Control II ( ADC DAC)

Transkripsi

1 Modul 3 Control II ( ADC DAC) KHAMDIMUBAROK MUBAROK, M.ENG TEKNIK INDUSTRI UNIVERSITAS TRUNOJOYO MADURA Parameter dan variabel pada operasi manufaktur 1

2 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. Reaksi kimia Operasi umum pada Industri Proses Deposisi Destilasi Pemanasan Pencampuran bahan baku Casting (pengecoran) Forging (penempaan) Ekstrusi (penarikan) Permesinan Pencetakan plastik Operasi umum pada Industri Manufaktur 2

3 Perbandingan antara Kontrol Kontinyu pada industri proses dan dan Kontrol Diskrit pada industri manufaktur Faktor pembanding Pengukuran produk output Pengukuran kualitas Variabel dan parameter (sensor) Kontrol Kontinyu pada Industri Proses Berat, volume cairan, volume padatan Konsistensi, konsentrasi cairan, ketiadaan kontaminan Temperatur, laju aliran, tekanan Kontrol Diskrit pada Industri Manufaktur Jumlah part, jumlah produk Dimensi, appearance, zero defect 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 Kontrol regulator Tujuan: mempertahankan kinerja proses pada tingkat tertentu atau dalam suatu batas toleransi tertentu 3

4 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. 4

5 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. Komponen komponen utama Sistem Otomasi 5

6 Sinyal ANALOG kontinyu dari suatu proses yang diterima oleh sensor harus dikonversi menjadi nilai DIGITAL agar bisa digunakan oleh komputer Analog to Digital Converter (ADC). Data DIGITAL yang dihasilkan komputer harus dikonversi lagi menjadi sinyal ANALOG agar dapat digunakan oleh aktuator 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 5. ADC, mengubah sinyal analog menjadi digital 6

7 Note: Multiplexter MUX: mutiplexter DEMUX: de multiplexer 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. 2. Quantization memadankan sinyal analog diskrit dengan satu nilai tingkat amplitudo terbatas yang telah lhdidefinisikan i ik 3. Encoding Mengubah tingkat amplitudo diskrit menjadi kode digital 7

8 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 SalahsatumetodeygumumdigunakanadalahMetodePendekatanSuccessive (beurutan). Dalam metode ini sinyal input (dalam bentuk tegangan) 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 /2 = 2.5 V Nilaiyangtersisa=6.8 5=1.8V Bandingkan nilai yg tersisa dg tegangan percobaan 2, karena 1.8 < 2.5 maka bit kedua bernilai /2 = 1.25 V Nilai yg tersisa masih 1.8 V Karena 1.8 > 1.25 maka bit ketiga bernilai /2 = V Nilai yg tersisa = 0.55 V Karena 0.55 < 0.625, maka bit keempat bernilai 0. 8

9 /2 = V Nilai yg tersisa masih 0.55 V Karena 0.55 > 0.312, maka bit kelima bernilai /2 = V Nilai yang tersisa = = V Karena > 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. E0 =Eref (0.5*B *B *B3 + + (2^n)^ 1*Bn) 2. Data holding Mengubah nilai i waktu diskrit i menjadi jdi sinyal lkontinyu Memperkirakan pola kurva yang dibentuk oleh serangkaian data 9

10 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 zero order order hold c. Sinyal tegangan antara sampling 2 dan 3 untuk first order hold 10

11 Solusi: a. Nilai output decoder untuk ketiga sampling Sampling 1 (101000) : E0= 100 (0.5* * * * * *0) E0= V Sampling 2 (101010) : E0= 100 (0.5* * * * * *0) E0= V Sampling 3 (101101) : E0= 100 (0.5* * * * * *1) E0= V b. Zero orderorder hold antara sampling 2 dan 3 menghasilkan tegangan konstan E(t) = E0 = V c. First order hold menghasilkan tegangan yang meningkat secara teratur dengan gradien α α ={E0 E0( τ)} / t = ( ) / 0.5 = 6.25 V E (t) = t 11

12 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 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 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) 12