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