RANCANG --~ BJ.\.NGUN SISTEM MONITOR DEBU KONTINYU

--~

RANCANG

BJ.\.NGUN SISTEM MONITOR

DEBU KONTINYU

UNTUK CEROBONG INDUSTRI.

Subari Santoso, Eko Priyono daD Otto:Pribadi Ruslanto

P3TM-BATAN. Yogyaka..ta. .P3KRBiN-BATAN Jakarta

ABSTRAK

RANCANGBANGUN SISTEM MONITOR DEBU KONTINYU UNTUK CEROBONG INDUSTR/. Telah dirancang don dil)uat rangkaian antarmuka don rangkaian elektronik-mekanik sistem monitor debu kontinyu untuk cerobon~: industri menggunakan PC. Rangkaian antar muka terdiri dari; kartu pencacah D8253C. perantara parale/ I/O D8255AC don rangkaian pemi/ih penga/amat 74LS138 don 7420. Rangkain e/ektronik ter,iiri dari : rangkaian penguat arus untuk menggerakkan 2 buah motor stepper digunakan sebagai penjl!pit dan penggulung kertas serlo penyalaan sistem pompa 220Vac dan penyalaan sirene. Sedangkan rangA:ain mekanik berupa sistem box untuk pengemasan rangkaian penguat arus motor stepper don relay serlo sistem mekanik untuk penempatan detektor beta dan a/iran udara dalam pipa dengan menggunakan pompa hisap KNF Neuberger. Kartu antarmuka dilengkapi dengan perangkat lunak untuk membaca konsentrasi debu. menyimpan file. mencetak don membaca ulang cacah yang te/ah dilakukan. Sistem dihubungkan dengan rangkain elektronik untuk mengaktifkan sistem detektor agar dapat mencacah sampel debu ,Icontinyu untuk cerobong industri. Pengujian terhadap motor steper menunjukkan hubungan linier antara '!.udut yang diinginkan don sudut yang sebenarnya, dengan deviasi statidar = 0.527 % don pengujian terhadap D8253C-2 menunjukkan /inearitas yang baik dengan koefisien /inieritas sebesar

0.9999.

ABSTRACT

DESIGN AND CONSTRUCTION OF CONTINUE DUST MONITORING SYSTEM FOR INDUSTRIAL STACK. The interface and electronic mechanic device of continue dust monitoring system for industrial stack have been designeti and constructed. These inteface consist of counter card IC D8253C, IC parallel peripheral interface I/O D8255AC, address selector IC 74LSl38 and 7420. The electric part contains of current amplifier as step,per motors driver, 220 vac pump system. relay and alarm system. The mechanic part consist of stepper nlotor, relay, beta detector and the pipe airflow using KNF Neuberger inhalation pump. The interface card was completed with software for reading the dust concentration, safing the file. reading the counting file. The system was connected with electronic circuit to activate detector s,vstem for counting the continue dust sample of industrial stack. The test of stepper motor show the linearity between the expected angle and t,lte real angle with the standart deviation of 0,527 % the test of D8253C-2 show a good linearity by linear coefficient of 0,999.

pekerjaan menjadi lebih efektif maka telah dirancang dan dibuat rangkaian antan11uka dan rangkaian elektrik-mekanik sistem monitor debu kontinyu untuk cerobong industri yang dikendalikan oleh personal komputer IBM. Salah satu bagian sistem otomatis tersebut adalah pembuatan rangkaian antan11uka yang terdiri dari pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak. Rangkaian antan11uka terdiri daTi : Sistem Pencacah pulsa TTL

D8253C-2, rangkaian pengalamat, perantara data paralel D8255C-2, rangkaian penguat arus dan motor steper. Rangkaian antan11uka ini dihubungkan dengan sistem mekanik penghisap debu daTi cerobong industri melalui pipa penghisap dan menempelkan sam pel pacta pita kertas untuk dicacah koefisien atenuasi debu. Data yang diolah oleh komputer adalah be saran logika TTL yang diambil daTi keluaran sistem pengkondisi sinyal keluaran

PENDAHULUAN

P .erkembangan industri di Indonesia yang tumbuh dengan pesat se\ain berdampak positif

bagi pendapatan negara dan kesejahteraan

masyarakat, juga berdamipak negatif karena potensinya untuk mencemari lingkungan misalnya asap dari industri yang mencemari udara. Pencemaran udara oleh parti~:el-partikel padat halus dalam debu dan asap dapat menurunkan kualitas lingkungan yang kemudian dapat menurunkan kualitas hidup masyara~:atnya. Pemanfaatan teknologi komputer di berbag~ai bidang berkembang dengan pesat, seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Kelebihan-kelebihan komputer sebagai alat ukur dan otomatisasi berbagai proses menjadikannya banya~~ diterapkan di industri (1.7) .Untuk memperoleh hasil yang lebih baik dan

-Proslding Pertemuan clan Presentasl IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002

220

ISSN 0216-3128

Subari Santoso, dkk.

.detektor beta, sebagai masukan dari system pencacah D8253C-2 dan hasiinya akan diolah dan ditampilkan pada Iayar monitor atau dicetak pada kertas printer. Agar dapat melakukan pencacan secara kontinyu tiap-tiap sampel dicacah pada posisi kertas yang berbeda dengan menggulung pita kertas tempat sam pel diletakkan. Paralel Pheriperal Interface 8255 sebagai unit .keluaran data kendali untuk sistem pengatur posisi pita kertas melalui putaran motor stepperl agar pada posisi yang diinginkan dan motor stepper 2 merapatkan lempeng penutup sampel. Untuk keperluan ters.ebut maka sistem monitor debu cerobong dilengkapi

dengan sistem interface yang merupakan sistem pengendali selama sistem pemantauan dioperasikan (2,3). Untuk itu perlu dibuat alat yang dapat menjalankan & memantau proses secara otomatis dengan memanfaatkan teknologi komputer.

TATA KERJA DAN PERCOBAAN

Prinsip Kerja Perangkat Keras.

Perancangan sistem Monitor Debu Kontinyu Untuk Cerobong lndustri ditunjukkan pacta Gambar 1.

Gambar 1. Perancangan Sistem Monitor Debu Kontinyu Untuk Cerobong Industri.

1. Pompa Hisap KNF Neuberger Model NO22

AFP, SN142426 dan Electronic Siren

NSH-2020M

Pompa hisap yang digunakan adalah buatan Jerman dengan kapasitas hisap (flow rate) 12,5 lpm, beroperasi pada 220V AC, 50 Hz, IAmpere. Pompa berfungsi sebagai penghisap sam pel dari cerobong dan sampel akan menempel pada pita kertas untuk selanjutnya dicacah oleh sistem pencacah 8253. Sistem pompa diaktitkan oleh PPI 8255 dan hanya menggunakan 1 bit data. Keluaran PPI8255 dikuatkan oleh rangkaian penguat arus dengan kemampuan arus sampai dengan 3A. Keluaran rangkaian penguat arus digunakan sebagai masukan sistem On I Off relay lOA dan dikendalikan dengan menggunakan perangkat lunak dari komputer. Sistem komputer akan mengaktitkan pompa sesuai dengan masukan waktu Gam,menit,detik) yang diberikan oleh user dan komputer akan melakukan analisis lebih lanjut. Perangkat lunak juga akan mensensor gulungan ketras pita tempat sampel dengan menghitung jumlah putaran yang telah dilakukan dan akan mengaktitkan rangkaian penguat arus yang berhubungan dengan relay gan elctronik siren sebagai peringatan untuk peng-gantian pita kertas sampel.

Prinsip kerja pembuatan Sistem Monitor Debu Kontinyu Untuk Cerobong Industri adalah sebagai

berikut: .

-Sampel debu cerobong dihisap pompa dan menempel pada kertas cuplikan.

-Sampel dideteksi oleh detektor beta yang telah diaktitkan HV, dilengkapi dengan pre amplifier, amplifier dan sistem pengkondisi sinyal dan digunakan sebagai masukan sistem pencacah

D8253C-2.

-Melalui rangkaian antarmuka data masuk ke personal komputer sebagai unit pengontrol dan pemroses data yang utama.

-Komputer mengolah, menyimpan atau mencetak data hasil pembacaan.

-PPI 8255 sebagai unit keluaran data kendali untuk sistem pengatur posisi pita kertas melalui putaran motor stepper 1 agar pada posisi yang diinginkan dan motor stepper 2 merapatkan lempeng penutup sampel.

-Sistem penguat arus dan relay untuk mengaktitkan pompa hisap dan penyalaan sirene jika kertas sampel mendekati hahis.

-Perangkat lunak mengolah data dan melakukan proses pencacahan sampel berikutnya.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

221

Subar; Santoso,

dkk.

2. Blok Diagram Sistem Pencacah

D8253C-2.

Rancang bangun sistem pencacah puIs a dari detektor beta terlihat pada Gambar 2

Pencacahan pulsa oleh sis1:em pencacah D8253C adalah sebagai berikut :

.Pencacahan sumber stan,:lart clan dibaca sebagai 10

.Motor stepper 1 menarik pegas clan pompa penghisan ON, proses pengambilan sampel dilakukan clan dicacah sebagai 1 I

.Motor stepper2 menggulung kertas untuk cacah sampel berikutnya clan setelah dilakukan berulang-ulang pita kelrtas akan habis maka

elektronik siren akan berbunyi.

.Dengan mengetahui dengitas pita filter bersih xl clan densitas lapisan partikel debu yang men em pel filter x2, maka koefisien atenuasi f.l

.1 = 10 exp(-f.l(xl+x2))

Susunan rangkaian antarmuk;a ditunjukkan pada Gambar 2, terdiri dari :

1. Programmable timer/counter IC 08253C-2 digunakan sebagai pencacah pulsa keluaran dari detektor beta. PIT8253 mempunyai data 8 bit (00-07) yang dapat dihubungkan secara paralel dengan data bus komputer untuk dianalisis lebih lanjut.

2. PPI 08255C-2 berfungsi sebagai perantara keluaran paralel 3x8 bit data digital dan difungsikan sebagai penggerak 2 motor steper, penyalaan pompa penghisan dan peringatan kertas mendekati habis dengan bunyi siren. 3. Rangkaian penguat arus tersusun dari transistor

BC141, TIP3055, resistor dan diode IN4007, berfungsi sebagai rangkaian penguat arus untuk gerakan motor steper.

4. Oekoder 74138 dan 7420 digunakan untuk menentukan alamat dari kartu interface yang dibuat, dalam hal ini dipilih alamat 260-263H dan 3EO-3E3H. Pemilihan alamat ditunjukkan pada Tabel I.

.Penguat arus untuk mell1gaktifkan relay terdiri dari 2 buah untuk menghidupkan dan mematikan sistem 220'f'AC pompa penghisap dan penyalaan peringatan kertas mendekati habis electronic siren.

3. Susunan rangka;an antarmuka

Tabell. Sistem

pemilihan alamat kartu interface.

G2A dari IC 74138, karena IC 74138 mempunyai 3 buah sinyal maka ada 1 sinyal lagi yang harus diaktifkan yaitu G I. Sinyal G 1 aktif 1 dan diaktifkan dengan menggunakan IC 7420 dengan memberikan masukan berlogik 1 pada ke 3 A9, A6, bl dan AS digunakan sebagai masukan lC

7420 dan jika ke 4 masukan tersebut berlogik I maka keluarannya adalah O. Keluaran ini digunakan sebagai pembuka sinyal G2B dari lC 74138. A8 berlogik 0 digunakan untuk mengaktifkan sinya

Prosiding Pertemuanl dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

222

ISSN 0216-3128

Subari Santoso, dkk.

masukannya dan logik 0 daTi masukan yang ke 4 diambil dari AEN aktif 0 jika komputer membaca alamat ini. Untuk memilih alamat 260-263 kondisi A4, A3 dan A2 adalah 000 dan digunakan sebagai selektor dari IC 74138 yaitu masukan ABC dan akan mengaktitkan keluaran nomor 0 (YO) berkondisi 0 yang dapat mengaktitkan chip select dari IC D8255C-2 untuk gerakan motor steper melalui PAO-PA3. Alamat 26C-26F menggunakan keluaran Y3 dari dekoder 74138 untuk mengaktif-kan pencacah D8253C-2. Alamat 260H-263H dan 3EOH-3E3H dibaca oleh personal komputer dengan menggunakan program Turbo Basic.

-~

kestabilan sistem pencacah D8253C-2. Percobaan kalibrasi sistem tersebut dilakukan dengan cara memberi pulsa masukan dengan frequensi 0, I-I Hz dan waktu cacah 10 menit dan didapatkan data pacta Tabel 2 dan grafik pacta Gambar 3.

Tabel2. Pengujian Sistem

Pencacah

D8253C-2.

Cacah rata-rata

waktu = 10 menit

Freq. FG

(Hz)

Cacah

seharusnya

Hasil

cacah

58 121 178 235 298 354 416 481 536 598

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Percobaan yang dilakukan adalah menguji kestabilan sistem pencacah D8253C-2 dan ketepatan sudut pemutaran R potensio oleh gerakan motor steper.

Pengujian Pencacah

IC 8253

Percobaan yang dilakukan menggunakan sumber frequensi Kenwood FG 273 untuk menguji

C(¥Ja/2 C~c~h y~n~ ~ih~ill<an

700

600

500

400

300

200

100

0

c~ah

0

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Cacah ~..anw: .iinw:inkan

Gambar 3. Grafik /inearitas sistem

pencacah

D8253C-2.

0.9

= 0,9994539

= -1.8

Koefisien b

=59,6909091

= 10

nilai maximum = 598 Koefisien korelasi = 0,9997 r squared koefisien a

Total data

Nilai minimum

= 58

Dengan menggunakan paket program yang tersedia (Havard Grphics), maka dari Tabel 2 diperoleh perhitungan koefisien korelasi r, a, b, seperti pacta Gambar 3. Pacta Kalibrasi tersebut terlihat adanya sedikit penyimpangan hasil cacah, untuk frequensi pulsa masukan 0,1 -I Hz dicacah selama 10 menit. Hal tersebut karena dalam mengatur frequensi pulsa masukan tidak tepat, sedikit acta pergeseran dalam memutar tombol saat mengatur frequensi pulsa masukan (sulit mendapatkan pulsa masukan yang stabil).

Pengujian Motor Steper

Tanggapan yang diuji adalah besar sudut yang dihasilkan oleh motor steper terhadap masukan yang diberikan. Pengukuran sudut dilakukan

dengan cara memberikan busur sudut pada motor steper yang telah diberi jarum penunjuk. Hasil pengukuran sudut memberikan data sepertiTabel 3. Dari Tabel 3 terlihat bahwa hubungan antara sudut yang diinginkan dan sudut yang sebenamya adalah linier yang berarti bahwa sudut yang sebenamya tidak terlalu berbeda dengan sudut yang diinginkan.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

ISSN 0216 -3128 ₂₂₃

Pacta penelitian ini digunak~n waktu lunda 50 mili detik dengan deviasi standar 0.527%. Grafik

pengukuran sudut yang dikehendaki dan basil percobaan dimnjukkan pacta Gambar 4.

Tabel3. Rata-rata hasi! percobaan

pengukuran

sudut motor stepper beban minimum.

Sudut yang

~i~ginkan

Sudut yang dihasil

kan Periode 50 ms

Sudutyang

_diinginkan

Sudut yang dihasil kan

Periode

50 ms

7.2

14.4 21.6 28.8 36.0

43.2

50.4 57.6 64.8

72.0

79.2 86.4

93.6

100.8

108.0 115.2 122.4

129.6

136.8 144.0 151.2 158.4 165.6 172.8 180.0

7.0

14.5 21.5 28.5 36.0 43.5 51.0 57.5

65.0

72.0

80.0

87.0 93.5 101.0 108.5 115.5 123.0 130.0 137.0 144.0 151.5 159.0 165.0

173.0

180.0

187.2

194.4

201.6

208.8

216.0

223.2

230.4

237.6

244.8

252.0

259.2

266.4

273.6

280.8

288.0

295.2

302.4

309.6

316.8

324.0

331.2

338.4

345.6

352.8

360.0

187.0

194.0

202.0

209.0

216.0

223.5

230.0

238.5

245.0

252.0

259.0

266.5

274.0

281.0

288.0

295.0

302.5

309.5

317.0

324.0

331.0

338.5

346.0

353.0

360.0

400 350 300 250 200 150 100 50 0 Iii ~ i-I j

_,

i--.r II

.-t::::

,1,j

~

!!

I

I j

I

i

I

II

~

-':--j

-k

1---5 9 13 21

Gambar 4. Gr(;ifik pengukuran sudut putar motor steper (v = sudut, n = pengukuran).

KESIMPULAN

Telah dilakukan Rancangbangun Sistem

Monitor Oebu Kontinyu Untuk Cerobong Industri yang dapat meningkatkan efisiensi kerja didukung perangkat lunak untuk memudahkan

sistem operasional. Oari hasil Rancangbangun Sistem Monitor

Oebu Kontinyu Untuk C~~robong Industri., clan pengolahan data dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

-SIJdut yang diingink3n

ISSN 0216-3128

224 Subari Santoso, dkk.

~

-2. Dari hasil pengujian pencacah D8253C-2

didapat grafik linearitas yang cukup bagus

dengan total data 10, nilai minimum = 58, nilai

maximum = 598, koefisien korelasi 0.9997, r =

0,9994, koefisien a = -1.8, koefisien b= 59,69

3. Dari hasil pengujian terhadap motor steper

didapatkan hubungan lin,ear antara sudut yang

diinginkan dan sudut yang sebenamya

dengan

deviasi standar 0.5 %. lni berarti bahwa sudut

yang sebenamya tidak terlalu berbeda dengan

sudut yang diinginkan.

4. Perangkat

lunak yang telah dibuat mempunyai

kemampuan untuk mengaktitkan antarmuka

guna

melakukan proses pengukuran dan

memanggil file yang telah disimpan atau

mencetak

file sebagai

data keluaran.

-Apakah penyimpangan basil pengujian counter

sudah

memenuhi

syarat ?

Subari Santoso

-Counting maksismum

yang yang direncanakan

sekitar 50 000 cacah per 3 menit dan disediakan

(dalam softwere) FFFF Hex atau 64 KB

(kilobyte) atau 65635 cacah per 3 menit, ternyata

dalamekperimen yang sebenarnya dengan

menggunakan

sumber radiasi PM 147 dengan

jarak 1 cm menghasilkan cacah 80805 cacah

dengan waktu cacah 200 detik atau 3 menit 20

detik. Hal tersebut diatasi dengan membuat sub

routine program sehingga cacah maksimum 2

kali lipat dari sebelumnya

yaitu 128 KB atau

J 3 127 cacah maks

imum. Dalam penguj

ian hanya

dilakukan

pengujian hardwere interface counter.

-Penyimpangan hasil cacah memenuhi syarat

teknis karena sangat kecil yaitu pada grafik

linearitas hasil perhitungan software Havard

Graphic koefisien korelasi 0,9997 dan r squared

= 0,9994.

DAFT AR PUST AKA

2

3

4

Trimarji Atmono

-Pacta uji coba system monitor ini digunakan frequensi dalam orde Hz, apa alasannya, mengapa tidak kHz dengan harapan noise yang lebih kecil.

-Berapa besar efisiensi dari system monitor yang direncanakan ?

-Apakah sudah dijalin kerjasama dengan suatu industri ?

Otto Pribadi Ruslanto, Proposal Riset Unggulan Terpadu VIII, Jakarta 1999.

Lewis C. Eggebrecht "Interfacing to the IBM Personal Computer" Howard W. Sams & Co. Inc. Second Edition, Fifth Printing, Sams, Indiana 46032 USA, 1992.

PPNY-BATAN, Kumpu1an Makalah Seminar Sehari Pepe!llbuatan Mesin Berkas E1ektron 500 keV/10 mA., Yogya~arta, 16 Januari 1996.

Subari Santoso, Rancangbangun Eluiter dan Sistem Kendali Konduktometer, Presentasi Ilmiah 16 Desember 1996.

Wie, Yap, Ir., Turbo Basic clan Ap1ikasinya, Andi Offset, Yogyakarta, 1994

Kadir, Abdul, Trik dan Teknik Pemrograman Turbo Basic, Andi Offset, Yogyakarta, 1987

IAEA, Interfacing in Nuclear Experiment Part 2 Basic Experriment, IAEA, Chiang May University, 1990

TANYAJAWAB

Jumari

-Berapa Counting maksismum yang yang direncanakan mengapa dalam pengujian counter hanya memakai frekuensi rendah ?

Subari Santoso

-System cacah untuk mengambil cuplikan yang

direncanakan dalam orde detik (cacah rendah)

sehingga cukup

menguji perangkat keras counter

dalam orde Hz. namun software dapat

menyesuaikan

jika cacah meningkat dengan

menambahkan

sub routine tertentu.

-Untuk

menentukan efisiensi system monitor

secara keseluruhan sangat terkait dengan

pekerjaan

peneliti lain misalkan efisiensi mekanik

pengambilan sample. system pompa hisap. dan

system pencuplik sedangkan system elektronis

otomatisasi

mempunyai

koefisien korelasi 0.9997.

-Kerja

sarna dengan industri sedang dirintis

karena penelitian ini melibatkan PUSARPEDAL.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002