjaga ketinggian air tetap konstan. Suatu sensor akan mengukur tinggi air dalam tangki, menghasilkan pengukuran, dan terus menerus mengalirkan data ini ke pengkontrol. Pengkontrol memiliki nilai acuan (setpoint), misalnya 75% penuh. Pengkontrol akan memiliki aksi keluarannya yang disambungkan ke katup kontrol yang berperilaku terkontrol secara proporsional P untuk mengatur aliran air pengisi ke tangki. Pengkontrol akan menggunakan pengukuran laju perubahan tinggi air terhadap waktu untuk menghitung bagaimana menggerakkan katup kontrol agar menjaga tinggi air tetap sesuai nilai acuan (setpoint) Pengkontrol PID dapat digunakan untuk mengkontrol setiap variabel yang dapat diukur yang bisa dipengaruhi dengan memainkan beberapa variabel proses lainnya. Misalnya dapat digunakan untuk mengkontrol suhu, tekanan, laju aliran, komposisi komia, kecepatan, putaran dan variabel lainnya. Beberapa sistem kontrol menata pengkontrol PID dengan berurut ke bawah (cascade) atau dalam jaringan (nerwork), yaitu suatu kontrol utama (master control) mengeluarkan sinyal-sinayl yang akan digunakan oleh kontrol-kontrol dibawahnya (slave controller). Suatu pekerjaan umum adalah kontrol motor, seseorang menginginkan motor harus terkontrol putarannya, dengan pengkontrol bawahan (slave controller – bisanya untuk pengaturan frekuensi) yang langsung mengatur putaran berdasarkan masukan proporsional. Masukan ke pengkontrtol bawahan ini diberi oleh keluaran dari pengkontrol utama, yang mengkontrol berdasarkan variabel berhubungan. Menggandengkan dan mengurutkan kontrol adalah biasa terutama pada kontrol proses kimia, pemanasan, ventilasi, sistem pendingin udara dan sistem lainnya dimana banyak bagian-bagian yang bekerja.



PENGKONTROL PID

Teori Simpul PID Simpul PID menambahkan koreksi positif, menghilangkan error dari variabel proses yang bisa dikontrol (masukan/inputnya). Istilah-istilah berbeda pada industri kontrol proses; "process variable" disebut juga "process's input" atau "controller's output." Keluaran proses disebut juga "measurement" atau "controller's input." Pergerakan sedikit keatas dan sedikit kebawah ("up a bit, down a bit") dari variabel masukan proses adalah cara simpul PID secara otomais menemukan tingkat masukan yang benar bagi proses. Memutar tombol kontrol mengurangi error, mengatur masukan proses untuk menjaga keluaran terukur dari proses agar tetap sesuai acuan (setpoint). Kesalahan error diperoleh dengan mengurangi acuan (setpoint) dengan harga terukur. "PID" adalah nama bagi ketiga kalkulasi pembetulan yang merupakan jumlah keluaran (output) dari pengkontrol PID - Proportional : untuk mengatasi error mendadak, error ini dikalikan dengan harga kontanta P ("proportional"), dan ditambahkan ke nilai terkontrol yang ada. P hanya absah pada pita rentang dimana keluaran pengkontrol sebanding error dari sistem. Misalnya untuk pemanas, suatu pengkontrol dengan rentang kesebandingan 10°C dan acuan setpoint 20°C akan memiliki keluaran 100% pada 10°C, 50% pada 15°C dan 10% pada 19°C. Ketika errornya nol, keluaran pengkontrol proportional adalah nol. - Integral :

mempelajari telah terjadi, error digabungkan (ditambahkan ) diatas suatu perioda waktu, dan kemudian dikalikan dengan satu konstanta I (membuat rata-rata), dan ditambahkan ke nilai terkontrol yang ada. Suatu sistem proportional sederhana baik yang berosilasi bergerak mundur maju disekitar setpoint karena tidak ada yang menghilangkan error ketika melampaui batas, ataupun berosilasi dan/atau menstabilkan pada harga terlalu tinggi atau terlalu rendah. Dengan menambahkan sebagian dari error rata-rata (average error) ke masukan proses, maka perbedaan rata-rata antara masukan proses (process output) dengan acuan (setpoint) akan secara terus menerus terkurangi. Maka akhirnya, suatu keluaran proses simpul PID yang disetel dengan baik (well-tuned) akan berkesudahan pada setpoint. Sebagai contoh, satu sistem yang berkecenderungan ke nilai yang lebih rendah (pemanas lingkungan yang dingin), sistem proportional sederhana akan berosilasi dan



PENGKONTROL PID

menstabilkan dapa nila terlalu rendah, karena ketika dicapai error nol, P juga nol; dengan demikian menghentikan sistem hingga sistem terlalu rendah lagi. - Derivative :

untuk mengatasi yang akan datang, derivative pertama (kecondongan error) terhadap waktu dikalkulasi, dan dikalikan dengan satu kontanta D, dan juga ditambahkan ke nilai terkontrol yang ada. Hubungan derivative mengkontrol tanggapan terhadap perubahan dalam sistem. Makin besar hubungan derivative, makin besar tanggapan pengkontrol untuk merubah keluaran proses. Hubungan D (derivative)nya inilah yang menjadi alasan suatu simpul PID juga disebut pengkontrol prediktif (predictive controller). Hubungan D akan berkurang ketika berusaha memperkecil tanggapan pengkontrol. Pengkontrol praktikal untuk proses-proses yang tidak perlu cepat dapat dilakukan tanpa hubungan D (derivative).

Secara lebih tehnik, simpul (loop) PID dapat difungsikan sebagai saringan (filter) yang diapsangkan pada sistem dengan domain frekuensi yang rumit, berguna untuk mengkalkulasi apakah akan mencapai nilai stapil sesungguhnya. Jika harga-harga terpilih tidak tepat, masukan proses yang dikontrol akan berosilasi, dan keluaran proses mungkin tidak akan pernah tepat sesuai dengan setpoint. Pengkontrol PID bisa disebut pengkontrol PI atau PD ataupun P saja dengan tidak adanya aksi kontrol masing-masing. Perlu diperhatikan bahwa pengkontrol EWMA (Exponential Weighted Moving Average) adalah serupa dengan pengkontrol PI. Fungsi pemindahan (transfer) umum bagi suatu pengkontrol PID bentuk interaksi adalah:

dengan C sebagai konstana yang tergantung pada lebar pita rentang (bandwidth) dari sistem terkontrol tersebut. Secara tradisi, keluaran pengkontrol (yaitu masukan ke proses) diberikan dengan:

dimana Pcontrib, Icontrib, dan Dcontrib adalah sumbangan umpan balik dari pengkontrol PID controller, ditentukan sebagai berikut:



PENGKONTROL PID

dimana e(t) = Setpoint - Measurement(t) adalah sinyal error, dan Kp, Ki, Kd adalah konstanta yang digunakan untuk menyetel simpul kontrol PID: − Kp: Proportional Gain – Makin besar Kp berarti makin cepat reaksi karena error makin besar, makin besar umpan balik untuk mengimbangi. − Ki: Integral Gain - Makin besar Ki berarti error yang stabil akan melenyapkan lebih cepat. Imbal-baliknya adalah kelebihan (overshoot) yang lebih besar; setiap error negatif yang tergabungkan selama reaksi sementara (transient) harus diimbangi dengan error positif sebelum mencapai keadaan stabil. − Kd: Derivative Gain - Makin besar Larger Kd akan menurunkan kelebihan (overshoot), tetapi memperlambat reaksi sementara (transient response). Biasanya pengkontrol dilaksanakan dengan Kp gain yang diterapkan ke hubungan Icontrib, dan Dcontrib sesuai bentuk berikut:

Dimana diatas.

dan

berhubungan dengan konstanta yang ditetapkan

Kebanyakan metoda penyetelan standard, seperti Ziegler-Nichols dan lainna, didasarkan pada bentuk ini, karena mengurangi interaksi. Pada bentuk ini, Kip dan Kdp gain bertalian hanya dengan dinamika proses, dan Kp bertalian dengan perolehan proses. Lebih sering seseorang berhubungan dengan jarak waktu tersendiri dari pada terus menerus, sehingga pengkontrol PID bisa diperlakukan dengan tergabung menjadi satu (recursively)



PENGKONTROL PID

Disini, hubungan pertama adalah integral, kedua proporsional, dan ketiga derevatif. Perhatikan bahwa dalam bentuk ini, Ki harus sama dengan 1, kalau tidak, pengkontrol tidak akan berkumpul ke setpoint. Integral ini sebanding, tetapi tidak identik dengan integral dalam bentuk terus-menerus. Dalam praktek, kebanyakan pengkontrol PID menggunakan 3 konstanta yang sedikit berbeda yang dapat disamakan dengan proportional, integral, and derivative gain. a. Proportional Band – selalu disingkat Pb, inilah rentang (band) dimana gain proportional beraksi. Untuk mendapatkan Kp yang lebih besar, Pb dikurangi sebagai berikut:

b. Integral Time -

selalu disingkat It, inilah waktu dimana kesalahan dirata-ratakan. Karena It memiliki dimensi waktu, sehingga hal berikut disimpulkan dengan analisa dimensional:

c. c. Derivative Time - selalu disingkat Dt, inilah waktu dimana kesalahan yang sebenarnya dievaluasi. Karena Dt memiliki dimensi waktu, sehingga hal berikut disimpulkan dengan analisa dimensional:

9.2 Tata nama Parameter (Parameter nomenclature) Parameter dari kontrol PID semula dinamai menurut pengaturan pada pengkontrol mekanikal sedemikian yang disebut proportional band, reset and rate. Harga ini didasarkan pada interaksi algoritma. Praktek modern menamainya sebagai gain, integral gain, and derivative gain karena lebih mencocokkan penggunaannya dalam pengkontrol digital. Ada beberapa pengkontrol PID bentuk berbeda. Istilah "interacting" dan "non-interacting" digunakan dengan banyak cara dan bisa membingungkan •

parallel or bentuk "non-interacting" bentuk, dimana bagian P, I dan D dari pengkontrol diberi masukan error yang sama secara parallel dan keluarannya ditambahkan bersama,



PENGKONTROL PID

yang memungkinkan pengaturan konstanta proportional, integral atau derivative yang berdiri sendiri. •

series atau bentuk "interacting", dimana keluaran setiap bagian pengkontrol digunakan sebagai masukan bagi bagian lain, sedemikian sehingga pengkontrol P, I dan D terpisah-pisah dan disambungkan bersama secara deret (series). Dengan cara inilah pengkontrol pneumatik dan elektronik analog yang lama bekerja. Bentuk ini lebih terbatas

Perhatikan bahwa bentuk pengkontrol yang paling umum dan efektif adalah bagian P yang serie, kemudian keluarannya dimasukkan ke bagian I dan P secara parallel. Campuran kedua bentuk ini menambah kebingungan tentang istilahnya. Gain dan proportional band saling berhubungan terbalik. Penyetelan pengkontrol dengan proportional band 100% berarti perubahan sinyal error 100% (setpoint – variabel proses) akan menghasilkan 100% perubahan pada keluaran, yaitu dengan gain 1.0. Suatu proportional band 20% menunjukkan bahwa perubahan error 20% menghasilkan perubahan keluaran 100%, dengan gain 5.0. Nilai reset dan rate diskalakan berdasar pada proportional band dari algoritma kontrol interaksi. Reset diukur menit untuk mengkoreksi keluaran dengan proportional band. Rate diukur dalam proportional band/minute.

9.2.1 Penyetelan/penyesuaian simpul (Loop tuning) Penyetelan (Tuning) suatu simpul kontrol adalah pengaturan parameter-parameter kontrolnya (gain/proportional band, integral gain/reset, derivative gain/rate) ke harga terbaik bagi reaksi kontrol yang diinginkan. Perilaku terbaik pada perubahan proses atau perubahan setpoint akan bervariasi tergantung pada penerapannya. Beberapa proses harus tidak mengijinkan kelebihan (overshoot) variabel proses dari setpointnya. Proses liannya harus meminimalkan enekji yang dikeluarkan untuk mencapai setpoint baru. Umumnya kestabilan reaksi diperlukan dan proses harus tidak berisolasi pada setiap kombinasi kondisi proses dan setpoint. Penyetelan simpul menjadi lebih rumit dengan waktu reaksi dari proses; bisa bermenit bahkan berjam-jam bagi perubahan setpoint untuk menghasilkan efek yang stabil. Beberapa proses memiliki suatu tingkat ketidak-linearan dan sehinga parameter-parameter yang bekerja baik pada kondisi beban penuh tidak akan bekerja ketika proses dimulai (start-up) dari tanps beban. Disini akan dijelaskan metoda manual traditional untuk penyetelan simpul. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 145


PENGKONTROL PID

Ada beberapa metoda penyetelan simpul PID. Pilihan metoda sangat tergantung pada apakah simpul dapat digunakan "offline" untuk penyetelan atau tidak, dan kecepatan reaksi dari sistem. Jika sistem bisa digunakan offline, metoda penyetelan terbaik sering melibatkan pengenaan sistem ke perubahan langkah/tindakan di input masukannya, pengukuran keluaran sebagai fungsi waktu, dan penggunaan reaksi ini untuk menentukan parameter kontrol. Jika sistem harus tetap online, satu metoda penyetelan adalah mula-mula menyetel harga I dan D ke nol. Naikkan P sampai keluaran simpul berosilasi. Kemudian naikkan I sampai osilasi berhenti. Akhirnya, naikkan D sampai simpul cocok dan cepat mencapai acuannya. Penyetelan simpul PID yang cepat biasanya melebihkan (overshoot) sedikit untuk mencapai setpoint lebih cepat; namun, beberapa sistem tidak mengijinkan overshoot. Effects of increasing parameters Parameter

Rise Time

Overshoot

Settling Time

S.S. Error

Kp

Decrease

Increase

Small Change

Decrease

Ki

Decrease

Increase

Increase

Eliminate

Kd

Small Change

Decrease

Decrease

Small Change

Metoda penyetelan lainnya yang disebut metoda Ziegler-Nichols, diperkenalkan oleh John G. Ziegler dan Nathaniel B. Nichols. Seperti metoda diatas, mula-mula gain I dan D diset ke nol. Gain P dinaikkan sampai mencapai "critical gain" Kc dimana keluaran simpul mulai berosilasi. Kc dan perioda osilasi Pc digunakan untuk menyetel gain sebagai berikut:

Ziegler-Nichols method Control Type

Kp

Ki

Kd

P

0.5·Kc

-

-

PI

0.45·Kc

1.2Kp / Pc

-

PID

0.6·Kc

2Kp / Pc

KpPc / 8

Kebanyakan fasilitas industri modern tidak menyetel simpul (loop) menggunakan metoda kalkulasi manual diatas. Sebagai gantinya, digunakan perangkat lunak (software) penyetelan PID dan optimisasi simpul untuk memastikan hasil yang sesuai. Paket software ini akan menghimpun data, membangun model proses, dan mengusulkan penyetelan terbaik. Beberapa paket softwarebahkan mampu membangun penyetelan dengan penghimpunan data dari perubahan referensi. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 146


PENGKONTROL PID

Penyetelan simpul PID matematikal menyebabkan suatu rangsangan (impulse) dalam sistem, dan kemudian menggunakan reaksi frekuensi sistem terkontrol untuk merancang nilai simpul PID. Pada simpul-simpul dengan waktu reaksi beberapa menit, disarankan penyetelan simpul PID matematikal, karena dengan mencoba-coba (trial and error) bisa benar-benar perlu berharihari untuk mendapatkan setelan harga simpul yang stabil. Harga terbaik sangat sulit diperoleh, belum lagi besarnya biaya yang dihabiskan. Software komersil tersedia dari beberapa sumber. Beberapa pengkontrol simpul digital menawarkan keistimewaan penyetelan sendiri dimana perubahan setpoint yang sangat kecil pun dikirim ke proses, memungkinkan pengkotrol itu sendiri untuk menghitung harga penyetelan terbaik. Rumusan-rumusan lain tersedia untuk menyetel simpul sesuai kriteria unjuk kerja yang beda.

9.2.2 Keterbatasan (Limitations) Algoritma pengkontrol PID itu sendiri memiliki beberapa keterbatasan. Dalam prakteknya kebanyakan masalah (problem) muncul dari instrumentasi yang dihubungkan ke pengkontrol. Satu masalah umum adalah "integral windup". Ini bisa sangat lama bagi harga keluaran untuk melandai (ramp up) ke harga yang diperlukan ketika simpul pertama kali distart-up. Kadangkadang simpul harus diberi beban awal (preloaded) dengan keluaran start. Pilihan lain adalah dengan melumpuhkan (disable) fungsi integral sampai variabel terukur telah memasuki proportional band. Beberapa simpul PID mengkontrol katup atau peralatan mekanis yang serupa. Keausan katup dan peralatan menjadi masalah pemeliharaan yang penting. Dalam hal ini, simpul PID sebaiknya memiliki pita batas ("deadband") untuk mengurangi kesering-aktifannya peralatan mekanis. Ini dimungkinkan dengan merancang pengkontrol agar tidak terpengaruh oleh perubahan yang kecil (dalam rentang pita batas tertentu). Keluaran yang dikalkulasi harus membiarkan pita batas sebelum keluaran sebenarnya akan berubah. Kemudian, pita batas baru dibuat sekitar harga keluaran yang baru Masalah lain dengan hubungan differensial yaitu gangguan kecil dapat menyebabkan perubahan keluaran. Akan membantu dengan menyaring pengukuran, dengan harga rata-rata atau saringan low-pass. Tetapi, penyaringan low-pass dan kontrol derivative akan saling meniadakan, maka mengurangi gangguan dengan alat instrumentasi menjadi pilihan yang lebih baik. Pilihan sebaiknya, rentang differensial kebanyakan sistem bisa dimatikan walaupum dengan sedikit kerugian kontrol. Hal ini seperti menggunakan pengkontrol PID sebagai pengkontrol PI. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 147


PENGKONTROL PID

Hubungan proporsional dan differensial juga mengakibatkan hasil yang tidak diinginkan pada sistem yang dihubungkan ke masukan berubah seketika (misalnya ketika komputer mengubah setpoint). Untuk menghindari hal ini, beberapa algoritma PID menggabungkanberbagai pola: − derivative of output; banyak sistem PID industrial sebenarnya mengukur beda harga keluaran yang selalu kontinyu (bukan fungsi digital), dan biasanya bergerak kearah yang sama seperti error. − setpoint weighting; setpoint weighting menggunakan beberapa setpoint. Errors dari kedua setpoint gabungkan untuk mengurangi gangguan. Beberapa pola secara perlahanlahan mengurangi proporsi error dari setpoint lama, dan menaikkan proporsi error dari setpoint baru. Pola lain memiliki setpoint banyak (multiple setpoints) yang dikontrol oleh pengkontrol luar yang berbeda. Error dalam hubungan integral harus menjadi error kontrol sebenarnya untuk menghindari error kontrol yang mantap (steady-state). Parameter yang mantap ini tidak mempengaruhi tanggapan (response) terhadap gangguan beban dan pengukuran. Implementasi digital dari suatu algoritma PID ada batasannya karena laju pengambilan data, dan batas kalkulasi internal dan ketelitian. Misalnya, sistem PLC yang lama hanya menggunakan 12 atau 16 bit untuk merepresentasikan variabel internal. Tambahan lagi, beberapa implementasi software tidak dengan benar menangani kelebihan dalam (internal overflow) dan harga ekstrim atau membatasi harga parameter gain yang bisa diatur. Masalah lain yang dihadapi dengan pengkontrol PID adalah kelinearannya, sehingga kinerjanya pada sistem yang tidak linear menjadi bervariasi. Lebih sering pengkontrol PID dipertinggi melalui metoda lokiga pengaturan atau fuzzy.

9.2.3 Implementasi Suatu simpul PID dapat diimplementasikan dengan sistem fisikal apa saja yang bisa menghasilkan perilaku rasiometrik dan integrasi. Software simpul PID adalah yang paling stabil karena tidak mengalami jenuh/lelah, dan murah. Fungsi pengkontrol PID adalah ciri-ciri umum PLC yang digunakan banyak pabrik. Pengkontrol PID dapat juga dibeli untuk penggunaan industri sebagai pengkontrol yang terpasang pada panel; biasanya untuk satu atau dua rangkaian kontrol dan hanya digunakan untuk sistem kecil yang berdiri sendiri yang tidak memerlukan kontrol komputer atau PLC.



PENGKONTROL PID

Pada masa lalu kontrol proses otomatis, pengkontrol PID diimplementasikan dengan peralatan mekanisma yang digerakkan dengan udara bertekanan. Sistem mekanikal bisa menggunakan tuas, pegas dan pemberat. Pengkontrol numatik telah digangikan dengan pengkontrol elektronik digital. Pengkontrol analog elektronik sekarang sangat murah dan dapat dibuat dari penguat keadaan padat atau tabung, kapasitor dan tahanan. Simpul kontrol PID analog elektronik lebih banyak dibuat dalam sistem elektronik yang rumit, misalnya posisi kepala penggerak cakram, pengendali catu daya, bahkan rangkaian pendeteksi gerakan seismometer modern. Dewasa ini, pengkontrol elektronik analog telah digantikan dengan pengkontrol digital yang diimplementasikan dalam microcontroller atau FPGA.

9.3 Kontrol Proses Praktikal (Practical Process Control) PID kepanjangan dari Proportional, Integral, Derivative. Pengkontrol dirancang untuk melenyapkan perlunya perhatian terus menerus dari operator. Kontrol jelajah pada kendaraan dan termostat rumah adalah contoh yang umum bagaimana pengkontrol digunakan agar secara otomatis mengatur beberapa variabel untuk mempertahankan pengukuran (variabel proses) sesuai set-point. Set-point adalah dimana atau berapa harga pengukuran yang diinginkan. Error didefinisikan sebagaiperbedaan antara set-point dan pengukuran (error = set-point measurement).



PENGKONTROL PID

Variabel yang diatur disebut variabel dimainkan (manipulated variable) yang biasanya sama dengan keluaran pengkontrol. Keluaran pengkontrol PID akan merubah tanggapan (response) terhadap perubahan pengukuran atau set-point. Pabrik-pabrik pembuat pengkontrol PID menggunakan nama-nama yang berbeda untuk mencirikan (identify) ketiga mode tersebut. Persamaan berikut menunjukkan hubungannya. P = Proportional Band = 100/gain

(gain = perolehan)

I

= 1/reset

(satuan waktu)

= rate

(satuan waktu)

= Integral

D = Derivative

= pre-act

Tergantung pada pabrik pembuat, aksi integral atau reset disetel dalam waktu/ulangan (time/repeat) atau ulangan/waktu (repeat/time). Perhatikan bahwa pabrik pembuat tidak konsisten dan sering menggunakan reset dalam satuan waktu/ulangan atau integral dalam satuan ulangan/waktu. Derivative dan rate adalah sama. Pemilihan harga yang cocok untuk P, I, dan D disebut penyetelan PID (PID Tuning).

9.3.1

Pita rentang Proportional (Proportional Band)

Dengan pita rentang proportional, keluaran pengkontrol adalah sebanding dengan error atau perubahan pengukuran (tergantung pafa pengkontrol). (controller output) = (error)*100/(proportional band) Dengan suatu pengkontrol proportional akan ada offset (penyimpangan dari set-point). Menaikkan gain (perolehan) akan menyebabkan simpul (loop) berjalan tidak stabil. Aksi integral dimasukkan dalam pengkontrol untuk menghilangkan offset ini.

9.3.2 Integral Dengan aksi integral, keluaran pengkontrol adalah sebanding dengan jumlah waktu adanya error; aksi integral menghilangkan offset. CONTROLLER OUTPUT = (1/INTEGRAL) (Integral of) e(t) d(t)



PENGKONTROL PID

Perhatikan bahwa offset ((penyimpangan dari set-point) pada grafik tanggapan waktu menjadi hilang; aksi integral telah menghilangkannya. Tanggapan (reponse) agak berosilasi dan dapat distabilkan dengan menambahkan aksi derivative. (Graphic courtesy of ExperTune Loop Simulator) Aksi integral memberi pengkontrol perolehan besar (large gain) dengan frekuensi rendah yang menyebabkan hilangnya offset dan mengenyahkan (beating down) gangguan beban. Fasa pengkontrol bermula pada – 90O dan menaik ke 0O pada perubahan frekuensi. Ketinggalan/kelambatan fasa (phase lag) tambahan ini adalah penghentian karena penambahan aksi integral. Aksi derivative menambah kelebih-duluanan fasa (phase lead) yang digunakan untuk mengimbangi ketinggalan (lag) yang dihasilkan aksi integral.

9.3.3 Derivative Dengan aksi derivative, keluaran pengkontrol adalah sebanding dengan laju perubahan pengukuran atau error. Keluaran pengkontrol diperhitungkan dengan laju perubahan terhadap waktu. dm CONTROLLER OUTPUT = DERIVATIVE ---dt dimana m adalah pengukuran pada waktu t. Beberapa pabrik pembuat menggunakan istilah rate atau pre-act sebagai pengganti derivative. Derivative, rate, dan pre-act adalah hal yang sama.



PENGKONTROL PID

DERIVATIVE = RATE = PRE ACT Aksi derivative dapat mengimbangi perubahan pengukuran; sehingga derivative beraksi untuk mencegah perubahan pengukuran yang lebih cepat dari pada aksi proporsional. Bila terjadi perubahan beban atau set-point, aksi derivative akan menyebabkan perolehan (gain) pengkontrol bergerak kearah yang salah ketika pengukuran mendekati set-point. Derivative sering digunakan untuk menghindari aksi berlebih (overshoot). Aksi derivative dapat menstabilkan simpul karena menambahkan fasa lebih duluan (phase lead). Umumnya, dengan menggunakan aksi derivative, akan dapat digunakan pengkontrol gain dan reset yang lebih besar. Dengan pengkontrol PID, rasio amplitudo menjadi menukik ("dip") dekat pusat tanggapan frekuensi. Aksi integral memberi pengkontrol perolehan (gain) yang tinggi dengan frekuensi rendah, dan derivative menyebabkan gain mulai menaik setelah menukik. Pada frekuensi yang lebih tinggi, filter pada aksi derivative akan membatasi aksi derivative. Pada frekuensi yang sangat tinggi (diatas 314 radians/time; the Nyquist frequency), fasa pengkontrol dan rasio amplitudo akan naik turun sangat sedikit karena discrete sampling. Jika pengkontrol tidak berfilter, rasio amplitudo akan terus naik pada frekuensi tinggi hingga frekuensi Nyquist (1/2 frekuensi sampling). Fasa pengkontrol kini memiliki tonjolan (hump) karena aksi mendahului derivative dan penyaringan (filtering). (Graphic courtesy of ExperTune Loop Simulator.) Tanggapan wartu menjadi kurang berosilasi dibanding pengkontrol PI saja. Aksi derivative telah membantu menstabilkan simpul kontrol.

9.3.4 Penyetelan Simpul Kontrol (Control Loop Tuning) Perlu diketahui bahwa memahami proses adalah dasar untuk mendapatkan simpul kontrol yang terancang dengan baik. Sensor-sensor harus pada lokasi yang tepat dan katup-katup dengan ukuran dan posisi yang benar. Pada umumnya, untuk kontrol simpul yang terbaik, gain (perolehan) pengkontrol dinamis harus setinggi mungkin tanpa menyebabkan ketidak-stabilan simpul. Pemilihan gain pengkontrol dikerjakan dengan mudah melalui perangkat lunak penyetelan PID (PID Tuning Software).



PENGKONTROL PID

9.4 Kontrol PID (PID control) Kontrol PID (proportional, integral, derivative) tidaklah serumit yang dibayangkan, banyak persoalan kontrol yang bisa diselesaikan dengan pengkontrol sederhana, tanpa menggunakan teori kontrol matematika yang sulit. Tehnik yang digunakan untuk menyetel pengkontrol adalah mencoba dan mencocokkan metoda yang dapat diterapkan pada hampir seluruh persoalan kontrol dengan sukses. Pengkontrol PID dapat diterapkan dengan peralatan mekanis, numatik dan elektronik. Pengkontrol PID digital menggunakan mikroprosesor dan pengkodean. Setiap elemen PID merupakan elemen dasar dengan fungsi dan efek masing-masing pada sistem. Ketiga elemen PID dijalankan oleh kombinasi perintah-perintah sistem dan umpan-balik dari obyek yang dikontrol (biasa disebut "plant"). Untuk menghasilkan keluaran sistem. Gambar berikut ini menunjukkan diagram blok suatu pengkontrol PID dasar, yang elemen derivative-nya dijalankan hanya dari umpan balik plant. Umpan balik plant ini dibandingkan dengan perintah (command) untuk mendapatkan error. Sinyal error ini menjalankan elemen proportional dan integral. Sinyal yang dihasilkan dijumlahkan bersama untuk menjalankan plant. Dibuatkan penyambungan pengganti bagi elemen proportional (garis putus-putus); bisa menjadi lebih baik, tergantung keinginan bagaimana sistem menganggapi perintah.

Agar lebih memahami, diperlukan beberapa contoh sistem penerapannya, dan melihat efek penggunaan bermacam-macam pengkontrol padanya: • A motor driving a gear train • A precision positioning system • A thermal system Setiap sistem ini memiliki karakteristik yang berbeda dan memerlukan strategi kontrol yang berbeda untuk mendapatkan kinerja terbaik. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 153

9.4.1


PENGKONTROL PID

Motor dan gear

Motor menggerakkan sistem roda gigi, posisi akhir roda gigi diukur dengan potensiometer ataupun alat pembaca posisi lainnya. Terlihat, mekanisma ini menggerakkan printer, atau mekanisma trotel (throttle) pada sistem kontrol otomobil, atau hampit pada setiap pengkontrol posisi presisi umumnya. Gambar berikut menunjukkan diagram sisitem seperti itu. Motor dijalankan dengan tegangan yang dikendalikan oleh software. Putaran motor diturunkan untuk menggerakkan mekanisma sebenarnya. Posisi akhir yang digerakkan diukur dengan potensiometer.

Motor DC yang dijalankan dengan tegangan akan berputar tetap yang sebanding dengan tegangan yang ada. Biasanya armature motor memiliki tahanan yang membatasi kemampuan untuk dipercepat, sehingga motor mengalami penundaan (delay) antara perubahan tegangan masuk dengan peraubahan putaran yang dihasilkan. Rentetan gigi (gear train) memanfaatkan putaran motor dan mengalikannya dengan suatu konstanta. Akhirnya, potensiometer mengukur posisi poros keluaran. Gambar dibawah ini menunjukkan tahapan tanggapan kombinasi gigi-gigi dan motor, dengan konstanta waktu t0 = 0.2 s. Tanggapan tindakan (step response) sistem adalah merupakan perilaku keluaran dalam menanggapi suatu masukan yang bergerak mulai dari nol hingga beberapa harga konstanta pada waktu t = 0. Karena berhubungan dengan contoh generik, disini ditunjukkan tanggapan tindakan sebagai pecahan (fraction) dari sekala penuh, sehingga menjadi satu. Gambar menunjukkan masukan langkah dan tanggapan motor. Tanggapan motor mulai keluar pelan sesuai dengan kontanta waktu, tetapi sekali tanggapan keluar dari caranya, posisi motor akan melandai dengan kecepatan tetap.



PENGKONTROL PID

9.4.2 Aktuator presisi (Precision actuator) Kadang-kadang perlu juga mengkontrol posisi sesuatu dengan sangat presisi. Sistem pemosisian yang teliti bisa dibuat dengan menggunakan suatu tingkatan mekanikal yang bergerak bebas, suatu kumparan pengeras suara (susunan kumparan dan magnet) dan transduser posisi tanpa kontak. Mungkin akan terlihat mekanisma jenis ini menstabilkan suatu elemen sistem optikal, atau melokasikan beberapa bagian peralatan atau sensor. Gambar berikut menunjukkan sistem seperti itu. Software mengendalikan arus dalam kumparan untuk membuat medan magnet yang menimbulkan gaya pada magnet. Magnet dicantelkan pelat (stage) yang bergerak dengan percepatanyang sebanding dengan arus ke kumparan. Akhirnya, posisi pelat dipantau dengan transduser posisi tanpa sentuh.

Dengan susunan ini, gaya pada magnet terbebas dari gerakan pelat . untungnya lagi, hal ini mengisolasi pelat dari efek luar. Ruginya, sistem ini menjadi sangat licin (mudah tergelincir/bergerak), dan menjadi tantangan untuk kontrol. Tambahan lagi, kebutuhan elektrikal



PENGKONTROL PID

untuk membuat penguat keluaran arus yang baik dan pengantara (interface) transduser posisi tanpa sentuh akan jadi tantangan. Persamaan gerak untuk sistem ini adalah sederhana. Gaya pada pelat (stage) hanya tergantung pada perintah penggerak saja, sehingga percepatan sistem benar-benar sebanding dengan penggerak. Tanggapan tindakan dari sistem itu sendiri adalah parabola, seperti terlihat pada gambar dibawah. Hal ini membuat persoalan kontrol menjadi lebih menantang lagi karena kelembaman dengan mana pelat stage mulai bergerak, dan kegairahannya untuk tetap bergerak sekali ia mulai jalan.

9.4.3 Kontrol Temperature (Temperature control) Gambar dibawah menunjukkan diagram suatu sistem pemanas. bejana dipanaskan dengan pemanas listrik, dan suhu (temperature) cairan isinya diukur dengan peralatan sensor suhu/temperatur.



PENGKONTROL PID

Sistem termal cendrung mengalami tanggapan yang rumit, namun dicoba untuk mengesampingkan kerinciannya dan memberikan model yang lebih mendekati. Jika tidak kebutuhan pelaksanaan akan sangat sulit, sebenarnya tidaklah diperlukan model yang sangat teliti dan akurat. Gambar berikut menunjukkan tanggapan tindakan dari sistem terhadap perubahan Vd, dengan konstanta waktu t1 = 0.1s and t2 = 0.3s. Tanggapannya cendrung untuk menempati satu suhu tetap untuk penggerak yang ada, tetapi bisa memerlukan banyak waktu untuk seperti ini. Juga, tanpa banyak isolasi, sistem termal cendrung menjadi sangat sesitif terhadap pengaruh dari luar pengaruh ini tidak ditunjukkan dalam gambar).

9.5 Penyetelan (Tuning) Hal yang menggembirakan tentang penyetelan suatu pengkontrol PID adalah bahwa tidak diharuskan untuk mengerti dengan baik teori kontrol yang formal untuk melakukannya secara umum. Kebanyakan penerapan pengkontrol simpul tertutup (closed-loop controller) bekerja dengan sangat baik walaupun hanya disetel secara biasa/normal. Jika dapat, sambungkan sistemke beberapa peralatan uji, atau tuliskan kedalam beberapa kode debug agar memungkinkan untuk memperhatikan variabel yang cocok. Bila sistemnya cukup lambat, dapat menyambungkan variabel yang cocok ke seriel port dan menggrafikkannya ke lembar kerja; jika ingin bisa memperhatikan keluaran penggerak dan keluaran plant. Tambahan lagi, agar ingin mampu menerapkan beberapa jenis sinyal gelombang (square-wave signal) ke masukan perintah sistem. Cukup mudah menuliskan kode uji yang akan membuat perintah uji yang cocok. Jika penyetelan sudah siap, set semua gain ke nol.



PENGKONTROL PID

Jika menganggap tidak memerlukan kontrol differensial (seperti contoh motor dan gear atau sistem termal) kemudian melangkah ke bagian yang mendiskusikan penyetelan gain proprsional. Jika dianggap perlu, mulai lagi dengan penyetelan gain differensial. Cara pengkontrol dikodekan tidak bisa menggunakan kontrol differensial sendiri saja. Setel gain proporsional ke harga rendah (kurang dari satu). Cek untuk melihat bagaimana sistem bekerja. Jika berosilasi dengan gain proporsional, maka harus bisa menghilangkannya dengan gain differensial. Mulai dengan gain differensial yang 100 kali dari gain proporsional. Perhatikan sinyal penggerak. Sekarang mulai naikkan gain differensial sampai terlihat osilasi, riak berlebihan (excessive noise) atau excessive overshoot (lebih dari 50%) pada keluaran penggerak atau plant. Perhatikan bahwa osilasi dari gain differensial yang terlalu besar adalah jauh lebih cepat dari pada osilasi dari gain yang kurang. Sebaiknya naikkan gain hingga sistem mencapai ambang osilasi, kemudian kembalikan gain dengan faktor dua atau empat. Yakinkan bahwa sinyal penggerak masih terlihat baik. Pada keadaan ini, sistem mungkin akan menaggapi dengan lambat sekali, maka inilah saatnya untuk menyetel gain proporsional dan gain integral. Jika belum diset, set gain proporsional ke harga awal antara 1 dan 100. Sistem mungkin akan terlihat sangat lambat atau akan berosilasi. Jika terlihat berosilasi, turunkan gain proporsional dengan faktor 8 atau 10 hingga osilasi berhenti. Jika tidak terlihat berosilasi, naikkan gain proporsional dengan faktor 8 atau 10 hingga terlihat mulai berosilasi atau berlebihan (excessive overshoot). Sebagaimana dengan pengkontrol differensial, biasanya penyetelan dinaikkan sampai overshootnya terlalu banyak, kemudian turunkan gain dengan faktor dua atau empat. Bila sudah mendekati baik, lakukan penyetelan halus (fine tune) pada gain proporsional dengan faktor dua sampai benar-benar baik. Jika sudah tercapai gain proporsional yang baik, mulailah naikkan gain integral, mulailah dengan harga dari 0.0001 hingga 0.01. Hal ini, untuk mendapatkan rentang gain integral yang akan menghasilkan performa cepat yang diinginkan tanpa oevershoot terlalu banyak dan tanpa terlalu mudah berosilasi.



PL C

10. Hubungan antara PLC dan HMI/MMI

Gambar berikut adalah ilustrasi hubungan antara PLC dan HMI/MMI ….

Situasi di lapangan (field) yang biasanya di gambarkan di P&ID, ada beberapa alat instrumentasi (PIT=Pressure Indicator Transmitter, LIT=Level Indicator Transmitter, dll) yang di pakai disini.

Alat-alat instrumentasi di field ini dihubungkan ke PLC melewati terminal block (bisa saja langsung, tapi pada umumnya lewat sini dulu terkait dengan fabrikasi panel yang pada umumnya ditempat terpisah dan safety karena beberapa terminal block dilengkapi dengan fuse untuk menghindari short circuit yang bisa merusak modul I/O atau transmitter). Alat-alat ini di kelompokkan dalam kategori yang sama (AI analog input, AO analog output, DI digital input, DO digital output). Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 159


PL C

Disini PLC yang sudah di isi dengan program sesuai dengan FDS (Functional Design Spesification), akan melakukan fungsi logic dan pengontrolannya. Melihat kondisi input, lalu megeksekusi programnya dan hasilnya akan di keluarkan ke output. Apabila kita ingin melihat plant/system dari sebuah interface seperti komputer maka kita bisa memasukkan program HMI/MMI. Pada program ini kita bisa menggambar plant yang terdapat di diagram P&I atau bahkan menggambar sesuai dengan kondisi yang sebenarnya, bisa masukkan gambar 2D, 3D bahkan photo aktualnya. Kita bisa menarik kabel komunikasi dari PLC ke Komputer, dan protokol untuk masing2 PLC berbeda-beda, tapi untuk sekarang ini mereka sudah mendukung komunikasi TCP/IP (Ethernet). jadi data yang dikirim dan diterima jadi lebih cepat. Selain itu tidak hanya untuk memonitor, tetapi bisa untuk fungsi yang lain. Contoh: 1. Sistem yang memakai PLC Modicon Quantum dengan Protocol Modbus TCP/IP. Apabila kita ingin mengkoneksi ke Wonderware kita bisa pakai IO Server Modbus TCP/IP (mbenet). 2. Sistem yang memakai PLC S7-300 atau S7-400 dengan Protocol TCP/IP, untuk koneksi ke wonderwarenya bisa kita pakai DASSIDirect, dan bisa saja dengan konfigurasi lainnya, misal kita pakai 3rd party OPC Server/Client.



AKTUATOR

11. AKTUATOR Aktuator adalah peralatan yang mengkonversi sinyal elektrik menjadi gerak mekanik. Bentuk umum dari aktuator, antara lain : relays, solenoid, dan motors.

11.1 Relays Relay adalah peralatan yang dioperasikan secara elektrik yang secara mekanik akan menswitch sirkuit elektrik. Relay adalah bagian yang penting dalam sistem kontrol, karena kegunaannya dalam kendali jarak jauh, dan mengendalikan listrik tegangan tinggi dengan menggunakan listrik tegangan rendah. Ketika tegangan mengalir ke dalam elektromagnet pada sistem kontrol relay, maka magnet akan menarik lengan logam pada arah magnet, dengan demikian kontak terjadi. Relay bisa memiliki jenis NO atau NC ataupun dua-duanya.


11.2


AKTUATOR

Solenoid

11.3 Solenoid Valves Solenoid valve ini merupakan kombinasi dari dua unit fungsional dasar, yaitu: -

Solenoid dengan inti dan komponennya. Badan valve yang dimana terdapat piringan/colokan yang diposisikan untuk menghentikan/mengalirkan aliran.

Solenoid dengan inti dan komponennya. Badan valve yang dimana terdapat piringan / colokan yang diposisikan untuk menghentikan / mengalirkan aliran. Aliran dapat mengalir tergantung dari gerakan dari inti dan tergantung dari apakah solenoid dialiri arus atau tidak. Jika dialiri arus, maka kumparan akan mendorong inti untuk membuka saluran (valve), dan pada saat tidak dialiri arus, saluran akan dalam keadaan tertutup.



AKTUATOR

Solenoid valve digunakan untuk mengendalikan hidrolik, pneumatik, dan aliran air. Solenoid valve ini cocok untuk digunakan untuk aliran dalam satu arah saja, dengan tekanan yang diberikan pada bagian atas dari piringan saluran.

Directional valve mengalirkan, menghentikan dan mengatur arah dari aliran. Saluran ini mengalirkan aliran dengan membuka dan menutup jalur aliran dalam posisi saluran yang telah didefinisikan



AKTUATOR

11.4 Motors 11.4.1 Stepper Motors o Stepper Motor mengkonversikan pulsa elektrik yang diberikan padanya menjadi gerakan diskrit rotor yang disebut step. o Satu putaran motor membutuhkan 360 pulsa. o Microstep motor membutuhkan ribuan step untuk satu revolusi. o Stepper motor terdiri dari stator elektromagnet dan rotor magnet permanen. o Arah dari putaran stepper motor juga dapat ditentukan. o Jumlah langkah per revolusi ditentukan dari jumlah pasangan kutub pada rotor dan stator.



AKTUATOR

Terdapat tiga tipe stepper motor, yaitu: a. Permanent Magnet Motors. Konstruksi ini akan menghasilkan sudut langkah yang besar. Tipe ini cocok untuk diterapkan dalam peralatan komputer. b. Variable Reluctant Motors. Tipe ini tidak memiliki magnet permanen, sehingga dibutuhkan proses pengendalian tersendiri. Tipe ini biasanya dipergunakan dalam aplikasi berskala kecil, misalnya meja mikroposisi. c. Hybrid Motors. Tipe ini menggabungkan kedua tipe di atas. Tipe ini banyak sekali digunakan di industri. Rotor terdiri dari dua keping kutub dengan tiga gigi diatasnya. Diantara kutub terletak magnet permanen yang bermagnet sepanjang aksis dari rotor, dan membuat membuat satu ujung merupakankutub utara dan ujung lainnya kutub selatan. Gigi, terpasang pada kutub utara ataupun selatan. Stator terdiri dari empat gigi yang memutar sepanjang rotor. Kumparan dililitkan pada gigi stator dan terhubung bersama secara pasangan.

11.4.2 Brushless DC Motor DC Brushless Motor adalah motor yang tidak memiliki "brush" ataupun mekanisme komutasi. Brushless DC Motor dipergunakan dalam servo dan sistem robotik. Motor ini memiliki tingkat efisiensi tinggi, panjang umur, suara kecil, dan mengkonsumsi energi yang kecil. Motor ini bukan stepper motor. Berbagi dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan 165


AKTUATOR

Motor ini memiliki putaran kontiniu yang lancar, seperti motor magnet dc permanen.


82286380-Kontrol-Instrumen

Recommend Documents