AKUISISI DATA TEMPERATUR SECARA PORTABEL MENGGUNAKAN USB-DAQ DENGAN SOFTWARE LABVIEW 8.5 MUHAMMAD ARMAN 1,2, EDDY ERHAM 2, DAN AHMAD ADITYA 3 2. 3. 1. Mahasiswa Magister Sistem Teknik FT-UGM Anggota staf pengajar Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung P.O BOX 1234 Bandung 40012 Alumni Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara Politeknik Negeri Bandung. Email : arman_muh@yahoo.com Kata Kunci : akuisisi data, temperatur, usb-daq, labview Abstrak. Di era ACFTA, kebutuhan akan data dari suatu proses industri sangatlah penting. Hampir semua industri mendasari prosesnya dengan memperhatikan besaran fisik yang terjadi di dalammya. Salah satu besaran fisik yang sering diukur adalah temperatur. Namun saat ini belum banyak sistem akusisi data sederhana dan mudah yang dapat digunakan dalam proses tersebut. Paper ini mendeskripsikan proses desain dan pengujian peralatan data akuisisi temperatur portabel menggunakan thermocouple sebagai transducer, advantech 4718-AE port USB sebagai signal conditioning dan PC (personal computer) sebagai display. Untuk menambahkan fungsi hardware terhadap display, digunakan software LabVIEW 8.5. Pengujuan dilakukan dengan menggunakan kalibrator temperatur CA11E HANDY CAL (Yokogawa) dan 5 obyek dengan temperatur yang berbeda. Sampling rate 1 data/menit selama 25 menit. Karakteristik yang diuji adalah karakteristik statis meliputi akurasi, presisi, reliability dan karakteristik dinamis yaitu respon time. Dari hasil pengujian didapat nilai error sebesar 1,1 1,5 %, deviasinya antara 0,2-1,7% dan respon time pada perubahan temperature 21⁰C-50⁰C selama ±20 detik. Nilai error yang muncul disebabkan karena perbedaan impedansi antara thermocouple dengan signal conditioning. Pendahuluan Pengukuran adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan menentukan nilai suatu besaran dari suatu fenomena fisik kedalam bentuk angka. Dalam perkembangan selanjutnya dibutuhkan proses pengukuran yang otomatis, dalam kurun waktu yang lama dan waktu sampling yang tertentu. Pengukuran dapat diterapkan hampir di seluruh bidang kehidupan manusia, baik di bidang pendidikan, industri dan rekayasa, pertanian, perkebunan maupun kesehatan. Salah satu contoh aplikasi di bidang industri dan rekayasa adalah penerapan di bidang industri refrigerasi dan tata udara. Untuk dapat mengetahui performansi mesin refrigerasi kita harus melakukan pengukuran terhadap aspek aspek yang berhubungan dengan performansi mesin tersebut, seperti nilai temperatur, tekanan dan laju aliran. Nilai tersebut sangat berpengaruh penting untuk mengetahui apakah sistem tersebut bekerja dengan baik atau tidak. Pada awalnya proses pengukuran dan pengolahan data lebih banyak dilakukan secara manual oleh manusia, namun selanjutnya dengan semakin berkembangnya teknologi, pengukuran dilakukan secara otomatis dan dapat dimunculkan pada PC (Personal Computer) yang selanjutnya dapat dimonitor oleh pengguna (user). Selain itu data yang diterima dapat diolah dan dikonversikan pada sistem pengontrolan maupun analisis data. Cupilkan data yang diterima PC dikenal dengan sistem akuisisi data (data acquisition). Data akuisisi merupakan alat bantu monitoring dan pencatatan data yang diperlukan oleh suatu industri [7]. Secara definisi, data akuisisi adalah sistem yang melibatkan proses pengambilan sinyal, bentuk gelombang, dan sinyal yang telah diproses pada rentang waktu tertentu dan sampel waktu tertentu untuk memperoleh informasi yang diinginkan. C-57
Komunikasi antara signal conditioning dengan display sangat berpengaruh dalam sistem akuisisi data, pada umumnya komunikasi antara signal conditioning dan display menggunakan sistem port atau biasa disebut konektor, tipe port yaitu port serial dan parallel. Port serial terdapat 9 atau 25 pin, biasanya digunakan unuk koneksi mouse atau modem. Seiring kemajuan teknologi pada tahun 1995 hingga 1996 muncul alat komunikasi port yang baru yaitu USB. USB merupakan teknologi yang banyak kita gunakan masa kini. Universal Serial Bus (USB) adalah standar baru untuk menghubungkan PC dengan perangkat peripheral seperti printer, monitor dan modem perangkat data akuisisi. USB banyak menawarkan keunggulan dibandingkan konvensional sambungan serial dan parallel, seperti kemudahan pengguna, kinerja tinggi, kehandalan dan keamanan Dalam pengembangan sistem data akuisisi data dibutuhkan ada suatu software yang handal. Laboratory Virtual Instrument Engginering Workbench atau LabVIEW adalah software yang dibuat oleh National Instrument yang dapat menampilkan secara visual keseluruhan sistem kontrol dengan menggunakan layar monitor komputer. LabVIEW berfungsi untuk pengembangan desain kontrol dan pengetesan sistem serta melakukan simulasi-simulasi. Sebelum membuat alat, semua proses kontrol dapat disimulasikan pada program LabVIEW agar mudah melakukan troubleshooting. Pada paper ini disajikan proses desain dan integrasi serta pengujian suatu sistem akuisisi data temperatur yang dapat digunakan secara portable menggunakan port USB dengan software Labview. Metodologi Kerangka disain sistem akuisisi data temperatur secara portable dengan menggunakan USB- DAQ disusun dengan merpertimbangkan hal-hal sebagai berikut: dapat memonitoring 8 titik pengukuran temperatur yang berbeda dengan maksimum error 2%, mampu menampilkan nilai dan grafik pengukuran temperatur, dapat bekerja dengan dua pilihan sistem kerja pengukuran baik berdasarkan waktu per sampel ataupun sampel per waktu, dapat proses akuisisi data pengukuran dengan sistem manual ataupun otomatis, dilengkapi alarm dengan nilai maksimum yang diatur. Diagram blok desain sistem akuisisi data digambarkan sebagai berikut : Temperatur 8 Titik Thermocouple Adventech USB 4718- AE Komputer Labview 8.5 Gambar 1. Diagram Blok DesainSistem Akuisisi Data Komponen-komponen penting dalam sistem tersebut antara lain adalah thermocouple. Thermocouple adalah adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam suatu benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltage). Thermocouple yang digunakan pada paper ini adalah thermocouple tipe K dengan material (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni- Al alloy)). dengan rentang suhu 200 C hingga +1200 C. Advantech USB 4718 AE digunakan sebagai signal conditioning yang dapat merubah input sinyal analog ke output sinyal digital ataupun analog. Alat ini dilengkapi dengan 8 chanel input thermocouple, mv, V, ma dan 8 chanel output 5 30 Vdc dan juga kehandalan alat ini dilengkapi dengan sistem konektifitas port USB yang memudahkan untuk instalasi portable di komputer atau pun alat bantu lainya. Masukan analog pada adventech USB-4718-AE ini digambarkan sebagai berikut: C-58
Gambar 2. Analog Input USB-4718-AE Flowchart dari sistem akuisisi data temperature ini digambarkan sebagai berikut : Gambar 3. Flowchart sistem akuisisi data temperatur C-59
Seminar on Application and Research in Industrial Technology, SMART Implementasi sistem digambarkan dalam gambar berikut ini Temperatur Thermpcouple USB DAQ Gambar 4. Implementasi sistem akuisisi data temperature Pengujian Pengujuan dilakukan dilakukan dengan kalibrator temperatur CA11E HANDY CAL (Yokogawa) dan 5 obyek dengan temperatur yang berbeda,. Sampling rate 1 data/menit selama 25 menit, tampilan data dan grafik dengan jumlah pengukuran tertentu. Tampilan data dan grafik sistem akuisisi data temperatur hasil pengujian adalah sebagai berikut: Gambar 5. Tampilan gambar sistem akuisisi data temperatur Grafik hasil pengukuran temperatur pada ruangan 1 yang tak terkondisi dengan membandingkan antara data hasil akuisisi data (Labview) dengan Kalibrator standar (Yokogawa): C-60
Grafik Pengukuran Temperatur Pada Ruang 1 24,8 Temperature ( C) 24,6 24,4 24,2 LabVIEW Yokogawa 24 0 5 10 15 20 25 Time (minute) Gambar 6. Grafik pengukuran temperatur pada ruang 1 Pada Ruangan yang lain yang terkondisikan dengan lampu dan kipas grafik hasil pengukuran temperatur digambarkan sebagai berikut : Grafik Pengukuran Temperatur Pada Ruang 2 Temperature ( C) 27 26 25 24 23 0 10 20 LabVIEW Yokogawa Time (minute) Gambar 7. Grafik pengukuran temperatur pada ruang 2 Diskusi Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem akuisisi data temperatur yang dirancang dapat memberikan hasil berupa grafik dan tabel, dengan jumlah 5 buah masukan dari 8 rancangan titik ikut hal ini disebabkan karena keterbatasan jumlah thermocouple yang tersedia saat pengujian simultan yang dilakukan. Gambaran grafik dan tabel menunjukkan dinamika pengukuran yang ada dan memberikan respon pada perubahan temperatur 21 o C 50 o C selama 21 detik. Saat pengukuran dihentikan tabulasi memberikan nilai 0 yang menunjukkan bahwa sample data temperatur tidak dicuplik. Jika ditinjau nilai akurasi sistem dengan membandingkannya dengan kalibrator standar, maka nilai akurasi sistem selama proses pengukuran 1 dapat digambarkan sebagai berikut: C-61
% 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 Grafik Prosentasi Error Pengukuran Pada Ruang 1 0 5 10 15 20 25 30 Time (minute) Error Gambar 1. Grafik Prosentasi error pengukuran temperatur pada ruang 1 Nilai prosentasi error berkisar anatar 1,1% - 1,5% menunjukkan nilai yang cukup baik, mengingat dalam kerangka disain error maksimum adalah 2 %, kondisi error yang ada lebih disebabkan karena perbedaan impedansi dari thermocouple dan signal conditioning. Selanjutnya masih diperlukan pengujian lebih lanjut untuk dapat memberikan pemahaman lebih detail tentang unjuk kerja sistem akuisisi data temperatur ini. Kesimpulam Sistem akuisisi data tempetur yang dirancang telah mampu untuk digunakan dalam skala pengujian singkat dengan memperhatikan keakurasian data, kecepatan dan tampilan grafik. Diperlukan pengujian lebih lanjut untuk mengetahi performansi sistem akuisisi data yang dibuat secara lebih detail Pustaka [1]. Sachri, Sobandri.Brink, OG.Flink, RJ.Flink Dasar Dasar Ilmu Instrumentasi Bina Cipta, 1984 [2]. Cooper, William D Instrumentasi Elektronika dan Teknik Pengukuran Edisi Ke-2 Penerbit Erlangga, 1995 [3]. Gunawan, Hanapi.Paul Malvino, Albert Prinsip Prinsip Elektronika Edisi Ke-2 Penerbit Erlangga 1999 [4]. Marinkovic, Aleksandar Poertable Equipment With LabVIEW As a Tool For Tribology Experiment and Conditioning Monitoring. University of Belgrade, Faculty of Mechanical Engineering, Belgrade, Serbia, 2007. [5]. Expressway, Mopac LabVIEW Introduction Course Semester. National Instruments 11500 N. Austin, Texas, 2007 [6]. USB-4718-AE User Manual [7]. Muhammad Arman, et.al., Sistem Data Akuisisi Temperatur Menggunakan PCI 1711 dan PCLD 8710 pada Platform LabView 7.1, Jurnal Refrigerasi, Tata Udara dan Energy, Vol. 4 No. 1, Maret 2010 [8]. www.wikipedia.com C-62
Pertanyaan dan Jawaban Seminar on Application and Research in Industrial Technology, SMART T: Yang saya ketahui, pemakaian USB port yang sering terjadi kesalahan (error). Lalu bukankah tingkat kecepatan komunikasi USB masih kalah dengan serial? Mengapa anda menggunakan USB port dalam konsep ini? J: Pada dasarnya, kesalahan terjadi pada drivernya, bukan pada USB nya. Lalu yang saya ketahui pula, bahwa saat ini kecepatan USB kecepatan transfernya sudah sangat cepat seiring dengan perkembangan teknologi. T: Jenis data input termocopel apa yang cocok untuk konsep ini? J: Setiap termocopel memilki kekurangan dan kelebihan masing-masing. Mengingat juga terbatasnya dartboard. Namun, termocopel yang paling cocok adalah termocopel K. C-63