PERANGKAT LUNAK AKUISISI DATA DAN SISTEM KONTROL SPEKTROMETER HAMBURAN NEUTRON SUDUT KECIL RESOLUSI TINGGI DI BATAN-SERPONG

Transkripsi

1 PERANGKAT LUNAK AKUISISI DATA DAN SISTEM KONTROL SPEKTROMETER HAMBURAN NEUTRON SUDUT KECIL RESOLUSI TINGGI DI BATAN-SERPONG Bharoto, Irfan Hafid, dan Alan Maulana Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir-BATAN, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang, ABSTRAK PERANGKAT LUNAK AKUISISI DATA DAN SISTEM KONTROL SPEKTROMETER HAMBURAN NEUTRON SUDUT KECIL RESOLUSI TINGGI DI BATAN- SERPONG.Telah dibuat perangkat lunak untuk akuisisi data dan sistem kontrol spektrometer hamburan neutron sudut kecil resolusi tinggi (HRSANS) di Serpong. Perangkat lunak dibuat menggunakan bahasa pemrograman visual basic, dan bekerja dalam sistem operasi windows. Sistem yang dikendalikan oleh perangkat lunak ini adalah sistem buka-tutup shutter, tiga sistem aircushion, sistem gerak horizontal sample changer, dua sistem gerak vertikal dan horizontal beam narrower, tiga goniometer untuk monokromator (PG dan Si) dan analyser (Si) dalam arah rotasi, tilting dan horizontal, dan lain-lain. Semua posisi alat dan menu perintah ditampilkan secara grafis pada layar komputer, dan setiap kendali alat dapat dilakukan dengan menekan tombol kendali. Telah dibuat pula opsi pengukuran dengan penggantian sample secara otomatis, baik menggunakan mode preset time yang berdasarkan waktu maupun mode preset count yang berdasarkan jumlah cacahan pulsa neutron pada detektor monitor. Hasil pengukuran atau pencacahan pulsa neutron pada detektor utama disimpan dalam bentuk file teks yang formatnya dapat disesuaikan dengan perangkat lunak analisa data yang sudah ada. Perangkat lunak ini dapat dikendalikan juga dari komputer lain dalam jaringan area lokal (local area network). Perangkat lunak ini telah diujicoba untuk eksperimen HRSANS dan telah bekerja dengan baik. Kata Kunci: Neutron, hamburan neutron, spektrometer neutron, perangkat lunak, akuisisi data. ABSTRACT SOFTWARE FOR DATA ACQUISITION AND CONTROL SYSTEM OF THE HIGH RESOLUTION SMALL ANGLE NEUTRON SCATTERING SPECTROMETER AT BATAN-SEPRONG. A software for data acquisition and control system of the high resolution small angle neutron scattering (HRSANS) spectrometer at Serpong has been developed. This new software was made using visual basic and run under windows operating system, being able to control the system such as open-close movement of a shutter, up-down movement of three aircushion systems, horizontal movement of a sample changer, two-directional movement of two beam narrowers, and movement of three goniometers for two monochromator (PG and Si) and one analyser (Si), etc. All device positions and command menu are displayed graphically in the window and each device control can be executed by clicking the control button. The measurement option with automatic sample changer was added, using either preset time or preset count mode. The experiment result is saved in text file format that can be formated according to the existing data analysis software. This software can be also operated by other remote computers in the local area network. Finally, the new software has been tested for handling a complete experiment and it works properly. Keywords: Neutron, neutron scattering, neutron spectrometer, software, data acquisition. Buku I hal 76

2 PENDAHULUAN P ada tahun 1992, Badan Tenaga Nuklir Nasional Indonesia (BATAN) memanfaatkan beberapa fasilitas berkas hamburan neutron untuk penelitian bahan. Salah satu fasilitas tersebut adalah Spektrometer Hamburan Neutron Sudut Kecil Resolusi Tinggi (High Resolution Small Angle Neutron Scattering, HRSANS). Spektrometer ini memperpanjang jangkauan pengamatan Small Angle Neutron Scattering (SANS) sampai puluhan ribu nanometer dengan teknik double diffraction yang jumlahnya hanya beberapa di seluruh dunia. Setelah beberapa tahun beroperasi, berbagai macam masalah telah terjadi pada sistem kendali fasilitas ini. Komputer utama untuk akuisisi data dan kontrol alat berhenti berfungsi pada akhir tahun 2000, sehingga tidak ada data eksperimen yang dapat diperoleh sampai tahun Untuk itu, penggantian perangkat lunak akuisisi data dan sistem kontrol telah dilakukan secara bertahap dimulai dari tahun Makalah ini menyajikan beberapa upaya untuk memecahkan masalah dan pengembangan perangkat lunak akuisisi data dan sistem kontrol pada spektrometer tersebut. SPEKTROMETER HAMBURAN NEUTRON SUDUT KECIL RESOLUSI TINGGI Spektrometer ini terdiri dari, monokromator PG(004) terpasang di pemandu neutron yang berjarak 63 meter dari reaktor, dua buah kristal tunggal Si(311) yang digunakan sebagai monokromator ( λ/λ = 0,15%) dan analyser ( q = 0,0001 ) dan terpasang pada optical bench yang dapat digerakkan menggunakan air cushion. Sampel dengan ukuran maksimal 30 x 30 mm2 dapat diletakkan di antara kedua kristal tunggal ini, yang kemudian detektor 3He akan mendeteksi neutron yang terhamburkan. Daerah q minimum 0,0004 Å-1 dapat diperoleh dengan pengaturan kedua kristal tunggal ini. Untuk menjaga kestabilan suhu sampel yang diamati, seluruh spektrometer ini diletakkan dalam ruang kedap suhu dengan ketelitian 0,5 o C, di dalam gedung pemandu neutron (Neutron Guide Hall), seperti tampak pada Gambar 1. Adapun spesifikasi fasilitas HRSANS adalah seperti yang ditunjukkan pada Tabel1. Tabel 1. Spesifikasi fasilitas HRSANS Sumber Monokromator Panjang gelombang λ Resolusi panjang gelombang λ/λ Fluks pada posisi sampel Ukuran maksimum sampel Daerah q minimum Detektor : Reaktor riset RSG-GAS 30 MW, Pemandu Neutron (NG2) mm 2 : PG(004), Si(311) : 1,55 ~ 2,91 Å : 0.15% : 10 3 n cm -2 s -1 : mm 2 : 0,0004 Å -1 : 3 He (a) Fasilitas Spektrometer Hamburan Neutron Sudut Kecil Resolusi Tinggi (HRSANS) (b) Gambar Skema Fasilitas HRSANS: 1.Goniometer Monokromator PG(004); 2.Kolimator; 3.Shutter; 4.Beam Narrower; 5.Goniometer Kristal Tunggal Monokromator; 6.Goniometer Sampel; 7.Optical Bench; 8.Goniometer Kristal Tunggal Analyser; 9.Detektor Utama; 10.Air Cushion. Gambar 1. Fasilitas Spektrometer Hamburan Neutron Sudut Kecil Resolusi Tinggi (HRSANS) di BATAN Serpong Perangkat lunak akuisisi data dan sistem kontrol spektrometer HRSANS ini telah mengalami banyak pengembangan sejak tahun 2008 sampai dengan sekarang. Saat ini spektrometer HRSANS telah siap dioperasikan kembali dengan perangkat lunak yang lebih komunikatif bagi penggunanya dibandingkan sebelumnya yang menggunakan sistem operasi AIX/IBM-PS2. AKUISISI DATA DAN SISTEM KONTROL Seperti yang telah disebutkan di depan, komputer utama fasilitas HRSANS telah berhenti berfungsi sejak akhir tahun Pada tahun 2008 komputer baru dengan sistem operasi windows dipasang menggantikan komputer lama dengan sistem operasi AIX/PS2. Adapun peralatan yang dikendalikan dari komputer ini, seperti ditunjukkan pada Gambar 2, meliputi 4 buah goniometer yaitu goniometer monokromator PG(004), monokromator Si(311), sampel, dan analyser Si(311), shutter, beam narrower, sample changer, air cushion, serta 3 buah detektor 3 He. Koneksi antara komputer dengan alat menggunakan jalur. Buku I hal 77

3 serial RS232C dengan antarmuka buatan Rigaku Co, Ltd. Masing-masing sumbu pada peralatan digerakkan oleh motor step, kecuali sample changer yang digerakkan oleh motor DC. Selain itu, komputer dihubungkan pula dengan jaringan area lokal (LAN) dengan tujuan status peralatan dapat dimonitor ataupun dikendalikan dari komputer di tempat lain. Gambar 2. Skema Sistem Kontrol HRSANS PERANGKAT LUNAK AKUISISI DATA DAN KONTROL Diagram alir perangkat lunak ini ditunjukkan pada Gambar 3. Pada tahap inisialisasi, perangkat lunak membaca file informasi status posisi terakhir masing-masing sumbu, dan parameter kontrol motor penggerak sumbu. Selanjutnya menampilkan pertanyaan pada pengguna apakah akan melakukan datum atau tidak. Datum adalah mereset kontroler, menginisialisasi semua motor dan encoder. Hal ini diperlukan bila terjadi gangguan sehingga posisi terakhir yang tersimpan pada komputer tidak sama dengan kondisi alat. Pengaturan serial port RS232C disesuaikan dengan kontroler, yaitu 4800 bps, 8 data bits, none parity dan 1 stop bits. Format perintah yang dikirim dari komputer melalui RS232C adalah dalam bentuk text command diawali karakter string 2 dan diakhiri dengan karakter string carriage return atau 13. Contoh command syntax untuk inisialisai motor adalah Chr$(2)ITAdd/Start/Top/Acc/AftDatum/ResCount/ DtmDir Chr$(13) di mana, IT: kode perintah untuk inisialisasi, Add: alamat motor step, Start: kecepatan awal, Top: kecepatan maksimum, Acc: percepatan, AftDatum: posisi [pulsa] setelah datum, ResCount: jumlah pulsa reset posisi, dan DtmDir: arah datum. Kontroler akan mentransfer data yang merupakan respon dari perintah komputer ke buffer yang telah tersedia. Respon dari kontroler ke komputer akuisisi dan kontrol ini diambil sesaat setelah perintah dikirimkan untuk mengetahui apakah perintah berhasil dilaksanakan atau tidak. Tahap berikutnya akan muncul tampilan utama perangkat lunak ini, dan siap untuk menggerakkan sumbu/alat, dan melakukan eksperimen. Dalam kondisi sedang tidak bekerja, perangkat lunak akan membaca posisi semua sumbu/alat setiap detik. Pada tahap ini obyek timer digunakan untuk membaca status alat dengan interval waktu 1 detik. Subroutine timer ini berisi command syntax membaca posisi encoder dan pulsa motor sebanyak 18 buah sumbu. Respon dari kontroler diambil dan dimasukkan ke obyek reclist yang disembunyikan dalam tampilan utama, yang kemudian dipisahkan dari header dan footer nya dengan obyek timer pada masing-masing sistem sehingga tinggal angka yang menunjukkan posisi encoder atau pulsa untuk sumbu yang tidak terpasang encoder. Contoh kode pemrograman untuk memisahkan data adalah sebagai berikut, Format(Val(Right(Reclist.List(RecNo), Len(Reclist.List(RecNo)) - 1)) / Val(LogPulse( RecNo)), "##0.0000") di mana, RecNo: urutan encoder/pulsa posisi pada obyek Reclist, LogPulse: pulsa per satuan logika (logical unit). Ketika tombol untuk menggerakkan sumbu/alat ditekan, perangkat lunak akan memberi perintah menggerakkan sumbu yang dikehendaki sampai pada posisi tujuannya, dan mengirimkan sinyal sedang bergerak apabila tombol tersebut ditekan lagi untuk menggerakkan sumbu yang sama. Selain itu, sumbu yang sedang bergerak akan diinformasikan pada pengguna dengan membuat warna kuning berkedip pada status sumbu tersebut. Saat salah satu motor bergerak, Buku I hal 78

4 obyek timer pembacaan semua sumbu dihentikan dan hanya posisi sumbu yang bergerak saja yang dibaca dengan interval waktu 500 milidetik. Setelah hasil pembacaan posisi encoder/pulsa menunjukkan angka di dalam toleransi kesalahan, maka motor dihentikan lalu obyek timer pembacaan semua sumbu diaktifkan kembali. Gambar 3. Diagram Alir Perangkat Lunak Akuisisi Data dan Sistim Kontrol HRSANS Berikutnya, jika tombol untuk melakukan eksperimen ditekan, maka akan memeriksa terlebih dahulu status alat, apakah ada sumbu yang sedang bergerak ataukah spektrometer sedang menjalankan eksperimen. Selanjutnya eksperimen akan dilakukan secara otomatis sesuai dengan masukan yang telah diisi, hasil eksperimen langsung ditampilkan dalam grafik dan disimpan di komputer dalam format teks. Variabel untuk data pengukuran didefinisikan ulang dengan menyesuaikan dimensi data pengukuran yang berubah berdasarkan jumlah titik pengukuran. Pembacaan scaler yang digunakan untuk acuan mode pengukuran preset time ataupun preset counts, dilakukan tiap 200 milidetik. Setelah pembacaan scaler mencapai batas preset time/ preset counts, data pengukuran ditampilkan melalui obyek MSChart dengan pengaturan skala maksimum dan minimum nya disesuaikan dengan data pengukuran. Sebelum perangkat lunak ini ditutup, status terakhir alat disimpan, selain sebagai logfile bagi penanggungjawab alat, juga untuk mempersingkat eksperimen selanjutnya tanpa melalui datum. Dalam rangka untuk membuat perangkat lunak menjadi user-friendly, perintah berbasis teks pada perangkat lunak sebelumnya telah digantikan dengan mode Graphical User Interface (GUI). Status alat ditampilkan dalam waktu riil (real time), dan perintah kendali alat dapat dilakukan dengan memilih sumbu, menuliskan posisi yang dituju dan menekan tombol saja, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Warna kuning berkedip pada tampilan posisi sumbu bila sedang bergerak, dan warna merah berkedip bila terjadi error dalam pembacaan posisi sumbu. Gambar 4. Tampilan Perangkat Lunak Akuisisi Data dan Sistem Kontrol HRSANS Untuk keperluan pengukuran menggunakan spektrometer HRSANS, telah dibuat pula opsi pengukuran dengan pilihan terhubung pergerakan sample changer secara otomatis atau tidak. Pengukuran dimulai dengan memilih sumbu, mengisi posisi pengukuran, memilih metode pengukuran dengan pilihan preset time dan preset count, dan mengisinya lalu menekan tombol run. Data eksperimen langsung ditampilkan dalam bentuk grafik pada perangkat lunak dan disimpan dalam format teks agar bisa disesuaikan dengan format perangkat lunak analisa data. Tampak. Buku I hal 79

5 dalam Gambar 4, status alat pada saat pengukuran dengan sumbu ω 2 kristal analyser dari posisi -0,04 ~ 0,04 o dengan step 0,0005 o, dan kondisi alat sedang melakukan pencacahan pulsa neutron pada posisi ω 2 = 0,0205 o pada pengukuran otomatis dengan sampel standar dan tanpa sampel (blank) secara bergantian. Warna merah pada tampilan dimaksudkan untuk memberi peringatan pada pengguna bahwa eksperimen sedang berjalan dan shutter dalam kondisi terbuka. KESIMPULAN Perangkat lunak baru yang user-friendly untuk akuisisi data dan kendali telah dikembangkan, diimplementasikan dan kemudian diuji untuk mengendalikan semua motor spektrometer HRSANS-BATAN. Perangkat lunak ini masih dapat dikembangkan dengan mudah untuk mengakomodasi setiap perangkat baru lainnya atau konfigurasi tambahan. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terimakasih sebanyak-banyaknya kepada Drs. Gunawan, M.Sc sebagai kepala Bidang Spektrometri Neutron (BSN), beserta seluruh staf dan teknisi BSN yang telah banyak membantu dalam pengembangan perangkat lunak ini. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonymous, Operation Manual HRSANS, Rigaku Co, Ltd, Tokyo, Alan Maulana, Edy Giri R P, Sutiarso, Gunawan, Irfan H, Spektrometer Hamburan Neutron Sudut Kecil Resolusi Tinggi (SN3, HRSANS), Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir IV, Serpong, Desember 1996, hal Alan Maulana, Edy Giri R P, Sutiarso, Gunawan, Irfan H, Karakterisasi Spektrometer Hamburan Neutron Sudut Kecil Resolusi Tinggi (HRSANS, SN3), Progress Report Hamburan Neutron Vol 1, 1996, hal Bharoto and Edy Giri Rachman Putra, A New Control System Software for SANS BATAN Spectrometer in Serpong, Indonesia, AIP Conf. Proc. - Volume 1244, pp , The 2nd International Conference on Advances in Nuclear Science and Engineering TANYA JAWAB Kussigit Santosa Apakah maksud dari poin 2 pada kesimpulan bahwa perangkat lunak ini sifatnya terbuka dan apayang digunakan untuk komunikasi datadatanya? Bharoto Perangkat lunak masih bisa dikembangkan sesuai dengan permintaan pengguna, misalnya menambah kontrol temperatur pada sampel. komunikasi data menggunakan protokol RS 232C. Saminto Apakah software yang digunakan sekarang (user friendly) tersebut mempunyai versi yang sama dengan software sebelumnya? Bharoto Tidak, software lama menggunakan sistem operasi AIX, dengan berbasis perintah teks (text command) software baru dibuat dengan GUI ( Graphical User Interface) dengan berbasis grafis. Buku I hal 80