RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI CONVEYOR PADA PROTOYPE MONITOR PETI KEMAS DENGAN TEKNIK SERAPAN SINAR GAMA Khairul Handono, Alvano Yulian, Nur Hasan, dan Sapta T Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir- BATAN, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang 15310 E-mail : handon@batan.go.id ABSTRAK RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI CONVEYOR PADA PROTOTYPE MONITOR PETI KEMAS DENGAN TEKNIK SERAPAN SINAR GAMA. Telah dilakukan pembuatan disain sistem kendali dan sistem mekanik kemudian dilakukan perakitan dan pengujian pada portal monitor peti kemas. Tujuan penelitian ini adalah desain dan instalasi sistem kendali inverter dan sistem mekanik conveyor dengan kecepatan yang divariasikan untuk memperoleh objek gambar yang optimal. Sistem pengendalian menggunakan integrasi PID pada inverter untuk menggerakkan conveyor melalui pengaturan frekuensi mulai 0 s/d 60 Hz. Hasil awal yang telah diuji coba mampu mengendalikan dengan kecepatan terendah sampai kecepatan maksimum berturut-turut sebesar : 0,0016m/detik sampai dengan 6,06m/detik pada pengoperasian 1HZ sampai dengan 60 Hz, sesuai dengan kebutuhan kecepatan pengambilan frame data dari detektor kamera gama. Kata kunci : sistem kendali, conveyor dan portal monitor ABSTRACT A DESIGN AND INSTALLATION OF CONTROL SYSTEM AND MECHANIC SYSTEM FOR PROTOTYPE CONTAINERS MONITORING WITH GAMA RAY ABSORPTION TECHNIQUE. A design and installation of control system for prototype containers monitoring with gama ray absorption technique has been conducted. The purpose of this research is the design and installation of an inverter control system and a mechanical conveyor system with a speed that was varied to obtain optimal image object. PID control system using the integration of the inverter to drive the conveyor through the frequency setting range 0 to 60 Hz. Early results which have been tested to control with the lowest speed until the maximum speed in a row for : 0.0016 m / sec up to 6.06 m / sec respectively, on the operation of 1Hz to 60 Hz, match with the needs of the data frame capture speed of gamma camera detector. Keywords: control systems, conveyors, and portal monitors PENDAHULUAN P rototype portal monitor peti kemas adalah alat dengan skala yang diperkecil yang dirancang oleh bidang BIRI, PRPN, BATAN atas permintaan Bea Cukai yang berguna untuk mengetahui isi peti kemas di pelabuhan-pelabuhan. Verifikasi dan validasi isi petikemas merupakan persyaratan utama eksport/import barang antar negara, hal ini dapat dilakukan secara manual maupun otomatis. Verifikasi dan validasi secara manual dilakukan dengan cara membuka peti kemas dan memeriksa isinya satu persatu dan disesuaikan dengan faktur eksport/import. Metode konvensional ini tidak efektif karena menyita waktu dan tenaga, sehingga tidak cocok digunakan di pelabuhanpelabuhan besar dengan petikemas yang berjumlah ratusan dan bahkan ribuan, sehingga diperlukan sistem portal monitor otomatis. Sistem portal monitor otomatis digunakan untuk memverifikasi dan memvalidasi secara otomatis dilakukan dengan teknik sistem pencitraan. Dengan sistem pencitraan ini, petikemas diambil citranya menggunakan sinar Khairul Handono, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 109
tak tampak yang memiliki daya tembus besar, kemudian sinar yang menembus petikemas akan ditangkap oleh detektor untuk diolah menjadi citra. Citra ini kemudian diverifikasi sesuai dengan yang tercatat pada faktur eksport- import. Salah satu sistem pencitraan yang dapat digunakan untuk memindai petikemas adalah dengan teknik transmisi sinar gamma. Metodologi yang digunakan pada portal monitor adalah metode rancang bangun sistem mekanik dan sistem kendali kemudian dilakukan pengujian. Kelompok sistem mekanik mendesain kolimator, dummy, sistem support, conveyor dan sistem pengendaliannya, sedangkan kelompok sistem pengumpul data mendesain sistem akuisisi data terkomputerisasi lengkap dengan pengkondisi sinyal. Prototype portal monitor peti kemas terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu: (1) Sumber sinar gamma dan kolimator, (2) Detektor NiTl, (3) Sistem mekanik yang terdiri dari dummy, conveyor dan support, (4) Sistem data akuisisi dan (5) Sistem kendali Conveyor. Sumber sinar gamma adalah Co-60 dengan Intensitas 10 Curie yang ditempatkan pada kolimator. Sebuah detektor camera gamma diletakkan lurus sejajar dengan sumber detector ini merupakan detektor NiTl. Perangkat akuisisi data ADC, perangkat aktuasi DAC, komputer pemroses data, dan plan tempat melakukan pemindaian. Desain prototype portal monitor peti kemas diperlihatkan pada gambar 1.berikut: dummy, sebuah detektor NITl dengan diameter 6 mmm bersama preamp dan instrumentasi counter yang dapat dihubungkan ke komputer, sebuah sumber gamma dari Co-60 beserta kolimatornya, perangkat perangkat conveyor mini (mini conveyor system), serta perangkat lunak pemroses data hasil pencitraan. Conveyor mini merupakan alat angkut sederhana yang digunakan untuk memindahkan dumy sebagai simulasi dari peti kemas. Dummy adalah bentuk prototipe petikemas dengan beberapa objek phantom yang ingin dipindai berada didalamnya dan dibuat dari bahan aluminium berukuran panjang 120cm, lebar 80cm, dan tinggi 50cm. Detektor NITl dan instument pencacahnya adalah modul yang digunakan untuk menghitung jumlah cacahan dari suatu dummy kosong dan dummy berisi phantom. Sumber gamma dari Co-60 10 mci adalah module yang terdiri dari sumber itu sendiri, pengungkung radiasi dan kolimator untuk berkas beam dan titik. Foto hasil rancang bangun prototype portal monitor ditampilkan pada gambar 2. Gambar 2. Foto hasil rancang bangun prototype portal monitor TATA KERJA Sistem kendali yang digunakan untuk menggerakkan conveyor menggunakan inverter yang divariasikan dengan variabel frekuensi sampai dengan 60 HZ pada kecepatan maksimumnya. Variabel kecepatan conveyor ini disesuaikan dengan kebutuhan kecepatan pemindai citra hasil dari serapan gama. Instalasi system mengacu kepada diagram alir sistem kendali inverter diperlihatkan pada gambar 3. Berikut : Gambar 1. Desain prototype portal monitor peti kemas Untuk mewujudkan sistem pencitraan petikemas berdimensi dua ini, maka diperlukan beberapa komponen pendukung antara lain, Sistem daya Catu Kendali Inverter 0 s/d 60 Hz Motor Gambar 3. Blok Diagram Sistem Kendali Motor Conveyor Buku I hal 110 ISSN 1410 8178 Khairul Handono, dkk
Gambar 4. Komponen Sistem Kendali Inverter. Komponen system kendali terdiri dari prosessor kendali utama, interface sebagai penghubung dengan piranti luar yang terdiri dari RS 232 dan RS 485. Komponen lain yang tak kalah penting adalah system catu daya, sistem interface kontrol eksternal yang dihubungkan dengan potensio. Komponen kendali inverter diperlihatkan pada gambar 4. Seting pemrograman dilakukan berdasarkan diagram pewaktu pada kendali inverter seperti diperlihatkan pada gambar 5 dan 6. [2] Gambar 6. Diagram pewaktu kecepatan motor potensio dan sistem catu daya Gambar 5. Diagram Pewaktu Sistem kendali Inverter operasi maju dan mundur. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Desain PID Tahapan seting program dengan PID pada inverter mengikuti alur seperti ditampilkan pada Gambar 7. Khairul Handono, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 111
Gambar 7. Diagram Controller dengan pemrograman PID [2] Hasil kalkulasi analitis diperoleh fungsi transfer (tranfer function) untuk penggerak conveyor menggunakan Matlab adalah sebagai berikut [1]: Respon sistem dari persamaan fungsi transfer di atas untuk mengetahui kestabilan dari sistem ditampilkan pada gambar 8 untuk nilai proporsional Kp=300 berikut : Gambar 9 Respon step signal proporsional dan integral Gambar di atas menunjukan sistem kendali pada daerah transien pada detik 0 s/d 1.4 sedang setelah detik tersebut sistem mengalami kestabilan. Pada Gambar 9 overshoot lebih kecil. Pada gambar 10 ditampilkan respon dari step signal P, I, dan D untuk nilai Kp=350 dan Ki=300 dan Kd=50. seperti ditampilkan pada gambar 10 berikut : Gambar 8. Respon sinyal undak pada Kp =300 Gambar di atas menunjukan system kendali pada daerah transien pada detik 0 s/d 0,8 sedang setelah detik tersebut sistem mengalami kestabilan. Pada detik 0.2 mengalami overshoot cukup signifikan. Pada gambar 9 ditampilkan respon dari step signal untuk Kp=30 dan Ki=70. Gambar 9 Respon step signal P,I D Buku I hal 112 ISSN 1410 8178 Khairul Handono, dkk
Gambar 10 di atas menunjukan sistem kendali pada daerah transien tidak menunjukkan overshoot, daerah transien ini pada detik 0 s/d 1.4 sedang setelah detik tersebut sistem mengalami kestabilan. A. Pengujian Kecepatan Motor Pengujian kecepatan motor penggerak menggunakan inverter ditampilkan pada Tabel 1,dan 2 berikut : Tabel 1. Pengukuran Kecepatan Conveyor No Jarak (Cm) Frekwensi (Hz) Jumlah Pengukuran Waktu (dtk) 1 10 1 1 58 0 3 58 2 10 2,12 1 26 2 26 3 27 3 10 3 1 19 2 18 3 19 4 10 4,36 1 13 2 13 3 13 5 10 5,06 1 26 2 26 3 27 6 10 6,06 1 9 2 9 3 9 7 10 7 1 8 2 8 8 10 8 1 7 2 7 3 7 9 10 9,06 1 6 10 10 10,06 1 6 2 5 11 20 11,06 1 10 2 10 3 10 12 20 12,06 1 9 2 9 3 9 13 20 13 1 8 2 8 14 20 14,06 1 8 2 8 Tabel 2. Pengukuran Kecepatan Conveyor (lanjutan) No Jarak (Cm) Frekwensi (Hz) Jumlah Pengukuran Waktu (dtk) 15 20 15,12 1 8 2 7 16 20 18,2 1 7 17 20 18,12 1 6 18 20 22 1 6 19 20 25 1 5 2 5 3 5 20 40 30,06 1 8,81 2 8,81,91 21 40 35,12 1 8,71 2 7,88,21 22 40 40 1 7,56 2 7,71 3 7,50 23 40 45,12 1 7,15 2 7,34 3 7,50 24 40 50,06 1 6,93,90,79 25 40 55,12 1 6,85,88,75 26 40 60 1 6,66,75,84 Dari hasil tersebut dapat diinterpretasikan terhadap kebutuhan pengambilan frame data dari camera gama, dengan kecepatan terendah adalah : 10 cm tiap 60 detik atau 0,1 m/menit yang berarti 0,0016 tiap detik, ini dioperasikan pada frekuensi terendah yaitu 1 HZ. Sedangkan kecepatan maksimum nya adalah 40 cm tiap 6,66 detik atau 6,06 m /dtk, yang dioperasikan pada frekuensi 60 HZ. KESIMPULAN Telah dilakukan pembuatan desain sistem kendali conveyor pada portal monitor peti kemas. Sistem kendali ini dapat mengontrol kecepatan motor penggerak conveyor. Uji coba sistem dapat menggerakkan dummy. Hasil awal yang telah diuji Khairul Handono, dkk. ISSN 1410 8178 Buku I hal 113
coba sistem mampu mengendalikan dummy dengan kecepatan terendah sampai kecepatan maksimum berturut-turut sebesar : 0,0016m/detik sampai dengan 6,06m/detik pada pengoperasian 1HZ sampai dengan 60 HZ, sesuai dengan kebutuhan kecepatan pengambilan frame data dari detektor kamera gama. DAFTAR PUSTAKA 1. Katsuko Ogata, Modern Control Engineering,Fort edition, Prentice Hall, USA,2002 2. PMML-BJI Puslitbang KIM-LIPI, Teknik Pengendalian, Pengukuran & Kalibrasi Proses Industri, Puslitbang KIM-LIPI, Serpong, 2001 TANYA JAWAB Kusiggit Apakah alasan digunakan sumber gamma dibandingkan sinar X, apa keuntungan dan kerugiannya? Khairul Handono Sumber gamma paling mudah diperolehnya untuk uji coba. Sukidi Apakah kecepatan 0,0016 m/dt sampai dengan 6,06 m/dt sudah dapat mewakili salah satu persyaratan yang dibutuhkan untuk kendali konveyor? jika sudah bagaimana jika ada konveyor mempunyai kecepatan diatas data tersebut diatas. Khairul Handono Sudah termasuk. Karena disesuaikan dengan kecepatan kamera, untuk kecepatan diluar itu telah dibuat tersendiri. Sutiarso Apakah dalam rancang bangun ini dimasukan desain dari kolimator berkas gamma, karena kualitas citra yang dihasilkan sangat ditentukan oleh desain kolimator yang tepat untuk system tersebut? Khairul Handono Dalam makalah ini tidak dimasukkan desain kolimator berkas gamma. Desin kolimator dilakukan oleh kelompok sumber (sdr. Ikhsan). Desain kolimator telah dilakukan tetapi akan dipublikasikan tersendiri. Buku I hal 114 ISSN 1410 8178 Khairul Handono, dkk