Modul ‐ 3
Control II
( ADC – DAC)
KHAMDI MUBAROK M ENG KHAMDI MUBAROK, M.ENG
TEKNIK INDUSTRI ‐ UNIVERSITAS TRUNOJOYO MADURA
Suatu variabel/parameter kontinyu adalah suatu penunjukan nilai/sinyal yang tidak terputus dengan berjalannya waktu (setidaknya selama operasi berlangsung).
Satu variable kontinyu umumnya dinyatakan sebagai ANALOG yang berarti bisa memiliki satu nilai apapun dalam satu besaran tertentu. Contoh: gaya, temperatur, laju aliran, tekanan, dll.
Suatu variabel/parameter diskrit adalah suatu penunjukan nilai/sinyal yang hanya dapat mengambil satu nilai tertentu dalam rentang waktu tertentu. Jenis variabel diskrit yang paling umum adalah biner. Hanya ada dua pilihan nilai yang mungkin, yaitu 0 (OFF) dan 1 (ON). Contoh: saklar, motor, adanya benda kerja atau tidak pada fixture, dll.
Namun ada pula nilai diskrit selain biner yang mengambil angka lebih dari dua kemungkinan namun tetap lebih kecil dari nilai tak terhingga, ini disebut variabel diskrit non biner. Contoh: penunjukan temperatur digital.
Bentuk lain variabel diskrit adalah data getaran. Contoh lewatnya part pada conveyor yang dideteksi dengan sel foto untuk membangkitkan getaran bagi setiap part yang terdeteksi.
Sistem kontrol dalam industri secara umum dibagi 2: 1. Kontrol kontinyu, pada industri proses
2. Kontrol diskrit, pada industri manufaktur
Industri proses melaksanakan produksinya pada segumpal/sebongkah material dimana material yang diproduksi biasanya berupa cairan, gas dan bubuk (uncountable). Industri manufaktur melaksanakan produksinya pada sejumlah material (countable).
Material ini biasanya berupa part dan produk diskrit lain.
Operasi umum pada Industri Proses Operasi umum pada Industri Manufaktur Reaksi kimia Casting (pengecoran) Deposisi Forging (penempaan) Destilasi Ekstrusi (penarikan) Pemanasan Permesinan Pencampuran bahan baku Pencetakan plastik
Faktor pembanding Kontrol Kontinyu pada Industri Proses
Kontrol Diskrit pada Industri Manufaktur Pengukuran produk output Berat, volume cairan, volume
padatan Jumlah part, jumlah produk Perbandingan antara Kontrol Kontinyu pada industri proses dan dan Kontrol Diskrit pada industri manufaktur p Pengukuran kualitas Konsistensi, konsentrasi cairan, ketiadaan kontaminan Dimensi, appearance, zero defect Variabel dan parameter (sensor) Temperatur, laju aliran, tekanan Posisi, kecepatan, percepatan, gaya
Aktuator Katup, pemenas, pompa Solenoide, motor, piston Konstanta waktu proses Detik, menit, jam < 1 detik
Beberapa pendekatan untuk proses kontrol/pengendalian untuk
Kontrol Kontinyu
1. Kontrol regulator 2. Kontrol feedforward 3. Kontrol steady‐sate 4 Kontrol adaptif 4. Kontrol adaptif Kontrol regulator⇒ Tujuan: mempertahankan kinerja proses pada tingkat tertentu atau dalam suatu batas toleransi tertentu
Kelemahan kontrol regulator adalah tindakan perbaikan akan dilakukan setelah terjadi error (output proses berbeda dengan yang diinginkan).
Kontrol feedforward
⇒ Tujuan: mengantisipasi terjadinya gangguan (error) dengan merasakan (sensing) dan mengkompensasikannya sebelum gangguan tersebut mempengaruhi proses.
Kontrol steady‐state
⇒ Menggunakan algoritma kendali yang dirancang untuk membuat penyesuaian dalam parameter proses untuk menjaga kondisi optimal dari proses.
Kontrol adaptif
⇒ Merupakan kombinasi antara kontrol feedforward dan kontrol optimal dengan mengukur variable proses yang relevan selama operasi dengan menggunakan algoritma kendali yang mencoba mngoptimalkan index of performance.
Sinyal ANALOG kontinyu dari suatu proses yang diterima oleh sensor harus dikonversi menjadi nilai DIGITAL agar bisa digunakan oleh komputer Ö Analog to Digital Converter (ADC).
Data DIGITAL yang dihasilkan komputer harus dikonversi lagi menjadi sinyal ANALOG agar dapat digunakan oleh aktuator Ö Digital to Analog Converter (DAC).
Analog to Digital Converter (ADC)
Komponen dan langkah‐langkah mengubah sinyal analog menjadi bentuk digital: 1. Sensor dan Tranducer, menghasilkan sinyal analog kontinyu.
2. Signal conditioning, menghaluskan sinyal menjadi bentuk yg lebih sesuai: • Penyaringan untuk menghilangkan noise acak
• Mengkonversi satu bentuk sinyal ke bentuk lain, ex: mengubah arus menjadi tegangan
3. Multiplexter, mengkombinasikan banyak sinyal menjadi satu 4. Amplifier, menguatkan sinyal
Note: Multiplexter
MUX: mutiplexter DEMUX: de‐multiplexer
Multiplexter mengkombinasikan sinyal (multiplexing) dari data n input dan Multiplexter mengkombinasikan sinyal (multiplexing) dari data n input dan mentransmisikannya melalui data link yang tinggi.
Sedangkan de‐multiplexter memisah‐misahkan dari satu link menjadi n sinyal output sesuai yang diminta.
Pengubahan sinyal analog menjadi digital terjadi dalam 3 fase:
1. Sampling
⇒ mengubah sinyal analog kontinyu menjadi rangkaian sinyal analog diskrit pada selang periode tertentu.
Faktor‐faktor yang perlu diperhatikan dalam memilih ADC:
1. Kecepatan sampling
⇒ Kecepatan mengubah sinyal analog kontinyu menjadi sinyal analog diskrit. Semakin tinggi kecepatan sampling berarti sinyal analog diskrit yang dihasilkan makin sempurna.
2. Waktu konversi
⇒ Interval waktu antara sinyal masuk dideteksi hingga nilai digital dapat ditentukan 3. Resolusi
⇒ Tingkat kepresisian dimana sinyal digital dievaluasi. Karena sinyal direpresentasikan dalam bentuk biner (bit) yang ditentukan oleh kapasitas bit dari ADC ke komputer
4. Metode konversi
⇒ Salah satu metode yg umum digunakan adalah Metode Pendekatan Successive (beurutan). Dalam metode ini sinyal input (dalam bentuk tegangan)
dib di k b d b
dibandingkan secara berurutan dengan tegangan‐tegangan percobaan. Tegangan percobaan pertama adalah setengah kali rentang skala penuh ADC dan tegangan percobaan berikutnya adalah setengah kali nilai tegangan percobaan sebelumnya.
Contoh 1:
Terdapat sinyal input sebesar 6.8 V. Gunakan metode pendekatan successive untuk pengkondisian sinyal tersebut dengan ADC – 6 bit dengan rentang skala penuh sebesar 10 V.
Solusi:
Sinyal input = 6.8 V
Rentang skala penuh ADC = 10 V Tegangan percobaan :
1. 10/2 = 5 V
¬ Nilai 6.8 V dibandingkan dengan tegangan percobaan 5V, karena 6.8>5 maka bit pertama bernilai 1.
2. 5/2 = 2.5 V
¬ Nilai yang tersisa = 6.8 – 5 = 1.8 V
¬ Bandingkan nilai yg tersisa dg tegangan percobaan 2 karena 1 8 < 2 5 maka bit ¬ Bandingkan nilai yg tersisa dg tegangan percobaan 2, karena 1.8 < 2.5 maka bit
kedua bernilai 0. 3. 2.5/2 = 1.25 V
¬ Nilai yg tersisa masih 1.8 V
¬ Karena 1.8 > 1.25 maka bit ketiga bernilai 1. 4. 1.25/2 = 0.625 V
5. 0.625/2 = 0.312 V
¬ Nilai yg tersisa masih 0.55 V
¬ Karena 0.55 > 0.312, maka bit kelima bernilai 1. 6. 0.312/2 = 0.156 V
¬ Nilai yang tersisa = 0.55 – 0.312 = 0.238 V ¬ Karena 0.238 > 0.156, maka bit keenam bernilai 1.
Digital to Analog Converter (DAC)
• Proses DAC merupakan kebalikan dari proses ADC
•DAC mengubah output digital dari komputer ke dalam sinyal analog kontinyu untuk menjalankan aktuator analog atau peralatan analog lainnya.
• Langkah‐langkah mengubah sinyal digital menjadi analog 1. Decoding
¬ Output digital dari komputer diubah menjadi serangkaian nilai analog ke dalam waktu‐waktu diskrit
¬ Disempurnakan dengan mentransfer nilai digital dari komputer ke suatu register biner yang mengontrol sumber tegangan referensi, dimana setiap bit dalam register mengontrol setengah tegangan dari bit sebelumnya.
Metode data holding a. Zero‐order data hold
Fungsi tegangan selama interval sampling adalah konstan .
E(t) = E0
b. First‐order data hold
Fungsi tegangan selama interval sampling berubah dengan gradien (α) konstan. α= {E0– E0(‐τ)} / τ
E(t) = E0 +αt
τ = interval waktu antar sampling
Contoh 2:
Sebuah DAC yang memiliki ketelitian 6 bit menggunakan tegangan referensi sebesar 100V. Terdapat 3 sampling berurutan dengan selang sampling 0.5 detik. Data yang tersiimpan dalam register biner adalah sebagai berikut:
Sampling Data biner
Tentukan:
a. Nilai output dekoder untuk ketiga sampling
b Sinyal tegangan antara sampling 2 dan 3 untuk ero order hold Sampling Data biner
1 101000
2 101010
3 101101
b. Sinyal tegangan antara sampling 2 dan 3 untuk zero‐order hold c. Sinyal tegangan antara sampling 2 dan 3 untuk first‐order hold
Solusi:
a. Nilai output decoder untuk ketiga sampling Sampling 1 (101000) : E0= 100 (0.5*1 + 0.25*0 + 0.125*1 + 0.0625*0 + 0.03125*0 + 0.015625*0) E0= 62.50 V Sampling 2 (101010) : E0= 100 (0.5*1 + 0.25*0 + 0.125*1 + 0.0625*0 + 0.03125*1 + 0.015625*0) E0= 65.63 V Sampling 3 (101101) : E0= 100 (0.5*1 + 0.25*0 + 0.125*1 + 0.0625*1 + 0.03125*0 + 0.015625*1) E0= 70.31 V
b Zero order hold antara sampling 2 dan 3 menghasilkan tegangan konstan E(t) E b. Zero‐order hold antara sampling 2 dan 3 menghasilkan tegangan konstan E(t) = E0=
65.63 V
c. First‐order hold menghasilkan tegangan yang meningkat secara teratur dengan gradien α
α = {E0– E0(‐τ)} / t = (65.63 – 62.5) / 0.5 = 6.25 V E (t) = 62.63 + 6.25t
Perangkat Input/Output untuk Data Diskrit
Data diskrit dibagi menjadi 3 kategori: 1. Data biner
2. Data diskrit non biner 3. Data gelombang (pulse data)
Data diskrit biner dan non biner dikomunikasikan antara proses dan komputer dengan memanfaatkan kontak interface I/O, sedangkan data diskrit gelombang dikomunikasikan menggunakan penghitung dan pembangkit gelombang (pulse counters & generators). Pulse counter adalah alat untuk mengubah serangkaian gelombang (pulse train) menjadi data digital.
Pulse generators adalah alat yang mengubah data digital menjadi serangkaian gelombang dengan frekuensi tertentu Frekuensi dari pulse train antara lain dipakai gelombang dengan frekuensi tertentu. Frekuensi dari pulse train antara lain dipakai untuk mengendalikan kecepatan rotasi motor stepper.
Latihan Soal
1. Pengubah digital ke analog menggunakan tegangan referensi sebesar 120 V DC dan memiliki kepresisian 8 digit biner. Dalam satu sampling, data yang terkandung dalam register biner adalah 01010101. Bila digunakan zero‐order hold untuk membangkitkan sinyal output, tentukan besar tegangan sinyal tersebut
2. Tentukan nilai digital biner menggunakan metode pendekatan successive untuk sinyal input sebesar 20 volt dengan rentang skala penuh 30 volt! (Gunakan ADC – 8 bit)
