Upload
others
View
24
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 121 -
RANCANG BANGUNG SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALI (SIK) PADA PEREKAYASAAN PENCITRAAN PETI KEMAS
Dian F Atmoko, Alvano Y, A Indarzah, dan Haerul H
PRPN BATAN, Kawasan PUSPIPTEK, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK. RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALI (SIK) PADA
PEREKAYASAAN PENCITRAAN PETI KEMAS. Dalam transportasi perdangangan digunakan kontainer sebagai media pengangkut barang dalam skala besar. Untuk menjamin keamanan, keselamatan serta tidak terjadi penyalahgunaan, maka dilakukan verifikasi dan validasi terhadap muatan kontainer tersebut baik secara manual maupun otomatis. Secara manual berarti dilakukan secara langsung dengan membukan tutup kontainer kemudian memeriksa isinya. Secara otomatis artinya memeriksa isi kontainer dengan tanpa membuka tutupnya, tetapi menggunakan media pemindai yang terdiri dari pemancar dan penerima. Sistem pemindai kontainer yang ada saat ini menggunakan pemancar sinar x dan sinar gamma sebagai pemancarnya, dan sebagai penerima digunakan detektor. Saat ini telah dilakukan rekayasa teknis untuk menciptakan produk sejenis dalam skala kecil, dengan menggunakan teknik serapan sinar gamma. Untuk melindungi operator dari paparan radiasi dalam mengorasikan perangkat tersebut maka dibuat sistem kendali dari jarak jauh menggunakan TCP/IP protocol terintegrasi pada PLC. Sistem kendali ini dapat mengatur arah dan gerak motor konveyor, mengatur proses buka/tutup kolimator sumber radioaktif serta mengendalikan kamera monitor. Dari hasil uji diperoleh sistem kendali ini dapat dioperasikan sesuai dengan fungsinya melalui jaringan lokal. Kata kunci: sistem kendali, PLC, TCP/IP protokol ABSTRACT
DESIGN MANUFACTUR OF INSTRUMENTATION AND CONTROL SYSTEM (I&C) FOR
IMAGING OF CONTAINER. Container is used in trade transportation to bring things in big
scale. To guarantee the safety and secure and also avoid the illegality , the verification and
validation to its content manually and automatically will be done. Manually means open the lid of
container directly then check the content. Automatically means check the content without open the
lid but uses the scanning media which consist of transmitter and receiver . Recently container
scanning system uses x-ray and gamma ray as the transmitter and the receiver as detector. Now
days have done the engineering to create the similar product in small scale by use the technical
absorb of gamma ray. To protect operator from radiation exposure within the device is made
control system remotely using TCP / IP protocol which is integrated in the PLC. This control
system can adjust the direction and motion of the conveyor motors, set the open / close collimator
radioactive sources as well as control the camera monitor. From the test results obtained the
control system can be operated in accordance with its function over a local network.
Keywords: control system, PLC, TCP/IP protocol
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 122 -
1. PENDAHULUAN
Dalam masalah transportasi perdagangan ekspor/impor, baik menggunakan moda
darat, laut, dan udara, barang-barang muatan dikirim dari satu tempat ke tempat lain
menggunakan tempat yang disebut kontainer. Untuk mengetahui barang muatan yang
ada di dalam kontainer dapat atau untuk melaksanakan verifikasi dan validasi barang
muatan dalam kontainer, dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu secara manual dan
otomatis. Khususnya untuk sesuatu hal dalam kondisi tertutup serta berhubungan dengan
masalah waktu diperlukan suatu alat untuk mendeteksi isi barang muatan. Verifikasi dan
validasi secara manual dilakukan dengan cara membuka peti kemas dan memeriksa
isinya satu persatu dan disesuaikan dengan faktur eksport/import. Metode konvensional
ini tidak efektif karena menyita waktu dan tenaga, sehingga tidak cocok digunakan di
pelabuhan-pelabuhan besar dengan peti kemas yang berjumlah ratusan dan bahkan
ribuan, sehingga diperlukan sistem portal monitor otomatis. Barang muatan itu sendiri
dapat berupa bahan pangan, bahan elektronik, barang berbahaya (limbah atau B3) serta
dapat juga bahan nuklir.
Sejak tahun 2010, PRPN - BATAN mulai melakukan rancang bangun dan
mendesain prototipe instalasi portal monitor dengan teknik serapan sinar gamma yang
berfungsi untuk memindai kontainer dan peti kemas. Tujuan kegiatan ini adalah
mewujudkan kemandirian dan daya saing perekayasaan sistem pencitraan peti kemas
dimensi dua dengan teknik serapan sinar gamma serta penguasaan teknologinya.
Gambar 1. Desain portal monitor peti kemas[1]
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 123 -
Prototipe portal monitor peti kemas terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu :
(1) Sumber sinar gamma dan kolimator, (2) Detektor NaI(Tl), (3) Sistem mekanik yang
terdiri dari dummy, konveyor, dan support, (4) Sistem data akuisisi, dan (5) Sistem kendali
konveyor. Sedangkan komponen-komponen yang lain, antara lain; (1) sumber sinar
gamma adalah Co-60 dengan intensitas 10 Curie yang ditempatkan pada kolimator, (2)
sebuah detektor camera gamma diletakkan lurus sejajar dengan sumber detektor ini
merupakan detektor NaI(Tl), (3) perangkat akuisisi data ADC, perangkat aktuasi DAC,
komputer pemroses data, dan plan tempat melakukan pemindaian.
Dalam makalah ini akan membahas tentang sistem instrumentasi dan kendali
(SIK) pada prototipe pecitraan peti kemas (portal monitor). SIK ini berfungsi untuk
mengendalikan laju dan arah konveyor, proses buka/tutup koloimator sumber radioaktif,
dan kendali kamera monitor.
2. TEORI
2.1.Sistem Instrumentasi dan Kendali
Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu
atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau
dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu
proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan
kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi
sangat membantu dalam hal kelancaran operasional, keamanan (investasi, lingkungan),
ekonomi (biaya produksi), mutu produk, dll.
Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu produk sesuai
standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau di kendalikan antara lain
tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), kerapatan
(intensity), dll. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat kontrol dalam proses produksi
dinamakan sistem pengontrolan proses (process control system). Sedangkan semua
peralatan yang membentuk sistem pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi
proses (process control instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua hal tersebut
berhubungan erat, namun keduanya sangat berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin
ilmu Process Control Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat
instrumentasi, sedangkan disiplin ilmu Process Control System mengenai sistem kerja
suatu proses produksi.
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 124 -
Pada prinsipnya ada empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu
mengukur, membandingkan, menghitung, mengkoreksi. Pada waktu operator mengamati
ketinggian level, yang dikerjakan sebenarnya adalah mengukur process variable (besaran
parameter proses yang dikendalikan).
Ada dua sistem kontrol pada sistem kendali/kontrol otomatis yaitu : Open Loop
(Loop Terbuka), Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi
pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran tidak di umpan-
balikkan ke parameter pengendalian. Close Loop (Loop Tertutup),Suatu sistem kontrol
yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang
dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan
balik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk
memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang
diinginkan.
2.2. Programmable Logic Controller (PLC)
Pada sistem kendali otomatis dibutuhkan sebuah kontroler. Kontroler berfungsi
melakukan kalkulasi sesuai dengan algoritma yang ditanamkan ataupun diterapkan pada
kontroler tersebut. Sebagai suatu kontroler, Programmable Logic Controller (PLC) dapat
memberikan solusi yang diinginkan.
Programmable Logic Controller (PLC) merupakan salah satu anggota komputer
yang menggunakan IC ataupun peralatan elektromekanik untuk melakukan fungsinya
sebagai kontroler. PLC memungkinkan melakukan beberapa fungsi seperti penyimpanan
perintah-perintah yang digunakan untuk mengontrol, data yang telah dimanipulasi,
berkomunikasi dengan perangkat lain. PLC didefinisikan sebagai suatu perangkat
elektronik digital dengan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-
instruksi yang menjalankan fungsi-fungsi spesifik seperti: logika, sekuensial, pengaturan,
waktu (timing), pencacahan (counting), dan aritmatika, untuk mengontrol suatu mesin
atau proses industri sesuai dengan yang diinginkan. PLC mampu mengerjakan suatu
proses terus menerus sesuai variabel masukan dan memberikan keputusan sesuai
keinginan pemrograman sehingga nilai keluaran tetap terkontrol [2].
Dalam kegiatan ini digunakan Programmable Logic Control (PLC) T100MD1616+
merupakan bagian dari keluarga super PLC seri-M dari Triangle Research International
yang bermarkas di Canada. Kelebihan dari PLC ini hampir sama dengan mikrokontroler
yang dimodelkan untuk mesin pembangun OEM (Original Equipment Manufacturers),
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 125 -
yaitu sama bagusnya dalam hal otomasi. PLC T100MD1616+ memiliki: 16 digital input, 16
digital output, 5 analog input/output yang sudah ada di dalamnya. Input/output tersebut
dapat diperbanyak sampai 96 digital input dan 96 digital output dengan cara
menambahkan EXP1616R atau EXP4040. Hal ini dirancang untuk sistem yang
membutuhkan banyak konektivitas sehingga biaya produksi maupun operasi bisa
diminimalkan sedikit mungkin.
PLC T100MD1616+ dilengkapi dengan komunikasi Ethernet, serta mendukung
komunikasi dengan menggunakan protokol Modbus RTU, Omron C20H, Modbus ASCII,
maupun Host link command (Tri, 2006a). Untuk mempermudah penggunaan serta
aplikasi dari perkembangan teknologi yang semakin maju, PLC T100MD1616+ dilengkapi
dengan software client/server dari Trilogi, dan bisa terprogram serta langsung tersambung
dengan internet. Bentuk PLC T100MD1616+ ditunjukan pada gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian penyusun PLC T100MD1616+[3]
2.3. Pemrograman dengan Ladder Diagram dan Visual Basic
Dalam kegiatan ini digunakan dua jenis pemrograman, yaitu pemrograman dengan
ladder diagram dan pemrograman dengan visual basic. Pemrograman ladder diagram
merupakan pemrograman yang dibenamkan pada PLC dalam bentuk diagram alir proses
kendali. Microsoft Visual Basic (VB) merupakan sebuah bahasa pemrograman yang
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 126 -
menawarkan Integrated Development Environment (IDE) visual untuk membuat program
perangkat lunak berbasis sistem operasi Microsoft Windows dengan menggunakan model
pemrograman (COM). Visual Basic merupakan turunan bahasa pemrograman BASIC dan
menawarkan pengembangan perangkat lunak komputer berbasis grafik dengan cepat.
Pada kegiatan ini visual basic digunakan untuk membuat tampilan user interface (UI),
yang menghubungkan operator dengan perangkat keras PLC.
2.4. Jaringan komputer,
Jaringan komputer adalah sekumpulan komputer, serta perangkat-perangkat lain
pendukung komputer yang saling terhubung dalam suatu kesatuan. Media jaringan
komputer dapat melalui kabel-kabel atau tanpa kabel sehingga memungkinkan pengguna
jaringan komputer dapat saling melakukan pertukaran informasi, seperti dokumen dan
data, dapat juga melakukan pencetakan pada printer yang sama dan bersama-sama
memakai perangkat keras dan perangkat lunak yang terhubung dengan jaringan. Setiap
komputer, ataupun perangkat-perangkat yang terhubung dalam suatu jaringan disebut
dengan node. Dalam sebuah jaringan komputer dapat mempunyai dua, puluhan, ribuan
atau bahkan jutaan node. Dengan bertambahnya computer dalam jaringan naka
diperlukan protocol resmi yang mampu dikenal oleh semua perangkat pada jaringan
tersebut, salah satunya Transmission Control Protocol (TCP) atau lebih dikenal dengan
sebutan Internet Protocol (IP)[4].
3. TATAKERJA (BAHAN DAN METODE) RANCANGAN
Tahapan kegiatan rancang bangun system instrumentasi dan kendali (SIK) portal
monitor ini merupakan kegiatan lanjutan dari kegiatan yang telah dilakukan pada tahun
2010 s.d 2011, yaitu:
a. Melakukan evaluasi terhadap konsep desain dan desain dasar SIK untuk kendali arah
dan laju konveyor, kendali buka/tutup kolimator sumber radioaktif, dan kendali kamera
monitor.
b. Tahapan berikutnya membuat desail desain untuk modul-modul tersebut.
c. Kemudian dari detail desain akan dihasilkan komponen/modul yang diperlukan untuk
kebutuhan tersebut, dalam bentuk bill of quantity.
d. Setelah dilakukan proses procurement, maka tahapan berikutnya adalah melakukan
konstruksi dan instalasi modul-modul menjadi prototipe yang siap untuk diuji.
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 127 -
e. Prototipe yang telah di konstruksi dan instalasi diuji sesuai metode dan dan kriteria
keberterimaan. Dalam kegiatan ini proses evaluasi juga dilkukan apabila terjadi
ketidak sesuaian terhadap hasil uji, sehingga betul-betul mendapatkan prototipe yang
mendekati atau sama dengan criteria keberterimaan.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Rancang bangun ini terdiri dari perancangan perangkat keras modul kontrol dan
perancangan perangkat lunak. Sebagai media komunikasi digunakan port TCP/IP
sehingga PLC dapat dioperasikan dari jarak jauh. Perancangan perangkat keras terdiri
atas modul-modul yang berfungsi sebagai pengendali kerja dari motor konveyor dan
buka/tutup sumber radiasi. Sedangkan untuk perancangan perangkat lunak dilakukan
dengan menggunakan bahasa pemrograman diagram ladder yang terdapat pada
perangkat lunak Trilogi 5.3 dan Microsoft Visual Basic. Perancangan perangkat lunak ini
juga berfungsi sebagai interface sekaligus untuk mengupload program ke PLC. Dengan
perangkat lunak ini terdapat fasilitas online monitoring sehingga user memungkinkan
untuk melakukan monitoring terhadap besaran-besaran fisika yang dikontrol. Sedangkan
pengujian perangkat keras ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari modul kontrol
yang telah dibuat. Berikut uraia proses pada tiap-tiap kegiatan.
4.1. Perangkat Keras
Perangkat keras pada Sistem Instrumentasi Kendali (SIK) portal monitor terdiri dari:
a. Network Lain/Wide Area Network (WAN), WAN digunakan untuk menghubungkan
jaringan lokal yang satu dengan jaringan lokal yang lain, sehingga pengguna atau
komputer di lokasi yang satu dapat berkomunikasi dengan pengguna dan komputer di
lokasi yang lain. Pada SIK portal monitor, WAN dapat digunakan untuk pemantauan
atau kontrol jarak jauh bagi operator maupun programmer.
b. Wifi Router, berfungsi sebagai penghubung antar dua atau lebih jaringan untuk
meneruskan data dari satu jaringan ke jaringan lainnya. Pada SIK portal monitor, wifi
router digunakan untuk menghubungkan computer proses, IP camera, dan modul
control
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 128 -
c. Modul Kontrol, pada SIK portal monitor, modul kontrol berfungsi untuk mengendalikan
laju dan arah motor konveyor melalui inverter, dan mengendalikan motor penggerak
tuas kolimator yaitu membuka atau menutup.
d. Komputer, pada SIK portal monitor berfungsi untuk melakukan komunikasi antara
operator dengan perangkat keras lain.
e. Kamera monitor, pada SIK portal monitor dilengkapi dengan kamera monitor untuk
memantau keadaan yang terjadi di area tersebut. Kamera monitor dapat diakses
dengan memasukkan alamat IP dari kamera tersebut.
Blok diagram perangkat keras untuk kebutuhan SIK portal monitor ditunjukan pada
gambar 3.
Gambar 3. Perangkat Keras SIK Portal Monitor
Blok diagram perangkat keras (hardware) untuk modul kontrol SIK portal monitor
terdiri dari Modul PLC (CPU,I/O dan TCP/IP port), Modul Relay, Modul Catu daya dan
modul konektor. Blok diagram modul control SIK dapat dilihat pada gambar 4.
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 129 -
Gambar 4. Blok Diagram Modul Kontrol
4.2. Perangkat Lunak
Pembuatan perangkat lunak ini menggunakan 2 (dua) bahasa pemrograman, yaitu
pemrograman untuk PLC menggunakan ladder diagram dan pemrograman untuk
tampilan user interface, menggunakan visual basis versi 6.0. Bentuk ladder diagram
untuk SIK portal monitor yang dibenamkan pada PLC ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5. Bentuk ladder diagram SIK portal monitor [5]
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 130 -
Parameter ladder diagram terdiri atas input (in), rele (r), dan output (out). Input
berfungsi memberikan sinyal masukkan untuk mengaktifkan rele dan output plc. Rele
digunakan untuk mempertahankan kondisi masukkan maupun keluaran dalam bentuk
fungsi interlock maupun umpan balik. Output plc berfungsi memberikan sinyal keluaran
yang akan digunakan untuk mengaktuasi modul rele sesuai dengan fungsinya.
Program tampilan user interface untuk SIK portal monitor yang didisain terdiri atas
beberapa bagian, yaitu :
Tampilan untuk kamera monitor dengan dilengkapi isian untuk IP addres dari kamera
yang akan digunakan, tampilan tombol-tombol aktuasi terdiri dari tombol motor
konveyor on, motor konveyor off, motor source on, motor source off, konveyor
forward, konveyor reverse dan konveyor speed.
Tampilan indikator, terdiri atas tanda-tanda dalam bentuk blok warna yang akan
berubah warna jika salah satu tombol-tomboll aktuasi di aktifkan. Indicator ini terdiri
dari motor konveyor on, motor konveyor off, motor source on, motor source off,
konveyor forward, konveyor reverse dan konveyor speed.
Tampilan untuk koneksi ke PLC.
Bentuk diagram alir proses dan desain tampilan perangkat lunak SIK ditunjukan pada
gambar 6 dan 7.
Gambar 6. Diagram alir proses perangkat lunak SIK portal monitor
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 131 -
Gambar 7. Desain Windows Interface SIK Portal Monitor
4.3. Pengujian Modul
Pengujian dilakukan terhadap modul-modul dan integrasi antar modul (perangkat).
Dari hasil pengujian modul PLC dan modul rele, diperoleh hasil modul-modul tersebut
dapat dioperasikan sesuai dengan kriteria yang telah ditetapkan. Untuk mengetahui
apakah PLC T100MD1616+ terhubung dengan PC maka diketikan command string IR*.
Jika antara PC dan PLC T100MD1616+ terhubung dengan baik maka pada TLServer
akan memberikan respon berupa response string IR01*.
Pengujian modul yang terintegrasi dilakukan dengan cara menghubungkan
seluruh modul menjadi perangkat. Kemudian setelah semua modul terintegrasi
selanjutnya memberikan catu daya dan menjalankan program user interface untuk SIK
portal monitor. Dari hasil uji diperoleh, saat tombol-tombol di aktifkan maka modul kendali
akan memberikan respon sesuai dengan fungsinya. Misalnya motor konveyor on/ off,
kolimator terbuka atau tertutup. Masing-masing indikator akan memberikan respon sesuai
dengan aktuasi yang dilakukan. Hasil dari perangkat keras dan hasil pengujian pada
perangkat lunak SIK ditunjukkan pada gambar 8 dan 9.
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 132 -
Gambar 8. Bentuk perangkat keras SIK portal monitor setelah di konstruksi dan diuji
Gambar 9. Hasil uji tampilan dan respon perangkat lunak SIK portal monitor.
5. KESIMPULAN
Dari hasil rancangan dan pengujian dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Modul-modul perangkat keras dapat berfungsi sesuai dengan criteria yang telah
ditentukan.
2. Modul perangkat lunak user interface (UI) telah berfungsi sesuai dengan yang
direncanakan.
3. Motor dc penggerak tuas kolimator membutuhkan arus kerja yang besar, sehingga
catu daya yang digunakan diganti menjadi batere.
ProsIding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 12 November 2012
- 133 -
6. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh anggota tim yang telah turut
memberikan ide dan kemampuannya dalam menyelesaikan kegiatan ini.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. BUDIHARDJO , S., Program Manual Perekayasaan Sistem Pecitraan Peti Kemas
dengan Teknik Serapan Sinar Gamma, PRPN, Tangerang Selatan (2010). Tidak
terbit.
2. JACK HUGH, Automating Manufacturing System With PLSs, Version 4.7, (2005).
3. ANONYMOUS, T100MD+(& T100MX+) User’s Manual , Triangle Research
International, Inc, (2004).
4. ANONYMOUS, Jaringan Komputer , (2012).
Available: http://id.wikipedia.org/wiki/Jaringan_komputer, tanggal akses 8 Oktober
2012.
5. ANONYMOUS, Internet Trilogi Programmer Reference , Triangle Research
International, Inc, (2009).
TANYA JAWAB Pertanyaan
1. Dijelaskan bahwa start awal pengangkatan/penggerakan tuas kadang bisa,
kadangkala tidak. Apakah hal tersebut bisa dihitung lebih awal, besarnya
bebannya sehingga dapt dipilih instrument yang tepat sehingga tidak terkesan
trial dan error (coba-coba)? (ACHMAD SUNTORO)
Jawaban
1. Seharusnya dapat dilakukan pengukuran dan perhitungan untuk mengangkat tuas
kolimator tersebut tetapi hal tersebut belum dilakukan oleh tim mekanik