PENGGUNAAN SENSOR PROXIMITY JENIS KAPASITIF
DALAM OPERASI CRANE PENGGANTI ANODA DI UNIT
REDUCTION PLANT PT. INALUM KUALA TANJUNG ASAHAN
OLEH :
NIM. 03 5203 027
ALEX RAMBO SIMATUPANG
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMETASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGGUNAAN SENSOR PROXIMITY JENIS KAPASITIF
DALAM OPERASI CRANE PENGGANTI ANODA DI UNIT
REDUCTION PLANT PT. INALUM KUALA TANJUNG ASAHAN
ABSTRAK
Pada salah satu pabrik utama yang terdapat di PT. INALUM yaitu pabrik reduksi, terdapat crane serbaguna yang mempunyai fungsi utama mengganti anoda yang terdapat pada tungku reduksi. Pada crane ini terdapat bagian utama yang dinamakan trolley, dimana trolley ini bergerak secara melintang (traversing) dalam melakukan beberapa posisi pekerjaannya. Untuk mengatur posisi trolley diperlukan suatu peralatan instrumen yang dapat membantu mendeteksi posisi trolley tersebut apakah sudah aman atau tidak dalam melakukan suatu proses.
Maka untuk itu diperlukan suatu alat pendeteksi yaitu sensor proximity yang berguna untuk mengatur posisi trolley dalam melakukan suatu proses. Sehingga tidak terjadi tabrakan antara crane beserta bagian – bagiannya dengan tungku reduksi yang dapat mengakibatkan kerusakan baik pada crane maupun tungku reduksi.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus, yang telah memelihara dan melimpahkan kasih karunia-Nya kepada penulis, sehingga Karya Akhir ini dapat diselesaikan.
Karya Akhir ini dimaksudkan adalah sebagai syarat untuk menyelesaikan Program studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknologi Instrumentasi Pabrik Diploma-IV Universitas Sumatera Utara.
Dalam proses penyusunan Karya Akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, maka untuk bantuan yang diberikan baik material, spiritual, informasi maupun administrasi. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Orang tua saya yang terkasih Ayahanda E. Simatupang, dan Ibunda M. Sitorus serta saudari saya kakak saya Renta Ida, dan adik saya Tri Basten yang telah memberi dorongan moril, material, dan doa terhadap penulis
2. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT sebagai Ketua Jurusan Program Diploma – IV Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT sebagai sekretaris Jurusan Program Diploma – IV
Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Mustafrind Lubis selaku dosen Pembimbing dalam penyusunan Karya
Akhir.
5. Seluruh staf pengajar serta pegawai administrasi, terutama untuk bang Martin 6. Pak Jujur, pak Munawar, dan pak Amru sebagai pembimbing OJT PT.
INALUM 2007
7. Teman – teman GD ROCK SCHOOLL seperti Erwin, Simon, Chris, Andi,
8. Semua teman – teman angkatan 2003, Khususnya Aswin, Otto, Sabrina,
Thomas, Divo, Tika, Mei, Manroy (OJT Angkatan III INALUM 2007).
Akhir kata penulis dengan keterbatasannya sangat menyadari bahwasanya dalam penyusunan Karya Akhir ini masih banyak kekurangannya, sehingga penulis dengan tulus menerima saran dan kritik yang bersifat membangun dan kiranya dapat digunakan untuk menambah ilmu dan pengetahuan yang lebih baik di masa yang akan datang.
Dengan Kerendahan hati, penulis mohon maaf yang sebesar – besarnya atas segala kekurangan dan semoga karya akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Tuhan Memberkati.
Medan, Juni 2008 Hormat Saya,
DAFTAR ISI
I.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI II.1 Pengertian Sensor ... 5
II.2 Klasifikasi Sensor ... 5
II.3 Sensor Proximity (proximity sensors) ... 6
II.3.1 Limit Switches ... 6
II.3.2 Optical Proximity Sensors ... 7
BAB III SENSOR PROXIMITY JENIS KAPASITIF
III.1 Sensor Proximity Jenis Kapasitif ... 14
III.2 Prinsip Kerja Sensor Proximity Jenis Kapasitif ... 17
III.3 Jenis – Jenis Sensor Proximity ... 18
III.3.1 Sensor Proximity Induktif ... 18
III.3.2 Sensor Proximity Kapasitif ... 19
III.3.3 Sensor Proximity Magnetik ... 19
III.4 Komponen – Komponen Pendukung Sensor Proximity ... 19
III.4.1 Kapasitor ... 19
III.4.2 Kapasitansi ... 23
III.4.3 Konstanta Dielektrik ... 23
III.4.4 Trigger ... 25
III.4.5 Sensor Kapasitif ... 25
III.4.6 Osilator ... 25
III.5 Data Teknis ... 27
III.6 Data Engineering ... 28
III.7 Dimensi Sensor ... 29
III.8 Trolley ... 30
BAB IV PROSES PENGATURAN POSISI TROLLEY IV.1 Crane Pengganti Anoda (anode changing crane) ... 32
IV.2 Prinsip Kerja Sistem ... 33
IV.2.1 Trolley Traversing ... 34
IV.2.2 Sensor Proximity Pada Pengaturan Posisi Trolley ... 35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan ... 40 V.2 Saran ... 40
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1(a) Tombol Tekan ... 7
Gambar 2.1(b) Tombol Fleksibel ... 7
Gambar 2.1(c) Roller ... 7
Gambar 2.2(a) Menghitung Kaleng – Kaleng Pada Belt Conveyor ... 8
Gambar 2.2(b) Mendeteksi Lubang Pada Floopy Disk ... 8
Gambar 2.3(a) Photoresistor ... 9
Gambar 2.3(b) Photodiode ... 9
Gambar 2.3(c) Phototransistor ... 9
Gambar 2.3(d) Photovoltaic Cell ... 9
Gambar 2.4(a) Tipe Bentuk ... 10
Gambar 2.4(b) Rangkaian ... 10
Gambar 2.5(a) Berhadapan ... 11
Gambar 2.5(b) Bergeser ... 11
Gambar 2.5(c) Notch ... 12
Gambar 2.5(d) Deteksi Metal ... 12
Gambar 2.6 Cara Kerja Efek Hall ... 12
Gambar 2.7(a) Deteksi Ambang ... 13
Gambar 2.7(b) Allegro UGN – 3175 ... 13
Gambar 3.1(a) Sensor Proximity Dengan Bantalan Penyangga ... 14
Gambar 3.1(b) Sensor Proximity Tanpa Bantalan Penyangga... 15
Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Proximity ... 15
Gambar 3.3 Sensor Proximity Tidak Mendeteksi Pelat ... 16
Gambar 3.5(a) Diagram Blok Sensor Proximity ... 18
Gambar 3.5(b) Osilasi Osilator ... 18
Gambar 3.6 Prinsip Dasar Kapasitor ... 20
Gambar 3.7 Sirkit pengisian kapasitor ... 20
Gambar 3.8(a) Grafik tegangan pengisian kapasitor ... 21
Gambar 3.8(b) Grafik arus pengisian kapasitor ... 21
Gambar 3.9 Pengosongan Kapasitor ... 22
Gambar 3.10(a) Grafik tegangan pengosongan kapasitor... 22
Gambar 3.10(b) Grafik arus pengosongan kapasitor ... 22
Gambar 3.11 Hubungan konstanta dielektrik dengan kemampuan sensor ... 24
Gambar 3.12 Simbol Trigger ... 25
Gambar 3.13 Diagram Oscilator Umpan balik secara umum... 26
Gambar 3.14 Jarak Operasi ... 28
Gambar 3.15 Hubungan jarak deteksi dengan ukuran material ... 28
Gambar 3.16 Jarak deteksi versus material yang umum ... 29
Gambar 3.17 Dimensi Sensor ... 29
Gambar 3.18 Dimensi Bantalan Penyangga Sensor ... 30
Gambar 3.19 Trolley ... 31
Gambar 4.1 Wiring Diagram Proses Pendeteksian ... 36
Gambar 4.2 Posisi Sensor Proximity terhadap pelat Logam ... 38
Gambar 4.3 Posisi Paralel ... 38
DAFTAR TABEL
ABSTRAK
Pada salah satu pabrik utama yang terdapat di PT. INALUM yaitu pabrik reduksi, terdapat crane serbaguna yang mempunyai fungsi utama mengganti anoda yang terdapat pada tungku reduksi. Pada crane ini terdapat bagian utama yang dinamakan trolley, dimana trolley ini bergerak secara melintang (traversing) dalam melakukan beberapa posisi pekerjaannya. Untuk mengatur posisi trolley diperlukan suatu peralatan instrumen yang dapat membantu mendeteksi posisi trolley tersebut apakah sudah aman atau tidak dalam melakukan suatu proses.
Maka untuk itu diperlukan suatu alat pendeteksi yaitu sensor proximity yang berguna untuk mengatur posisi trolley dalam melakukan suatu proses. Sehingga tidak terjadi tabrakan antara crane beserta bagian – bagiannya dengan tungku reduksi yang dapat mengakibatkan kerusakan baik pada crane maupun tungku reduksi.
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
PT. INALUM merupakan suatu perusahaan yang bergerak dibidang peleburan aluminium dengan metoda elektrolisa, dimana hasil akhir dari perusahan ini adalah ingot atau aluminium batangan. Perusahaan ini mempunyai tiga pabrik utama yaitu pabrik karbon, pabrik reduksi, dan pabrik penuangan atau pencetakan, dimana masing-masing pabrik sudah pasti didukung oleh peralatan atau instrumen yang mendukung jalannya suatu proses.
Pada pabrik reduksi terjadi proses peleburan dengan metoda elektrolisa, dimana yang dilebur adalah blok anoda yang sudah diberi tangkai. Untuk mengganti blok anoda yang sudah habis maka digunakanlah crane pengganti anoda atau ACC (anode changing crane). Selain mengganti anoda, crane ini juga berfungsi untuk proses lain seperti anode latch, anode wrench, crust breaker, alumina spout, dan lain sebagainya.
Oleh karena itu penulis tertarik unuk membahas tentang “ Penggunaan
Sensor Proximity Jenis Kapasitif Dalam Operasi Crane Pengganti Anoda Di Unit Reduction Plant PT. INALUM Kuala Tanjung Asahan “ sebagai judul karya
akhir.
I.2 Tujuan Karya Akhir
Adapun tujuan dari penulisan karya akhir ini adalah :
1. Untuk memenuhi syarat menyelesaikan masa studi sebagai Mahasiswa Program Diploma IV Teknologi Instrumentasi Pabrik.
2. Untuk mengetahui dan memahami prinsip kerja dari Sensor Proximity. 3. Untuk mengetahui secara umum fungsi peralatan dalam proses industri.
I.3 Rumusan Masalah
1. Bagaimana cara kerja sensor proximity sebagai alat pendeteksi dalam proses pengaturan posisi trolley.
2. Bagaimana pemasangan dan perawatan sensor proximity tersebut.
I.4 Batasan Masalah
I.5 Metode Penulisan
Metode pembahasan yang dipergunakan dalam penulisan karya akhir ini antara lain sebagai berikut :
1. Dengan mempelajari teori dan pengamatan langsung di lapangan serta melakukan diskusi dengan pembimbing lapangan dan juga operator di lapangan.
2. Dengan mencari buku – buku referensi dan beberapa pustaka yang dapat menunjang penyusunan karya akhir.
I.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan karya akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika pembahasan. Sistematika pembahasan ini merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub – sub babnya. Adapun sistematika pembahasan itu adalah :
BAB I : Pendahuluan
Bab ini berisi tentang proses produksi, latar belakang masalah, tujuan pembahasan, batasan masalah, dan sistematika penulisan karya akhir.
BAB II : Landasan Teori
Bab ini menjelaskan tentang teori – teori umum seperti pengertian sensor, klasifikasi sensor, sensor proximity, dan contoh – contohnya.
BAB III : Sensor Proximity Jenis Kapasitif
BAB IV : Pendeteksian pelat – pelat logam oleh Sensor Proximity Jenis Kapasitif
Bab ini menjelaskan tentang crane pengganti anoda atau ACC (anode changing crane), bagaimana proses pendeteksian pelat – pelat logam oleh sensor proximity untuk mengatur posisi trolley dalam operasi crane pengganti anoda, trolley traversing, diagram blok proses, analisa data.
BAB V : Penutup
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1 Pengertian Sensor
Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala – gejala atau sinyal – sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.
Suatu peralatan yang memberitahukan kepada sistem kontrol tentang apa yang sebenarnya terjadi dinamakan sensor atau juga dikenal sebagai transduser. Sebagai contoh tubuh manusia mempunyai sistem sensor luar biasa yang memberitahukan kepada otak manusia secara terus menerus dengan gambar – gambar yang layak dan lengkap di sekitar lingkungan. Untuk sistem kontrol si pembuat harus memastikan parameter apa yang dibutuhkan untuk dimonitor sebagai contoh : posisi, temperatur, dan tekanan, kemudian tentukan sensor dan rangkaian data interface untuk melakukan perkerjaan ini. Sebagai contoh, kita ingin mengukur aliran cairan dalam suatu pipa dengan menggunakan flowmeter, atau kita ingin mengukur aliran secara tidak langsung dengan melihat seberapa lama cairan mengisi suatu tangki dengan ukuran tertentu.
Kebanyakan sensor bekerja dengan mengubah beberapa parameter fisik seperti temparatur atau posisi ke dalam sinyal listrik. Ini sebabnya mengapa sensor juga dikenal sebagai transduser yaitu suatu peralatan yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain.
II.2 Klasifikasi Sensor
1. Sensor Posisi (position sensors)
Contoh : potensiometer, optical rotary encoders, dan LVDT. 2. Sensor Kecepatan (velocity sensors)
Contoh : optical dan direct current tachometers. 3. Sensor Proximity (proximity sensors)
Contoh : limit switches, optical proximity switches, dan hall – effect switches. 4. Sensor beban (load sensors)
Contoh : bonded – wire strain gauges, semiconductor force strain gauges, dan low – force sensors.
5. Sensor Tekanan (pressure sensors)
Contoh : tabung bourdon, bellows, dan semiconductor pressure sensors. 6. Sensor Temperatur (temperature sensors)
Contoh : sensor temperatur bimetal, termokopel, resistance temperature detectors (RTD), termistor, dan IC temperature.
7. Sensor Aliran (flow sensors)
Contoh : pelat orifice, tabung venture, tabung pitot, turbin, dan flowmeter magnetik (magnetic flowmeters).
8. Sensor Permukaan Cairan (liquid – level sensors) Contoh : discrete, dan lain – lain.
II.3 Sensor Proximity (proximity sensors) II.3.1 Limit Switches
mekanik yang diletakkan pada suatu tempat yang digerakkan ketika suatu bagian mekanik berada di ujung sesuai dengan pergerakan yang diinginkan. Sebagai contoh, dalam pembuka pintu otomatis garasi semua kontroller harus mengetahui apakah pintu terbuka atau tertutup sepenuhnya. Limit switch dapat mendeteksi kedua kondisi ini. Gambar 2.1 menunjukkan beberapa contoh limit switch. Limit switch sangat berperan untuk banyak aplikasi, tetapi mereka memiliki dua kekurangan yaitu digunakan secara terus menerus sebagai peralatan mekanik akhirnya akan rusak, dan limit switch membutuhkan sejumlah tekanan fisik untuk digerakkan.
(a) (b)
(c)
Gambar 2.1. (a) Tombol tekan (b) Tombol fleksibel (c) Roller
II.3.2 Optical Proximity Sensors
(a) (b) Gambar 2.2. (a) Menghitung kaleng – kaleng pada belt conveyor (b) Mendeteksi lubang pada floopy disk
Detektor cahaya mempunyai empat tipe yang sering digunakan yaitu photo resistor, photodiodes, photo transistors, dan photovoltaic cells.
1. Photo resistor
Photo resistor terbuat dari suatu material seperti cadmium sulfide (CdS), mempunyai sifat bahwa resistansi akan menurun jika permukaan cahaya meningkat. Agak sensitif dan tidak mahal, resistansi dapat berubah oleh beberapa faktor dalam keadaan terang ataupun gelap. Gambar 2.3(a) menunjukkan rangkaian interface photo resistor, Rpd menurun dan Vout
2. Photodiode
meningkat.
3. Photo transistor
Gambar 2.3(c) menunjukkan cahaya secara efektif menghasilkan arus base dengan membangkitkan sepasang rongga elektron pada titik CB, semakin banyak cahaya maka transistor akan bekerja semakin baik.
4. Photovoltaic cell
Photovoltaic cell berbeda dengan sensor cahaya sebab Photovoltaic cell sebenarnya menghasilkan daya listrik dari cahaya. Semakin besar cahaya maka semakin besar pula tegangan atau dapat juga dinamakan solar cell. Ketika digunakan sebagai sensor tegangan output yang kecil biasanya dikuatkan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3(d).
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.3. (a) Photoresistor (b) Photodiode (c) Phototransistor (d) Photovoltaic Cell
Gambar 2.4. Peralatan ini terdiri dari sumber cahaya dan detektor. Ketika suatu objek bergerak ke dalam slot maka garis cahaya akan hancur. Peralatan ini diciptakan dengan bentuk standar yang bervariasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4(a). Untuk mengoperasikannya daya harus disediakan untuk LED, dan sinyal output diambil dari phototransistor seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4(b), yang menyediakan TTL – level (5 V atau 0 V) output. Ketika slotnya terbuka, cahaya mengenai transistor maka akan menyala. Ketika sinar terganggu maka transistor akan mati dan collector akan naik hingga 5 V melalui resistor.
(a) (b) Gambar 2.4. (a) Tipe bentuk (b) Rangkaian
II.3.3 Hall – Effect Proximity Sensors
Dalam semua kasus sensor efek hall menghasilkan tegangan ketika medan magnetk meningkat dengan sendirinya. Ini dapat dilakukan dengan menggerakkan magnet atau mengubah garis medan magnet tetapi nilai dari tegangan hall tidak bergantung pada pergerakan magnetnya melainkan bergantung pada medan magnetnya. Gambar 2.6 menunjukkan bagaimana efek hall bekerja. Pertama – tama sumber tegangan eksternal digunakan untuk menghasilkan arus (I) pada semikonduktor kristal. Tegangan output (VH) melewati bagian dari kristal secara tegak lurus dengan arah arus. Ketika medan
magnet didekatkan maka tegangan negatif akan dibelokkan ke satu sisi untuk menghasilkan tegangan. Hubungan ini dapat dijelaskan pada rumus berikut ini :
VH
K = Konstanta (bergantung pada material) = Tegangan efek hall
I = Arus dari sumber eksternal B = Medan magnet
D = Konstanta ketebalan
(a) (b)
(c) (d) Gambar 2.5. (c) Notch (d) Deteksi metal
Gambar 2.6. Cara Kerja Efek Hall
magnet cukup mendekati sensor agar VH mencapai 0,5 V dan magnet cukup menjauhi sensor agar VH
Sensor efek hall yang lengkap dapat dibeli dalam bentuk IC. Salah satu contoh adalah Allegro 3175 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7(b). Allegro terdiri dari sensor (X), bagian arus silang, dan deteksi ambang. Transistor akan bekerja ketika medan magnet mencapai +100 gauss dan tidak bekerja ketika menurun hingga –100 gauss. Transistor dapat memuat 15 mA, yang dapat mengatur relay kecil atau rangkaian digital secara langsung. Sensor efek hall biasanya digunakan pada banyak aplikasi. Sebagai contoh, katup keyboard computer dan sensor proximity dalam mesin.
mencapai 0,25 V.
(a) (b)
BAB III
SENSOR PROXIMITY JENIS KAPASITIF
Ujung dari suatu sistem kontrol otomatis adalah alat pendeteksian atau sensor. Saat ini terdapat berbagai jenis sensor yang telah dipergunakan di industri, dan teknologi sensor ini akan terus berkembang.
Sensor proximity adalah suatu instrumen elektronika yang dapat mendeteksi suatu pelat – pelat logam, dalam hal ini digunakan untuk mengetahui ketepatan posisi. Proximity sensor memiliki jarak deteksi yang relatif pendek, mulai dari beberapa milimeter sampai beberapa centimeter saja. Semakin besar dimensi sensor, jarak pendeteksian juga semakin jauh.
III.1 Sensor Proximity Jenis Kapasitif
Sensor proximity jenis kapasitif dengan bantalan penyangga ditunjukkan pada Gambar 3.1(a). Sensor proximity seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1(b) mendeteksi suatu objek berdasarkan prinsip perubahan kapasitansi. Biasanya untuk mengukur perubahan kapasitansi ini digunakanlah osilator. Rangkaian sensor proximity ditunjukkan pada Gambar 3.2.
(b)
Gambar 3.1. (a) Sensor Proximity dengan bantalan penyangga (b) Sensor Proximity tanpa bantalan penyangga
Gambar 3.2. Rangkaian Sensor Proximity
Kapasitansi dari sebuah kapasitor pelat paralel ditentukan oleh :
C =
d kAε0
(farad) ... (3-1)
A = Luas masing – masing pelat (m2 k = konstanta dielektrik
)
d = jarak kedua pelat (m)
εo = 8,85 x 10 -12 Farad / m
Karena A, εo, dan d adalah konstan (k1) maka rumusnya sebanding dengan C = k . k1 ... (3-2)
Ketika sensor belum mendeteksi pelat dalam hal ini sinyal hanya mengenai girder maka bahan dielektriknya adalah udara dengan k = 1 dan kapasitasnya (C) = Co. Dimana Co adalah kapasitansi awal. Tetapi ketika sinyal sensor mengenai sebuah pelat atau objek konduktivitas lainnya maka konstanta dielektriknya berubah menjadi lebih besar dari 2 (k > 2), dan kapasitansinya (C) menjadi C1. Dengan terjadinya kenaikan kapasitansi maka menyebabkan perubahan frekuensi osilator sehingga switch yang tadinya normally open menjadi close atau sebaliknya. Berikut ini dapat dilihat bagaimana sensor proximity tidak mendeteksi pelat dan mendeteksi pelat pada Gambar 3.3 dan Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Sensor Proximity Mendeteksi Pelat
III.2 Prinsip Kerja Sensor Proximity Jenis Kapasitif
Sensor proximity jenis kapasitif terdiri dari empat bagian utama yaitu pelat dieletrik (dielectric plate), osilator, trigger, dan output. Gambar 3.5(a) menunjukkan diagram blok sensor proximity. Sensor proximity jenis kapasitif mempunyai banyak kesamaan dengan sensor proximity jenis induktif. Perbedaan utama antara kedua jenis ini adalah sensor proximity jenis kapasitif menghasilkan medan elektrostatik sedangkan jenis induktif menghasilkan medan elektromagnetik. Sensor proximity jenis kapasitif akan mendeteksi logam sama bagusnya dengan mendeteksi yang bukan logam (non logam) seperti kertas, kaca, cairan, dan kain.
dari sensor frekuensi dari osilator akan menurun, maka bagian output dari sensor akan berubah kembali seperti semula.
(a)
(b)
Gambar 3.5. (a) Diagram Blok Sensor Proximity (b) Osilasi Osilator
III.3 Jenis – Jenis Sensor Proximity
Berikut ini adalah berbagai jenis sensor proximity secara umum, yaitu :
III.3.1 Sensor Proximity Induktif
non – besi sensor akan tetap dapat mendeteksi selama dalam jangkauannya. Jika sensor mendeteksi adanya besi di area deteksinya maka kondisi output akan berubah. Sensor ini dapat dengan efektif menggantikan limit switch atau mechanical switch yang merupakan teknologi lama.
III.3.2 Sensor Proximity Kapasitif
Sensor proximity jenis kapasitif berisi osilator RC teredam. Sensor ini akan mendeteksi semua objek yang ada dalam jarak deteksinya baik metal maupun non-metal. Misalnya untuk pendeteksian level tangki biji plastik, atau mendeteksi ada atau tidaknya bahan dalam sebuah saluran.
III.3.3 Sensor Proximity Magnetik
Sensor proximity jenis magnetik menggunakan magnetisasi tanpa menggerakkan bagian untuk mendeteksi objek di dekat sensor. Dari jenis – jenis sensor proximity di atas sensor proximity jenis induktif dan kapasitif adalah yang paling banyak dipergunakan dalam industri.
III.4 Komponen – Komponen Pendukung Sensor Proximity
Komponen – komponen pendukung dari sensor proximity terdiri dari kapasitor, kapasitansi, konstanta dielektrik, trigger, sensor kapasitif, osilator.
III.4.1 Kapasitor
suatu bahan dielektrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Bahan – bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan – muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan – muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung – ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan – muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 3.6. Prinsip Dasar Kapasitor
Kapasitor dapat diisi oleh suatu suplai DC lewat resistor yang memadai, seperti yang terlihat pada Gambar 3.7. Ketika saklar S ditutup, tegangan Vs akan menyebabkan arus mengalir ke dalam salah satu sisi kapasitor dan ke luar dari sisi yang lain.
Arus ini tidak tetap karena adanya penyekat dielektris, sehingga arus menurun ketika muatan pada kapasitor meninggi, sampai vC = VS ketika i = 0. Grafik i dan vC merupakan bentuk eksponensial, seperti yang tampak pada Gambar 3.8.
(a) (b)
Gambar 3.8 (a) Grafik tegangan pengisian kapasitor (b) Grafik arus pengisian kapasitor
Setelah beberapa lama (T = CR detik), tegangan itu akan naik menjadi 0,63 VS volt dan arusnya menjadi 0,37 VS
Pengosongan kapasitor mirip dengan cara itu. Dengan dihilangkannya suplai, sirkit kapasitor – resistor menjadi terhubung singkat, seperti yang terlihat pada Gambar 3.9. Ketika saklar S ditutup, arus mengalir dari salah satu sisi kapasitor yang mengandung muatan dan kembali ke sisi yang lain.
Gambar 3.9. Pengosongan kapasitor
Ketika vC turun sampai nol, arus juga menghilang. Kurva pengosongan vC dan i juga berbentuk eksponensial, seperti pada Gambar 3.10.
(a) (b) Gambar 3.10 (a) Grafik tegangan pengosongan kapasitor
(b) Grafik arus pengosongan kapasitor
III.4.2 Kapasitansi
Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = CV ... (3-3)
Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besar tegangan dalam V (volt)
III.4.3 Konstanta Dielektrik
Gambar 3.11. Hubungan konstanta dielektrik dengan kemampuan sensor
Sebagai contoh suatu sensor kapasitif mempunyai angka jarak pendeteksian 10 mm dan targetnya adalah alkohol. Jarak pendeteksian yang efektif (Sr) adalah sekitar 85 % atau 8,5 mm. Tabel 3.1 berikut ini menunjukkan konstanta dielektrik dari beberapa material.
Tabel 3.1. Konstanta Dielektrik Beberapa Material Material Konstanta Dielektrik
Alkohol 25,8
Kaca 5
Karet keras 4
Kayu 2,7
Udara vakum 1
Marmar 8
Kertas 2,3
Parafin 2,2
Porselen 4,4
III.4.4 Trigger
Trigger adalah rangkaian pembanding yang memasukkan umpan balik positif, dimana rangkaian ini menunjukkan terjadinya histeresisi, yaitu suatu perbedaan besar tegangan pindah pada saat tegangan masuk naik dan tegangan masuk menurun. Gambar 3.12 menunjukkan simbol trigger.
Gambar 3.12. Simbol Trigger
III.4.5 Sensor Kapasitif
Sensor kapasitif adalah satu bagian dengan kapasitor, sensor kapasitif terdapat pada bagian depan sensor proximity. Ketika sebuah objek melewati di depan sensor maka akan berpengaruh pada kapasitor dengan bergantung pada bahan material dielektriknya, dan sensor mengukur kapasitansi yang dihasilkan.
III.4.6 Osilator
digunakan untuk membangkitkan bentuk gelombang sinusoidal (osilasi). Berdasarkan pembangkitannya, osilator dibedakan menjadi dua :
– Free running oscillator
– Triggered oscillator
Untuk free running oscillator terdapat empat kebutuhan agar osilator umpan balik bekerja:
– Penguatan (amplification)
– Umpan balik positif
– Pembentuk frekuensi
– Power supply
Seluruh osilator umpan balik memerlukan beberapa devais atau mekanisme yang menyediakan penguatan (gain) yang dikombinasikan dengan sebuah susunan umpan balik. Gambar 3.13 menunjukkan diagram rangkaian osilator secara umum.
III.5 Data Teknis
Sensor proximity mempunyai data teknis sebagai berikut :
Merk dagang : Omron Objek yang dideteksi : Logam dan non logam
Sensitifitas : Dapat diatur Jarak Pendeteksian : 3 – 25 mm
Indikator : Output operation (red LED) Suhu operasi : –25o – 70o
Getaran : 10 – 55 Hz
C
III.6 Data Engineering
Sensor proximity mempunyai data engineering jarak operasi (operation range), hubungan antara jarak deteksi dengan ukuran material, dan jarak deteksi pada material yang umum seperti ditunjukkan pada Gambar 3.14, Gambar 3.15, dan Gambar 3.16.
Gambar 3. 14. Jarak Operasi antara jarak deteksi (mm) dengan kepala deteksi sensor atau detecting head (mm)
Gambar 3.16. Jarak deteksi (mm) versus material yang umum
III.7 Dimensi Sensor
Gambar 3.17 menunjukkan dimensi sensor dan Gambar 3.18 menunjukkan dimensi bantalan penyangga sensor (mounting bracket).
Gambar 3.18. Dimensi bantalan penyangga sensor (mounting sensor)
III.8 Trolley
Trolley seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.19 merupakan bagian dari crane pengganti anoda atau ACC (anode changing crane) yang menjalankan sebagian perangkat utama seperti anode latch, anode wrench, crust breaker, alumina spout serta ejector, terdapat pada trolley. Pada bagian badan (girder) dari trolley terdapat pelat – pelat logam yang nantinya akan dideteksi oleh sensor proximity jenis kapasitif. Selain itu trolley juga dilengkapi dengan oil hydraulic pump untuk sistem penggerak hidroliknya.
girder, trolley juga dilengkapi dengan dua pasang side roller, upper side roller dan lower side roller. Power supply untuk trolley diambil melalui drum cable ikut bergerak saat trolley melakukan gerakan melintang (traversing).
BAB IV
PROSES PENGATURAN POSISI TROLLEY
Pada PT. Indonesia Asahan Aluminium terdapat tiga unit pengolahan yang menjadi jantung perusahaan, salah satunya adalah unit reduksi, unit ini mengolah balok – balok anoda menjadi aluminium cair melalui proses elektrolisa pada tungku reduksi. Untuk mengangkat balok – balok anoda ini digunkanlah crane serba guna yaitu crane pengganti anoda atau ACC (anode changing crane).
IV.1 Crane Pengganti Anoda (anode changing crane)
Crane pengganti anoda merupakan crane serbaguna yang memiliki peran sangat penting dalam pabrik reduksi. Fungsi utama crane yaitu :
1. Penggantian anoda
Anoda terus diganti secara rutin setiap 23 hari sekali. Anoda dilekatkan pada tungku reduksi dengan clamp. Bagian – bagian dari crane dapat melakukan fungsi mengangkat anoda serta mengencangkan dan melonggarkan clamp anoda.
2. Pendistribusian alumina ke tungku reduksi
Crane melakukan penerimaan alumina dari distribution bin dan ditampung pada girder hopper yang berjumlah 4 buah. Masing – masing hopper memiliki kapasitas hingga 6 ton alumina. Setelah itu alumina didistribusikan ke tungku – tungku reduksi dengan filling pipe hoist.
3. Metal Tapping
akan mengendap di dasar tungku akibat gaya gravitasi. Wadah pengisapan aluminium cair digunakan ladle yang diangkat oleh metal tapping hoist. Pengisapan dilakukan untuk beberapa tungku hingga mencapai kurang lebih 6 ton.
Untuk melakukan fungsi – fungsi di atas, crane pengganti anoda dilengkapi oleh beberapa instrumen dan peralatan kendali untuk menunjang kinerja sistem supaya proses pada pabrik reduksi ini berjalan aman dan maksimal. Instrumen – instrumen yang digunakan antara lain adalah : sensor proximity, photoelectric sensor, level detektor, load cell, automtic valve, dan limit switch serta meggunakan sistem kendali konvensional yang menggunakan relay – relay mekanis dan juga programmable logic controller (PLC) untuk mengendalikan keseluruhan sistem pada crane pengganti anoda.
IV.2 Prinsip Kerja Sistem
Pada crane ini terdapat trolley yang menjalankan sebagian perangkat utama seperti anode latch berfungsi untuk menjepit dan mengangkat anoda pada saat penggantian anoda, anode wrench berfungsi untuk membuka dan mengetatkan clamp anoda pada busbar tungku, crust breaker berfungsi untuk menghancurkan kerak – kerak yang melekatkan anoda satu sama lain ataupun melekatkan anoda ke tungku,
alumina spout berfungsi untuk menyemburkan alumina untuk menutupi permukaan
cairan pada tungku reduksi. Semua perangkat utama ini berhubungan dengan proses pergantian balok – balok anoda. Untuk mengatur posisi trolley pada saat bergerak secara melintang (traversing) maka digunakanlah sensor proximity jenis kapasitif.
konvensional dengan menggunakan relay – relay mekanis sebagai sistem kontrol digunakan untuk mengatur posisi trolley pada gerakan traversing. Pada bagian selanjutnya akan dijelaskan prinsip kerja dari traversing dan penggunaan sensor proximity pada pengaturan posisi trolley.
IV.2.1 Trolley Traversing
Trolley traversing adalah merupakan gerakan trolley menyusuri rel yang terdapat pada badan crane itu sendiri atau sejajar dengan alur tungku reduksi. Di dalam operasi lebih dikenal dengan istilah gerakan tap – duct. Trolley merupakan salah satu bagian terpenting pada crane, karena trolley menjalankan beberapa fungsi utama crane. Traversing pada trolley memiliki dua transmisi kecepatan yaitu high speed dan low speed. Untuk mengatur kecepatan ini dilakukan dengan mengubah jumlah kutub motor induksi, dari 12 kutub menjadi 4 kutub.
Dengan demikian semakin banyak jumlah kutub, kecepatannya semakin berkurang. Untuk melakukan gerakan traversing ini digunakan dua buah motor induksi dimana setiap motor memiliki dua buah sistem belitan, belitan 12 kutub dan 4 kutub dengan terminalnya masing-masing.
Sebelum traversing dijalankan ada beberapa persyaratan teknis operasi yang harus dipenuhi. Sistem ini diinterlock secara elektrik untuk mencegah crane melakukan gerakan traversing pada kondisi – kondisi tertentu yang sangat potensial menimbulkan bahaya kerusakan alat serta kecelakaan kerja. Syarat-syarat ini antara lain :
1. MCB harus ditutup
4. Photo switch pada trolley hopper tidak terhalang baik oleh chuck dari distribution bin, debu alumina ataupun asap tebal
5. Tidak sedang mengisi alumina atau silinder alumina receive tidak keluar 6. Sedang tidak melakukan crust breaker hammering
IV.2.2 Sensor Proximity Pada Pengaturan Posisi Trolley
Sensor proximity dipasang di atas girder crane untuk mengatur posisi trolley dengan cara mendeteksi pelat – pelat logam yang terdapat pada badan atau girder trolley.
Proses ini memerlukan empat buah sensor proximity yang akan mendeteksi pelat – pelat logam pada badan (girder) trolley sesuai dengan posisi yang diinginkan. Adapun posisi itu adalah :
a. Trolley Set Position
Posisi trolley dalam keadaan yang tepat untuk dipindahkan dari satu unit gedung reduksi ke unit gedung reduksi yang lain atau dipindahkan ke Crane Repair Shop (CRS) melalui traverser.
b. Anode Center
Posisi anode wrench atau anode latch berada pada jalur yang tepat untuk mengganti anoda. Jumlah posisinya ada 9 buah sesuai dengan jumlah anoda yang dipakai dalam satu sisi tungku reduksi.
c. Aisle Travel and Trolley Hopper Receiving Position
Posisi trolley dalam keadaan yang tepat untuk crane pengganti anoda melakukan gerakan travelling dengan kecepatan 1 hingga 4 notch, juga menyatakan posisi trolley dalam keadaan yang tepat untuk melakukan pengisian alumina dari distribution bin pada trolley hopper.
d. Slow Down Position
Daerah dimana trolley harus bergerak dengan kecepatan rendah baik di sisi tap maupun duck (LS6 dan LS7)
Gambar 4.2. Posisi Sensor Proximity Terhadap Pelat Logam pada Girder
Keterangan :
A. Trolley Set Posiiton B1. Slow Down (tap side) B2. Slow Down (duct side) C. Anode Center
D1. Aisle Travel
D2. Trolley Hopper Receiving
Dalam proses pendeteksian pelat logam sensor proximity dipasang secara parallel seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2. Pada Gambar 4.3 juga dapat ditunjukkan diagram blok secara umum pendeteksian logam
Gambar 4.4. Diagram Blok Proses Pendeteksian
IV. 3 Analisa
Sensor proximity jenis kapasitif pada dasarnya terdiri dari osilator yang kapasitornya terbentuk dari dua buah elektroda yang terletak di depan sensor. Dalam keadaan udara (k = 1) kapasitansi kapasitor adalah CO. k adalah konstanta dielektrik yang bergantung pada objek materialnya. Seluruh material yang mempunyai k > 2 akan terdeteksi. Ketika suatu objek yang mempunyai k > 2 melewati permukaan deteksi dari sensor maka akan mengakibatkan perubahan kapasitansi menjadi C1. Perubahan kapasitansi (C1 > CO) akan mengakibatkan osilator berosilasi sehingga akan mengubah output.
C =
d o kAε
RELAY KONTAK – KONTAK
k = 1
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Dalam penulisan Karya Akhir ini kesimpulan yang dapat diambil oleh penulis ada beberapa hal yaitu :
1. Sensor proximity merupakan sensor yang berfungsi untuk mengatur posisi trolley dalam proses crane pengganti anoda.
2. Sensor proximity yang digunakan pada proses ini adalah jenis kapasitif yang terdiri dari beberapa bagian utama yaitu pelat dielekrik (dielectric plate), osilator, trigger, dan output.
3. Sensor proximity jenis kapasitif mendeteksi suatu objek berdasarkan prinsip perubahan kapasitansi. Perubahan kapasitansi akan menyebabkan perubahan frekuensi osilator sehingga switch pada bagian output yang tadinya normally open menjadi close atau sebaliknya.
V.2 Saran
1. Penggunaan PLC sebagai alat kontrol dalam proses pengaturan posisi trolley hendaknya digunakan.
2. Melakukan inspeksi dan perawatan berkala alat secara teratur untuk mendapatkan pengaturan yang baik sehingga hasil yang diperoleh sesuai dengan apa yang diiginkan
DAFTAR PUSTAKA
1. Cooper, William David. Instrumentasi Elektronika dan Teknik Pengukuran, Erlangga, Jakarta, 1985.
2. Bishop, Owen. Dasar – dasar Elektronika ( Electronic – A first Course ), Erlangga, 2004.
3. Petruzella, Frank D. Elektronik Industri, 1996.
4. Morris, Alan S. Principles Of Measurement And Instrumentation, 1988. 5. Norton, Harry N. Sensor And Analyzer Handbook, 1982.
6. ………, Booklet PT. Indonesia Asahan Aluminium, PT. Indonesia Asahan Aluminium, Kuala Tanjung, 2003.
