270 ISSN 0216-3128 Taxwim, dkk. SIMULASI DAN MONITORING SISTEM INTERLOCK MESIN BERKAS ELEKTRON PTAPB BATAN DENGAN PERANGKAT SUARA Taxwim Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, BATAN Octavian Adhi Wibowo FMIPA, Universitas Gadjahmada, Yogyakarta ABSTRAK SIMULASI DAN MONITORING SISTEM INTERLOCK MESIN BERKAS ELEKTRON PTAPB-BATAN DENGAN PERANGKAT SUARA. Telah dilakukan pembuatan program simulasi sistem interlock pada mesin berkas elektron menggunakan peringatan dengan suara. Simulasi ini menampilkan beberapa parameter keselamatan baik untuk manusia maupun mesin itu sendiri yang digunakan sebatas sistem informasi dan monitoring keselamatan. Sinyal masukan parameter interlock diambil dari data sistem interlock MBE yang telah dibuat sebelumnya, sedangkan sinyal keluaran parameter interlock berupa nyala lampu indikator (LED) dan suara sesuai dengan parameter kegagalannya. Jika terjadi interlock atau kegagalan salah satu sistem maka sistem suara akan bekerja sesuai dengan parameter kegagalannya. Rangkaian sistem ini dikendalikan oleh mikrokontroler dan rangkaian pembangkit sinyal suara yang sebelumnya telah direkam. Sistem ini baik digunakan sebagai sistem alat bantu peringatan pengoperasian peralatan yang membutuhkan keselamatan dan pengamanan yang tinggi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa simulasi dan monitoring sistem interlock dengan suara bekerja dengan baik ABSTRACT SIMULATION AND MONITORING OF INTERLOCK ELECTRON BEAM MACHINE SYSTEM OF PTAPB-BATAN USING PERIPHERAL VOICES. The simulation programs of Electron Beam Machine interlock system using warning voices have been made. This simulation presents some safety parameter for human and machine itself that is limited only for information system and safety monitoring. The input parameter signals of interlock taken from interlock data system of EBM, while output signal of interlock parameter in the form of blazing indicator lamp (LED) and voices as according for failure of parameter. If there is an interlock or failure one of system, the voice system will work according to the parameter failure. This circuit system is controlled by microcontroller and generating circuit of voices signal has been recorded previously. This system is good to be used for assist warning system in operation of equipment with high safety and security requirement. The results indicate that simulation and monitoring system of interlock with voices working successfully. PENDAHULUAN S istem keselamatan dan pengamanan perlu dilakukan secara mutlak pada suatu peralatan yang mengandung unsur berbahaya, baik itu terhadap manusia maupun terhadap peralatan itu sendiri. Salah satu sistem keselamatan dan pengaman yang sering digunakan adalah sistem interlock. Interlock merupakan salah satu sistem keselamatan yang diterapkan pada suatu peralatan yang memerlukan perhatian khusus sehubungan dengan sistem operasi untuk memperkecil kesalahan yang mungkin ditimbulkannya. Dalam penelitian ini dirancang suatu sistem monitoring interlock pada Mesin Berkas Elektron secara simulasi yang diharapkan akan memenuhi aspek-aspek keselamatan [1]. Sistem ini dilengkapi dengan sistem suara sebagai peringatan dini jika terjadi interlock, serta sebagai monitoring peringatan yang informatif dan pemandu pengoperasian MBE tersebut disamping lampu indikator. Parameter keselamatan dalam sistem interlock secara umum berupa parameter yang dapat dilihat (visible: misalnya lampu), parameter yang dapat didengar (audible: misalnya bel alarm atau voice), parameter fisika dan parameter listrik [1].
Taxwim, dkk. ISSN 0216-3128 271 Gambaran umum sistem interlock dengan voice yang terkait dengan MBE PTAPB BATAN dimulai dari pengertian Mesin Berkas Elektron secara menyeluruh. Mesin Berkas Elektron (MBE) adalah suatu alat yang dapat mempercepat elektron yang dihasilkan dari sumber elektron. Komponen utama sebuah Mesin Berkas Elektron antara lain: sumber tegangan tinggi, sumber elektron, tabung pemercepat, sistem optic dan sistem vakum [2]. Sumber tegangan tinggi berfungsi sebagai pembangkit tegangan untuk sistem pemercepat berkas elektron. Salah satu jenis sumberr tegangan tinggi yang digunakan pada MBE tersebut adalah generator Cocroft Walton. Sumber elektron merupakan salah satu unit penghasil elektron dalam hal ini menggunakan metoda filament panas [3]. Untuk mengarahkan elektron bebas dari katoda ke celah dipergunakan elektroda pendorong yang berpotensial negatif. Dalam perjalanannya menuju anoda, berkas elektron cenderung menyebar (divergen) akibat adanya gaya tolak menolak antara muatan sejenis yang dimiliki oleh masing-masing elektron. Oleh karena itu elektroda pemfokus sangat berperan untuk memfokuskan agar berkas elektron menjadi terfokus dan selanjutnya dapat melewati celah sumber elektron. Anoda yang juga berfungsi sebagai celah keluaran sumber elektron harus dapat menarik elektron sebanyak-banyaknya dari ruang sumber elektron. Oleh karena itu anoda diberi tegangan positif [3]. Tabung pemercepat berfungsi sebagai sistem pemercepat elektron dengan beda potensial tegangan yang relatif cukup tinggi. Sistem optik merupakan peralatan yang digunakan untuk memfokuskan, mengarahkan dan sebagai sistem pemayar berkas [3]. Komponen-komponen tersebut diatas perlu dikendalikan agar sesuai dengan parameter yang dikehendaki dan masing-masing tergantung satu sama lain sehingga perlu adanya sistem interlock yang akan mengatur atau memonitor suatu sistem untuk bekerja atau tidak. Agar operator dapat memonitor sistem operasinya maka dilakukan monitoring parameter interlock yang dilengkapi dengan suara sesuai dengan nama parameter yang digunakan dan dapat didengar oleh semua orang dalam ruang operasi MBE. Dalam simulasi interlock digunakan mikrokontroler dari jenis MCS51 serta perangkat suara dengan IC tipe ISD yang kompatibel dengan mikrokontroler baik untuk sistem playmode, record atau adrressing. Dengan pesatnya perkembangan system voice digital pada peralatan elektronika maka telah banyak peralatan yang dibuat dengan sangat informatif menggunakan sistem suara, sebagai contoh flasdisk mp3, audio/video recorder dan sebagainya sehingga tak ada salahnya digunakan sebagai sistem bantu monitoring pada MBE. Gambar 1. Skema Mesin Berkas Elektron PTAPB-BATAN [2]. TATA KERJA Sistem Interlock Mesin Berkas Elektron dengan suara Sistem Interlock dengan perangkat suara ini didisain sebagai peralatan pendukung peringatan jika terjadi interlock pada operasi mesin berkas elektron. Oleh karena itu sistem ini merupakan salah satu sistem yang termasuk sistem keselamatan yang dapat diterapkan pada suatu peralatan sistem operasi MBE dengan harapan dapat membantu operator dalam mengidentifikasi kesalahan/kegagalan yang kemungkinan ditimbulkan akibat pengoperasian MBE. Pada instalasi MBE di PTAPB-BATAN telah dipasang tujuh belas parameter interlock (Tabel 1), parameter interlock inilah yang digunakan sebagai masukan simulasi yang dilengkapi dengan perangkat suara [2].
272 ISSN 0216-3128 Taxwim, dkk. Tabel 1. Daftar Parameter Interlock Mesin Berkas Elektron PTAPB-BATAN (2). No Parameter No. Parameter 1. Power AC 10. HV siap 2. Emergcncy S1 11. Pemayar 3. Emergency S2 12. Pemfokus 4. Vakum 13. Berkas Bocor 5. Monitor orang 14. Blower Window 6. Suhu Ruang 15. Konveyor 7. Door Close 16. Monitor Radiasi 8. Darurat 17. Monitor Ozon 9. Kunci Kontak Operasi Gambar 2. Rangkaian sistem interlock dengan voice. Mikrokontroler Mikrokontroler menggunakan produk Atmel dengan tipe AT89C51 yang telah biasa digunakan dengan menggunakan bahasa pemrograman Basic Compiler. Mikrokontroler ini memiliki jumlah dan susunan pin, dan instruksi pemograman yang sesuai dengan standar industri untuk mikrokontroler keluarga 8051 (MCS51). Mikrokontroler AT89C51 mempunyai 4K bytes flash progmmable dan EPROM Flash memory pada chip yang dapat diprogram ulang dan telah berkembang dengan pesat dan banyak digunakan di industri [5]. Sistem simulasi interlock dengan mikrokontroler pada
Taxwim, dkk. ISSN 0216-3128 273 penelitian ini dapat digunakan sebagai sistem bantu pengaman Mesin Berkas Elektron PTAPB-BATAN. Gambar 2 menunjukkan rangkaian sistem interlock dengan mikrokontroler yang dilengkapi dengan suara. Dip switch merupakan masukan dari input simulasi yang memungkinkan untuk disambung pada unit interlock, sedangkan keluaran berupa rangkaian voice tipe ISD yang siap memberikan isyarat suara apabila terjadi interlock atau suatu aktifitas sesuai pemrograman. Keluaran juga dilengkapi dengan lampu LED sebagai indikator untuk menyatakan bahwa telah terjadi suatu aktifitas sesuai dengan posisi LED tersebut. Untuk instalasinya digunakan Port 0 (P.0.0 P.0.7) dan Port 1 (P.1.0 P.1.7) sebagai port masukan dan Port 2 (P.2.0 P.2.7), sebagai port keluaran yang dihubungkan dengan IC voice, sedangkan untuk deteksi kegagalan digunakan Interupt 0.(Gambar 2). IC Pembangkit suara Tipe ISD 2590 IC ISD merupakan salah satu produk dari Winbond s Electronic Company yang menyediakan fasilitas aplikasi untuk merekam dan menampilkan kembali pesan dalam bentuk suara dengan durasi selama 90 detik. Penyimpanan pesan diletakkan didalam memori nonvolatil yang ada didalam IC ISD2590, sehingga tidak dibutuhkan daya untuk menyimpan pesan tersebut. Pesan yang tersimpan didalam IC ISD2590 dapat bertahan selama 100 tahun, dan pesan yang dimasukkan dapat dilakukan secara berulang-ulang sampai lebih dari 100.000 kali [6]. Untuk memudahkan IC ISD2590 menyertakan semua antarmuka yang dibutuhkan untuk aplikasi dengan mikrokontroler. Pengalamatan dan control lines dapat dihubungkan dengan mikrokontroler untuk melakukan berbagai macam aktifitas, termasuk penggabungan pesan, runtutan pesan, dan manajemen pesan. Pemrograman Pada simulasi ini dibuat suatu program dengan menggunakan BASCOM versi Demo seperti diagram alir Gambar 4. Mula-mula Port P1, P2, P3 di reset atau di nolkan semua, kemudian mengecek input dari Port 0 dan Port 1 seperti ditunjukkan Gambar 3. Urutan pengecekan pada port adalah kunci kontak operasi, vakum, emergency S1, emergency S2, monitor orang, suhu ruang, door close, darurat, pemayar, pemfokus, berkas bocor, blower window, konveyor, masing-masing disertai dengan suara. Setelah tahap ini dipenuhi maka MBE siap dioperasikan dengan menaikkan tegangan STT (Sumser Tegangan Tinggi) dan sumber elektron sedang program masih tetap bekerja menunggu perintah interupsi. Apabila terjadi interupsi maka prosedur seperti pada Gambar 5 dilakukan dengan mengecek masing-masing input dan menunjukan posisi kegagalan dengan suara dan LED merah menyala. Gambar 3. Arsitektur IC ISD2590 [6].
274 ISSN 0216-3128 Taxwim, dkk. Gambar 4. Blok diagram alir pemrograman.
Taxwim, dkk. ISSN 0216-3128 275 Gambar 5. Blok diagram alir pemrograman lanjutan. HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem interlock yang telah terpasang pada Mesin Berkas Elektron PTAPB-BATAN mempunyai tujuh belas parameter interlock yang berfungsi menjaga aspek-aspek keselamatan operasi MBE. Parameter tersebut diantaranya adalah: emergency SI, emergency S2, sistem vakum, monitor orang, suhu ruangan. door close, darurat, kunci kontak operasi. HV siap diset, pemayar, pemfokus, perkas bocor, blower window. dan konveyor. Sedangkan tiga parameter power AC, monitor radiasi, dan monitor ozon, belum dimasukkan sebagai parameter interlock secara langsung karena pengamatannya masih dilakukan secara manual oleh operator [1]. Untuk dapat mengamati dan memahami lebih lanjut tentang interlock dapat dilihat pada Tabel 2 tentang daftar penggunaan port pada mikrokontroler. Dari Tabel 2 tersebut terlihat bahwa semua sinyal dari parameter masukan interlock dihubungkan pada Port 0 (P.01-P.07) dan Port 1 (P1.0-P1-7) dari mikrokontroller. Sedangkan keluaran/output dari sistem monitoring pada simulasi ini berupa suara (voice) yang disesuaikan dengan jenis parameternya dan diikuti oleh nyala lampu LED sebagai indikator kegagalannya, sebagai contoh apabila terjadi interlock pada unit vakum maka sistem akan bekerja dengan suara interlock vakum. Keluaran suara tersebut telah diprogram dengan kata-kata yang diperlukan dan telah disimpan dalam memori dari IC voice tipe ISD
276 ISSN 0216-3128 Taxwim, dkk. tersebut. Jenis kosa kata yang telah disimpan dalam memori dapat dilihat pada Tabel 3 tentang daftar kata dan sistem pengalamatan yang digunakan pada sistem voice. Dari daftar terlihat bahwa panjang kata-kata tersebut tidak sama sehingga akan menempati ruang memori yang berbeda seperti kata interlock akan menempati ruang memori sepanjang 10 bit dengan alamat 00 sedangkan kata darurat akan menempati ruang sepanjang 8 bit dengan alamat 11 dec (0bH). Untuk menghitung waktu yang tersedia pada IC voice tipe ISD 2590 tersebut adalah 90 detik jadi untuk masing-masing bit adalah sebesar 90 detik/ 255 sebesar 0.35 detik sehingga untuk kosa kata interlock yang menempati 10 bit dapat didengar dengan durasi waktu kurang lebih 3,5 detik begitu seterusnya sesuai dengan kosa kata yang diperlukan. Sistem simulasi dan monitoring interlock MBE dengan perangkat suara tersebut akan sangat membantu bagi operator yang sedang mengoperasikan peralatan karena akan memberikan peringatan dengan suara secara langsung karena terjadi kegagalan suatu sistem operasi. Sistem ini sangat mungkin digunakan sebagai sistem peringatan dini suatu mesin untuk pelengkap sistem peringatan lain yang telah digunakan. Sistem peringatan dengan suara ini disamping didengar oleh operator juga dapat didengar oleh mereka yang berada disekitar mesin tersebut sehingga akan membantu sebagai peringatan bila terjadi sesuatu terhadap mesin tersebut. Tabel 2. Daftar penggunaan port pada mikrokontroler. No Pin Port Keterangan 1. P1.0 Input Emergency S1 2. P1.1 Input Emergency S2 3. P1.2 Input Vakum 4. P1.3 Input Monitor Orang 5. P1.4 Input Suhu ruang 6. P1.5 Input Pintu 7. P1.6 Input Kunci Kontak Radiasi 8. P1.7 Input Monitor Radiasi 9. P0.0 Input Pemayar 10. P0.1 Input Pemfokus 11. P0.2 Input Berkas Bocor 12. P0.3 Input Blower Window 13. P0.4 Input Konveyor 14. P0.5 Input Monitor Ozon 15. P0.6 NC NC 16. P0.7 NC NC 17. P2.0 Output 18. P2.1 Output 19. P2.2 Output 20. P2.3 Output 21. P2.4 Output 22. P2.5 Output 23. P2.6 Output 24. P2.7 Output Untuk alamat ISD2590 25. P3.0 NC NC 26. P3.1 NC NC 27. P3.2 Input INT0 28. P3.3 Input INT1 29. P3.4 NC NC 30. P3.5 Output Hv siap diset 31. P3.6 Output SE siap diset 32. P3.7 Output Door lock
Taxwim, dkk. ISSN 0216-3128 277 Tabel 3. Daftar kata dan sistem pengalamatan yang digunakan pada sistem voice. No Suara Alamat Suara Keterangan DEC HEX A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 INTERLOCK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 DARURAT 11 0B 0 0 0 0 1 0 1 1 3 PINTU 19 13 0 0 0 1 0 0 1 1 4 HV 29 1D 0 0 0 1 1 1 0 1 5 BLOWER 35 23 0 0 1 0 0 0 1 1 6 SE 44 2C 0 0 1 0 1 1 0 0 7 VAKUM 53 35 0 0 1 1 0 1 0 1 8 TIDAK 63 3F 0 0 1 1 1 1 1 1 9 SUHU 73 49 0 1 0 0 1 0 0 1 10 OPERASI 83 53 0 1 0 1 0 0 1 1 11 PEMAYAR 94 5E 0 1 0 1 1 1 1 0 12 PEMFOKUS 105 69 0 1 1 0 1 0 0 1 13 BERKAS 115 73 0 1 1 1 0 0 1 1 14 WINDOW 125 7D 0 1 1 1 1 1 0 1 15 KONVEYOR 135 87 1 0 0 0 0 1 1 1 16 RADIASI 146 92 1 0 0 1 0 0 1 0 17 OZON 156 9C 1 0 0 1 1 1 1 0 18 SIAP 166 A6 1 0 1 0 0 1 1 0 19 TERKUNCI 177 61 1 0 1 1 0 0 0 1 20 TERTUTUP 188 6C 1 0 1 1 1 1 1 0 21 BOCOR 199 C7 1 1 0 0 0 1 1 1 22 TINGGI 209 D1 1 1 0 1 0 0 0 1 KESIMPULAN Dari hasil simulasi dan monitoring sistem interlock MBE PTAPB BATAN dengan perangkat suara ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Sistem perangkat suara merupakan salah satu sistem bantu pada parameter keselamatan sistem interlock untuk kategori parameter yang dapat didengar disamping bel alarm (audible). 2. Sistem perangkat suara sangat membantu operator dalam mengidentifikasi kegagalan karena ditunjukkan oleh suara dan lampu indikator pada operasi MBE. 3. Apabila terjadi interlock akan diketahui tidak hanya oleh operator tetapi juga oleh orang lain disekitar mesin tersebut. 4. Perangkat suara tersebut dapat dengan mudah diprogram dan dikendalikan oleh mikrokontroler sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan. DAFTAR PUSTAKA 1. TAXWIM, SAMINTO, Simulasi dan Monitoring Sistem Interlock Pada Mesin Berkas Elektron PTAPB BATAN Dengan Mikrokontroler, Prosiding seminar nasional teknologi dan aplikasi akselerator, PTAPB- BATAN, Yogyakarta, Nopember 2006. 2. SAMINTO, dkk., Model Simulasi System Interlock Mesin Berkas Elektron PTAPB-
278 ISSN 0216-3128 Taxwim, dkk. BATAN Berbasis Labview, PPIPDIPTN, PTAPB-BATAN, Yogyakarta, Juli 2006. 3. Kumpulan Makalah Seminar Sehari Perancangan Mesin Berkas Elektron 500 KeV/10 ma, PPNY-BATAN, Yogyakarta, 1996. 4. TAXWIM, dkk., Aplikasi Remote Control Infra Merah Untuk Sistem Kendali Aktuator Catu Daya Sumber Elektron Pada MBE 350 kev/10 ma, Prosiding PPIPDIPTN, P3TM-BATAN, Yogyakarta, Juli 2003. 5. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_doc uments/doc0313.pdf 6. Winbond Electronics Corporation, http://www. datasheetcatalog.com/datasheet_pdf /I/S/ D/2 /ISD2590.html TANYA JAWAB Saefurrochman Yang membedakan suara-1 dengan yang lainnya apa? Apa tak menggunakan frekuensi? Taxwim Yang membedakan adalah address (alamat) memori dari suara yang disimpan dalam IC ISD. Tidak, menggunakan rekaman suara langsung.