Rabu, 23 Desember 2015

Sistem Pengendalian Level Tanki air

Pendahuluan
Pada tempat-tempat penampungan air seringkali diperlukan suatu mekanisme untuk mengontrol ketinggian permukaan air. Seringkali mekanisme tersebut masih berupa cara-cara manual, semisal dengan sistem kran yang digerakkan secara manual oleh manusia dengan cara memutar atau menggerakkan keran ke atas atau ke bawah. Sehingga diperlukan suatu mekanisme pengendalian level ketinggian air secara otomatis yaitu dengan menggunakan suatu alat elektronik untuk mendeteksi ketinggian air, selanjutnya agar mekanisme ketinggian air dapat diatur sesuai dengan keinginan maka diperlukan suatu kendali yang tepat untuk dapat mengontrol buka’an valve atau katup. 
Sekarang sudah banyak diterapkan alat pengendali level air otromatis di tempat –tempat umum. Apalagi di dunia industri merupakan suatu hal yang tidak asing. Banyak metode-metode yang digunakan untuk mengetahui atau mengukur ketinggian air. Salah satu contoh adalah pengendalian level air dengan menggunakan pelampung. Pelampung terhubung dengan potensiometer, sehingga perubahan ketinggian air akan mengakibatkan perubahan nilai hambatan potensiometer. Pada alat ini sensor potensiometer tidak hanya untuk mengetahui level ketinggian air tetapi juga mengukur besarnya bukaan valve. Yang selanjutnya akan ditampilkan di monitor.
Berdasarkan analisa diatas, maka saya mengambil judul “Sistem Pengendalian Level Tanki Air”..






Pembahasan
Sistem Pengendalian Level Tanki Air
   Sistem pengendalian level ini menggunakan Direct Synthesis Tuning PID yaitu metode yang didasarkan atas penyusunan suatu formula pembangkit untuk respon sistem, lalu menemukan sebuah parameter kontroller yang kemudian diberikan ke respon sistem tersebut. Rancang bangun ini terdiri dari hardware dan software, proses dimulai dengan pengukuran dari potensiometer model pelampung sebagai sensor level tangki untuk harga proses variabel. Hasil pengukuran oAleh potensiometer mendapatkan harga tegangan dalam output range 0.1-4.9 volt. Tegangan tersebut digunakan sebagai input pengkondisian sinyal untuk mengkondisikan sifat besaran listrik dengan menggunakan rangkaian pengubah tegangan ke tegangan (V/V signal conditioning). Output V/V signal conditioning berupa tegangan yang telah dikondisikan menjadi 0-5 volt. Pengolahan akuisisi data dapat dikondisikan oleh signal conditioning menggunakan ADC, selanjutnya keluaran (output) dari ADC dapat dimasukkan kedalam multiplekser untuk disalurkan dan diolah ke mikrokontroler.
Berikut ini adalah gambar diagram blok dari pengendalian level .
 





Gambar  Diagram blok variabel proses pengendalian level



Perangkat Keras (Hardware)
   Perangkat keras  (hardware) ini dimulai dari control valve, suplai daya, sensor level, analog digital converter (ADC), pengkondisi sinyal (signal conditioning), dan Multiplekser. Berikut gambar sederhana pengendalian level.

Gambar ilustrasi pengendalian direct Synthesis Tuning PID
Sensor Level
Pada plant ini menggunakan potensio yang dihubungkan dengan pelampung sebagai sensor level. Sensor ini akan mengalami perubahan hambatan jika terjadi perubahan level, sehingga dapat merubah tegangan input. 

Pengambaran dari sensor level tersebut adalah sebagai berikut :
Gambar  Sensor level
Sedangkan potensio yang digunakan untuk sensor level itu adalah sebagai berikut :
Gambar Potensio untuk pelampung
Control valve
   Control valve terdiri dari dua bagian dasar yaitu Aktuator dan katup. Aktuator merupakan bagian yang menggerakkan valve buka atau tutup, sedangkan katup adalah bagian komponen mekanis yang menentukan laju aliran air. Dalam sistem pengendalian level ini aktuator adalah sistem ulir penggerak katup (motor) dengan ukuran 12 volt arus 0.5 Ampere, sedangkan katup adalah katup kran dengan ukuran ½ dim (inch).
Gambar Ilustrasi Control Valve


Suplai daya
   Suplai daya adalah sumber tenaga yang dibutuhkan suatu rangkaian elektronik untuk bekerja. Besar suplai daya ini tergantung oleh spesifikasi dari alat masing-masing. Pada plant pengendalian ini suplai daya yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian ADC, driver, dan V/V.
   Rangkaian ADC, driver, dan V/V membutuhkan suplai daya masing-masing sebesar +5, -5, +15, dan –15. Rangkaian dibawah ini adalah rangkaian suplai daya yang dapat menyediakan keperluan dari rangkaian diatas, masukan rangkaian ini adalah tegangan 220 volt dan menggunakan transistor 7806, 7915, dan 7815. Rangkaian ini menghasilkan keluaran +5 V, -5 V, +15 V, dan –15 V.
Gambar rangkaian suplai daya
Analog to Digital Konverter
Pengubah analog menjadi digital atau sering disebut ADC (Analog to Digital Converter) adalah alat yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi digital. Prinsip kerjanya adalah jika masukan mulai konversi dari unit kendali diberi logika 0, maka register SAR (Succesive Aproximation Register) akan mereset sehingga keluaran Vout unit DAC menjadi 0. Proses konversi diawali dengan pengesetan bit paling berarti (MSB) register SAR oleh unit kendali. Selanjutnya data digital dalam register SAR dikonversikan ke analog oleh unit pembanding. Bila Vout>Vin, maka unit pembanding akan mengirim sinyal negatif ke unit kendali. Dengan sinyal negatif ini, unit kendali akan mereset bit paling berarti (MSB) register SAR. Sebaliknya bila Vout<Vin, unit pembanding akan mengirim sinyal positif ke unit kendali. Dengan sinyal positif ini, unit kendali akan tetap mengeset bit paling berarti (MSB). Pada pulsa clock berikutnya unit kendali akan mengeset bit yang lebih rendah yaitu bit ke 7 register SAR. Kemudian data dikonversikan oleh unit DAC, dan hasil konversi Vout dibandingkan dengan sinyal masukan Vin. Sinyal hasil perbandingan akan menentukan unit kendali untuk mengeset atau mereset register SAR. Demikian seterusnya proses ini berlangsung sampai nilai Vin sama dengan Vout.
 Apabila konversi telah selesai, unit kendali mengirim sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Tetapi penurunan sinyal ini akan mengisikan data digital yang ekuivalen dengan nilai Vin kedalam register penahan.
Gambar ADC Metode pendekatan berturut-turut
Gambar dibawah ini merupakan skema pengalamatan pin-pin yang digunakan kaki-kaki IC ADC 0804:
Gambar Pin-pin ADC 0804
Pada plant ini dibutuhkan akuisisi data berupa pengkonversi ADC (Analog to Digital), agar sinyal sensor dapat dibaca oleh mikrokontroler.
Pengubah analog ke digital atau ADC (Analog to Digital Converter) adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog ke digital. Perancangan alat tugas akhir ini memakai ADC 0804. ADC tipe ini memakai metode pendekatan berturut-turut (Succesive Aproximation) untuk mengkonversi masukan analog (0-5.02 volt DC) menjadi data digital 8-bit. Pada gambar (3.7) dapat dilihat hubungan pin-pin IC ADC 0804. Pada ADC 0804 ini memiliki input VCC sebesar 5 volt DC, resolusi 8-bit dan total error ± 1/4 LSB, ±1/2 LSB, dan ± 1 LSB.
Gambar Rangkaian ADC 0804

   Pada rangkaian ini ADC diset dalam mode free-running, artinya dalm pengoperasiannya tidak diperlukan sinyal kontrol seperti star converting (SC) dan end of converting (EOC). Hal ini disebabkan kaki Vref dibiarkan terbuka sehingga nilai Vref sama dengan tegangan sumber yaitu 5.02 volt maka perubahan sebesar ½8 x 5.02 volt = 19.53125 mV menyebabkan perubahan 1 bit pada keluaran ADC. Dikarenakan keluaran dari ADC adalah 8-bit dengan desimal 0-255, maka konversi dari keluaran ADC ke tegangan adalah:
                          
Pengkondisi sinyal (Signal Conditioning)
   Pada plant ini tegangan keluaran dari elemen sensor kecil (0-2.5 volt), sedangkan ADC membutuhkan tegangan masukan 0-5 volt. Maka dari itu dibutuhkan pengkondisi sinyal V/V agar terjadi penguatan tegangan.
Tegangan keluaran (Vout) dari elemen sensor berkisar antara 0–2.5 volt DC. Sesuai dengan spesifikasinya, ADC 0804 membutuhkan tegangan input sebesar 0–5 volt, sehingga Vout dari elemen sensor harus dikuatkan terlebih dahulu agar mencapai range 0-5 volt.  Pada rangkaian V/V ini terjadi penguatan tegangan agar sinyal keluaran dari transmitter dapat dibaca oleh ADC 0804. Rangkaian V/V converter ini ditunjukan pada gambar 3.8.

Gambar Contoh Rangkaian V/V Converter

Pada dasarnya rangkaian V/V Signal Conditioning ini menggunakan prinsip kerja dari Op-Amp (Operational Amplifier). Zero disini berfungsi untuk mencari batas bawah dari range yang diinginkan, sedangkan span berfungsi untuk mencari batas atas dari range yang diinginkan, sehingga dengan adanya rangkaian ini maka besarnya tegangan yang masuk ke rangkaian ADC dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, yaitu 0–5 volt.















Daftar Pustaka
Diakses pada : 19 Oktober 2014
Diakses pada : 19 Oktober 2014