RANCANG BANGUNG SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALI (SIK) PADA PEREKAYASAAN PENCITRAAN PETI KEMAS Dian F Atmoko, Alvano Y, A Indarzah, dan Haerul H PRPN BATAN, Kawasan PUSPIPTEK, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310 ABSTRAK. RANCANG BANGUN SISTEM INSTRUMENTASI DAN KENDALI (SIK) PADA PEREKAYASAAN PENCITRAAN PETI KEMAS. Dalam transportasi perdangangan digunakan kontainer sebagai media pengangkut barang dalam skala besar. Untuk menjamin keamanan, keselamatan serta tidak terjadi penyalahgunaan, maka dilakukan verifikasi dan validasi terhadap muatan kontainer tersebut baik secara manual maupun otomatis. Secara manual berarti dilakukan secara langsung dengan membukan tutup kontainer kemudian memeriksa isinya. Secara otomatis artinya memeriksa isi kontainer dengan tanpa membuka tutupnya, tetapi menggunakan media pemindai yang terdiri dari pemancar dan penerima. Sistem pemindai kontainer yang ada saat ini menggunakan pemancar sinar x dan sinar gamma sebagai pemancarnya, dan sebagai penerima digunakan detektor. Saat ini telah dilakukan rekayasa teknis untuk menciptakan produk sejenis dalam skala kecil, dengan menggunakan teknik serapan sinar gamma. Untuk melindungi operator dari paparan radiasi dalam mengorasikan perangkat tersebut maka dibuat sistem kendali dari jarak jauh menggunakan TCP/IP protocol terintegrasi pada PLC. Sistem kendali ini dapat mengatur arah dan gerak motor konveyor, mengatur proses buka/tutup kolimator sumber radioaktif serta mengendalikan kamera monitor. Dari hasil uji diperoleh sistem kendali ini dapat dioperasikan sesuai dengan fungsinya melalui jaringan lokal. Kata kunci: sistem kendali, PLC, TCP/IP protokol ABSTRACT DESIGN MANUFACTUR OF INSTRUMENTATION AND CONTROL SYSTEM (I&C) FOR IMAGING OF CONTAINER. Container is used in trade transportation to bring things in big scale. To guarantee the safety and secure and also avoid the illegality, the verification and validation to its content manually and automatically will be done. Manually means open the lid of container directly then check the content. Automatically means check the content without open the lid but uses the scanning media which consist of transmitter and receiver. Recently container scanning system uses x-ray and gamma ray as the transmitter and the receiver as detector. Now days have done the engineering to create the similar product in small scale by use the technical absorb of gamma ray. To protect operator from radiation exposure within the device is made control system remotely using TCP / IP protocol which is integrated in the PLC. This control system can adjust the direction and motion of the conveyor motors, set the open / close collimator radioactive sources as well as control the camera monitor. From the test results obtained the control system can be operated in accordance with its function over a local network. Keywords: control system, PLC, TCP/IP protocol - 121 -
1. PENDAHULUAN Dalam masalah transportasi perdagangan ekspor/impor, baik menggunakan moda darat, laut, dan udara, barang-barang muatan dikirim dari satu tempat ke tempat lain menggunakan tempat yang disebut kontainer. Untuk mengetahui barang muatan yang ada di dalam kontainer dapat atau untuk melaksanakan verifikasi dan validasi barang muatan dalam kontainer, dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu secara manual dan otomatis. Khususnya untuk sesuatu hal dalam kondisi tertutup serta berhubungan dengan masalah waktu diperlukan suatu alat untuk mendeteksi isi barang muatan. 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 pelabuhan-pelabuhan besar dengan peti kemas yang berjumlah ratusan dan bahkan ribuan, sehingga diperlukan sistem portal monitor otomatis. Barang muatan itu sendiri dapat berupa bahan pangan, bahan elektronik, barang berbahaya (limbah atau B3) serta dapat juga bahan nuklir. Sejak tahun 2010, PRPN - BATAN mulai melakukan rancang bangun dan mendesain prototipe instalasi portal monitor dengan teknik serapan sinar gamma yang berfungsi untuk memindai kontainer dan peti kemas. Tujuan kegiatan ini adalah mewujudkan kemandirian dan daya saing perekayasaan sistem pencitraan peti kemas dimensi dua dengan teknik serapan sinar gamma serta penguasaan teknologinya. Gambar 1. Desain portal monitor peti kemas [1] - 122 -
Prototipe portal monitor peti kemas terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu : (1) Sumber sinar gamma dan kolimator, (2) Detektor NaI(Tl), (3) Sistem mekanik yang terdiri dari dummy, konveyor, dan support, (4) Sistem data akuisisi, dan (5) Sistem kendali konveyor. Sedangkan komponen-komponen yang lain, antara lain; (1) sumber sinar gamma adalah Co-60 dengan intensitas 10 Curie yang ditempatkan pada kolimator, (2) sebuah detektor camera gamma diletakkan lurus sejajar dengan sumber detektor ini merupakan detektor NaI(Tl), (3) perangkat akuisisi data ADC, perangkat aktuasi DAC, komputer pemroses data, dan plan tempat melakukan pemindaian. Dalam makalah ini akan membahas tentang sistem instrumentasi dan kendali (SIK) pada prototipe pecitraan peti kemas (portal monitor). SIK ini berfungsi untuk mengendalikan laju dan arah konveyor, proses buka/tutup koloimator sumber radioaktif, dan kendali kamera monitor. 2. TEORI 2.1.Sistem Instrumentasi dan Kendali Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat membantu dalam hal kelancaran operasional, keamanan (investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi), mutu produk, dll. Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu produk sesuai standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau di kendalikan antara lain tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), kerapatan (intensity), dll. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan proses (process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua hal tersebut berhubungan erat, namun keduanya sangat berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu Process Control Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat instrumentasi, sedangkan disiplin ilmu Process Control System mengenai sistem kerja suatu proses produksi. - 123 -
Pada prinsipnya ada empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu mengukur, membandingkan, menghitung, mengkoreksi. Pada waktu operator mengamati ketinggian level, yang dikerjakan sebenarnya adalah mengukur process variable (besaran parameter proses yang dikendalikan). Ada dua sistem kontrol pada sistem kendali/kontrol otomatis yaitu : Open Loop (Loop Terbuka), Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi pengontrolan. Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran tidak di umpanbalikkan ke parameter pengendalian. Close Loop (Loop Tertutup),Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap aksi pengendalian yang dilakukan. Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan dan sinyal umpan balik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendalian (controller) untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati harga yang diinginkan. 2.2. Programmable Logic Controller (PLC) Pada sistem kendali otomatis dibutuhkan sebuah kontroler. Kontroler berfungsi melakukan kalkulasi sesuai dengan algoritma yang ditanamkan ataupun diterapkan pada kontroler tersebut. Sebagai suatu kontroler, Programmable Logic Controller (PLC) dapat memberikan solusi yang diinginkan. Programmable Logic Controller (PLC) merupakan salah satu anggota komputer yang menggunakan IC ataupun peralatan elektromekanik untuk melakukan fungsinya sebagai kontroler. PLC memungkinkan melakukan beberapa fungsi seperti penyimpanan perintah-perintah yang digunakan untuk mengontrol, data yang telah dimanipulasi, berkomunikasi dengan perangkat lain. PLC didefinisikan sebagai suatu perangkat elektronik digital dengan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksiinstruksi yang menjalankan fungsi-fungsi spesifik seperti: logika, sekuensial, pengaturan, waktu (timing), pencacahan (counting), dan aritmatika, untuk mengontrol suatu mesin atau proses industri sesuai dengan yang diinginkan. PLC mampu mengerjakan suatu proses terus menerus sesuai variabel masukan dan memberikan keputusan sesuai keinginan pemrograman sehingga nilai keluaran tetap terkontrol [2]. Dalam kegiatan ini digunakan Programmable Logic Control (PLC) T100MD1616+ merupakan bagian dari keluarga super PLC seri-m dari Triangle Research International yang bermarkas di Canada. Kelebihan dari PLC ini hampir sama dengan mikrokontroler yang dimodelkan untuk mesin pembangun OEM (Original Equipment Manufacturers), - 124 -
yaitu sama bagusnya dalam hal otomasi. PLC T100MD1616+ memiliki: 16 digital input, 16 digital output, 5 analog input/output yang sudah ada di dalamnya. Input/output tersebut dapat diperbanyak sampai 96 digital input dan 96 digital output dengan cara menambahkan EXP1616R atau EXP4040. Hal ini dirancang untuk sistem yang membutuhkan banyak konektivitas sehingga biaya produksi maupun operasi bisa diminimalkan sedikit mungkin. PLC T100MD1616+ dilengkapi dengan komunikasi Ethernet, serta mendukung komunikasi dengan menggunakan protokol Modbus RTU, Omron C20H, Modbus ASCII, maupun Host link command (Tri, 2006a). Untuk mempermudah penggunaan serta aplikasi dari perkembangan teknologi yang semakin maju, PLC T100MD1616+ dilengkapi dengan software client/server dari Trilogi, dan bisa terprogram serta langsung tersambung dengan internet. Bentuk PLC T100MD1616+ ditunjukan pada gambar 2. Gambar 2. Rangkaian penyusun PLC T100MD1616+ [3] 2.3. Pemrograman dengan Ladder Diagram dan Visual Basic Dalam kegiatan ini digunakan dua jenis pemrograman, yaitu pemrograman dengan ladder diagram dan pemrograman dengan visual basic. Pemrograman ladder diagram merupakan pemrograman yang dibenamkan pada PLC dalam bentuk diagram alir proses kendali. Microsoft Visual Basic (VB) merupakan sebuah bahasa pemrograman yang - 125 -
menawarkan Integrated Development Environment (IDE) visual untuk membuat program perangkat lunak berbasis sistem operasi Microsoft Windows dengan menggunakan model pemrograman (COM). Visual Basic merupakan turunan bahasa pemrograman BASIC dan menawarkan pengembangan perangkat lunak komputer berbasis grafik dengan cepat. Pada kegiatan ini visual basic digunakan untuk membuat tampilan user interface (UI), yang menghubungkan operator dengan perangkat keras PLC. 2.4. Jaringan komputer, Jaringan komputer adalah sekumpulan komputer, serta perangkat-perangkat lain pendukung komputer yang saling terhubung dalam suatu kesatuan. Media jaringan komputer dapat melalui kabel-kabel atau tanpa kabel sehingga memungkinkan pengguna jaringan komputer dapat saling melakukan pertukaran informasi, seperti dokumen dan data, dapat juga melakukan pencetakan pada printer yang sama dan bersama-sama memakai perangkat keras dan perangkat lunak yang terhubung dengan jaringan. Setiap komputer, ataupun perangkat-perangkat yang terhubung dalam suatu jaringan disebut dengan node. Dalam sebuah jaringan komputer dapat mempunyai dua, puluhan, ribuan atau bahkan jutaan node. Dengan bertambahnya computer dalam jaringan naka diperlukan protocol resmi yang mampu dikenal oleh semua perangkat pada jaringan tersebut, salah satunya Transmission Control Protocol (TCP) atau lebih dikenal dengan sebutan Internet Protocol (IP) [4]. 3. TATAKERJA (BAHAN DAN METODE) RANCANGAN Tahapan kegiatan rancang bangun system instrumentasi dan kendali (SIK) portal monitor ini merupakan kegiatan lanjutan dari kegiatan yang telah dilakukan pada tahun 2010 s.d 2011, yaitu: a. Melakukan evaluasi terhadap konsep desain dan desain dasar SIK untuk kendali arah dan laju konveyor, kendali buka/tutup kolimator sumber radioaktif, dan kendali kamera monitor. b. Tahapan berikutnya membuat desail desain untuk modul-modul tersebut. c. Kemudian dari detail desain akan dihasilkan komponen/modul yang diperlukan untuk kebutuhan tersebut, dalam bentuk bill of quantity. d. Setelah dilakukan proses procurement, maka tahapan berikutnya adalah melakukan konstruksi dan instalasi modul-modul menjadi prototipe yang siap untuk diuji. - 126 -
e. Prototipe yang telah di konstruksi dan instalasi diuji sesuai metode dan dan kriteria keberterimaan. Dalam kegiatan ini proses evaluasi juga dilkukan apabila terjadi ketidak sesuaian terhadap hasil uji, sehingga betul-betul mendapatkan prototipe yang mendekati atau sama dengan criteria keberterimaan. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Rancang bangun ini terdiri dari perancangan perangkat keras modul kontrol dan perancangan perangkat lunak. Sebagai media komunikasi digunakan port TCP/IP sehingga PLC dapat dioperasikan dari jarak jauh. Perancangan perangkat keras terdiri atas modul-modul yang berfungsi sebagai pengendali kerja dari motor konveyor dan buka/tutup sumber radiasi. Sedangkan untuk perancangan perangkat lunak dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman diagram ladder yang terdapat pada perangkat lunak Trilogi 5.3 dan Microsoft Visual Basic. Perancangan perangkat lunak ini juga berfungsi sebagai interface sekaligus untuk mengupload program ke PLC. Dengan perangkat lunak ini terdapat fasilitas online monitoring sehingga user memungkinkan untuk melakukan monitoring terhadap besaran-besaran fisika yang dikontrol. Sedangkan pengujian perangkat keras ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari modul kontrol yang telah dibuat. Berikut uraia proses pada tiap-tiap kegiatan. 4.1. Perangkat Keras Perangkat keras pada Sistem Instrumentasi Kendali (SIK) portal monitor terdiri dari: a. Network Lain/Wide Area Network (WAN), WAN digunakan untuk menghubungkan jaringan lokal yang satu dengan jaringan lokal yang lain, sehingga pengguna atau komputer di lokasi yang satu dapat berkomunikasi dengan pengguna dan komputer di lokasi yang lain. Pada SIK portal monitor, WAN dapat digunakan untuk pemantauan atau kontrol jarak jauh bagi operator maupun programmer. b. Wifi Router, berfungsi sebagai penghubung antar dua atau lebih jaringan untuk meneruskan data dari satu jaringan ke jaringan lainnya. Pada SIK portal monitor, wifi router digunakan untuk menghubungkan computer proses, IP camera, dan modul control - 127 -
c. Modul Kontrol, pada SIK portal monitor, modul kontrol berfungsi untuk mengendalikan laju dan arah motor konveyor melalui inverter, dan mengendalikan motor penggerak tuas kolimator yaitu membuka atau menutup. d. Komputer, pada SIK portal monitor berfungsi untuk melakukan komunikasi antara operator dengan perangkat keras lain. e. Kamera monitor, pada SIK portal monitor dilengkapi dengan kamera monitor untuk memantau keadaan yang terjadi di area tersebut. Kamera monitor dapat diakses dengan memasukkan alamat IP dari kamera tersebut. Blok diagram perangkat keras untuk kebutuhan SIK portal monitor ditunjukan pada gambar 3. Gambar 3. Perangkat Keras SIK Portal Monitor Blok diagram perangkat keras (hardware) untuk modul kontrol SIK portal monitor terdiri dari Modul PLC (CPU,I/O dan TCP/IP port), Modul Relay, Modul Catu daya dan modul konektor. Blok diagram modul control SIK dapat dilihat pada gambar 4. - 128 -
Gambar 4. Blok Diagram Modul Kontrol 4.2. Perangkat Lunak Pembuatan perangkat lunak ini menggunakan 2 (dua) bahasa pemrograman, yaitu pemrograman untuk PLC menggunakan ladder diagram dan pemrograman untuk tampilan user interface, menggunakan visual basis versi 6.0. Bentuk ladder diagram untuk SIK portal monitor yang dibenamkan pada PLC ditunjukkan pada gambar 5. Gambar 5. Bentuk ladder diagram SIK portal monitor [5] - 129 -
Parameter ladder diagram terdiri atas input (in), rele (r), dan output (out). Input berfungsi memberikan sinyal masukkan untuk mengaktifkan rele dan output plc. Rele digunakan untuk mempertahankan kondisi masukkan maupun keluaran dalam bentuk fungsi interlock maupun umpan balik. Output plc berfungsi memberikan sinyal keluaran yang akan digunakan untuk mengaktuasi modul rele sesuai dengan fungsinya. Program tampilan user interface untuk SIK portal monitor yang didisain terdiri atas beberapa bagian, yaitu : Tampilan untuk kamera monitor dengan dilengkapi isian untuk IP addres dari kamera yang akan digunakan, tampilan tombol-tombol aktuasi terdiri dari tombol motor konveyor on, motor konveyor off, motor source on, motor source off, konveyor forward, konveyor reverse dan konveyor speed. Tampilan indikator, terdiri atas tanda-tanda dalam bentuk blok warna yang akan berubah warna jika salah satu tombol-tomboll aktuasi di aktifkan. Indicator ini terdiri dari motor konveyor on, motor konveyor off, motor source on, motor source off, konveyor forward, konveyor reverse dan konveyor speed. Tampilan untuk koneksi ke PLC. Bentuk diagram alir proses dan desain tampilan perangkat lunak SIK ditunjukan pada gambar 6 dan 7. Gambar 6. Diagram alir proses perangkat lunak SIK portal monitor - 130 -
Gambar 7. Desain Windows Interface SIK Portal Monitor 4.3. Pengujian Modul Pengujian dilakukan terhadap modul-modul dan integrasi antar modul (perangkat). Dari hasil pengujian modul PLC dan modul rele, diperoleh hasil modul-modul tersebut dapat dioperasikan sesuai dengan kriteria yang telah ditetapkan. Untuk mengetahui apakah PLC T100MD1616+ terhubung dengan PC maka diketikan command string IR*. Jika antara PC dan PLC T100MD1616+ terhubung dengan baik maka pada TLServer akan memberikan respon berupa response string IR01*. Pengujian modul yang terintegrasi dilakukan dengan cara menghubungkan seluruh modul menjadi perangkat. Kemudian setelah semua modul terintegrasi selanjutnya memberikan catu daya dan menjalankan program user interface untuk SIK portal monitor. Dari hasil uji diperoleh, saat tombol-tombol di aktifkan maka modul kendali akan memberikan respon sesuai dengan fungsinya. Misalnya motor konveyor on/ off, kolimator terbuka atau tertutup. Masing-masing indikator akan memberikan respon sesuai dengan aktuasi yang dilakukan. Hasil dari perangkat keras dan hasil pengujian pada perangkat lunak SIK ditunjukkan pada gambar 8 dan 9. - 131 -
Gambar 8. Bentuk perangkat keras SIK portal monitor setelah di konstruksi dan diuji Gambar 9. Hasil uji tampilan dan respon perangkat lunak SIK portal monitor. 5. KESIMPULAN Dari hasil rancangan dan pengujian dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Modul-modul perangkat keras dapat berfungsi sesuai dengan criteria yang telah ditentukan. 2. Modul perangkat lunak user interface (UI) telah berfungsi sesuai dengan yang direncanakan. 3. Motor dc penggerak tuas kolimator membutuhkan arus kerja yang besar, sehingga catu daya yang digunakan diganti menjadi batere. - 132 -
6. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh anggota tim yang telah turut memberikan ide dan kemampuannya dalam menyelesaikan kegiatan ini. 7. DAFTAR PUSTAKA 1. BUDIHARDJO, S., Program Manual Perekayasaan Sistem Pecitraan Peti Kemas dengan Teknik Serapan Sinar Gamma, PRPN, Tangerang Selatan (2010). Tidak terbit. 2. JACK HUGH, Automating Manufacturing System With PLSs, Version 4.7, (2005). 3. ANONYMOUS, T100MD+(& T100MX+) User s Manual, Triangle Research International, Inc, (2004). 4. ANONYMOUS, Jaringan Komputer, (2012). Available: http://id.wikipedia.org/wiki/jaringan_komputer, tanggal akses 8 Oktober 2012. 5. ANONYMOUS, Internet Trilogi Programmer Reference, Triangle Research International, Inc, (2009). TANYA JAWAB Pertanyaan 1. Dijelaskan bahwa start awal pengangkatan/penggerakan tuas kadang bisa, kadangkala tidak. Apakah hal tersebut bisa dihitung lebih awal, besarnya bebannya sehingga dapt dipilih instrument yang tepat sehingga tidak terkesan trial dan error (coba-coba)? (ACHMAD SUNTORO) Jawaban 1. Seharusnya dapat dilakukan pengukuran dan perhitungan untuk mengangkat tuas kolimator tersebut tetapi hal tersebut belum dilakukan oleh tim mekanik - 133 -