22-sugeng

Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir Tahun 2008 ISSN 1978-9858 PTBN-BATAN, Serpong 29 Juli 2008

112

RANCANGAN PROTOTIPE PENGENDALI ALAT DISMANTLING MACHINE

Sugeng Rianto, Junaedi, Yoskasih O Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN

Kawasan PUSPIPTEK – Tangerang 15314

ABSTRAK

RANCANGAN PROTIPE PENGENDALI ALAT DISMANTLING MACHINE Telah dilakukan rancangan prototipe pengendali alat dismantling machine dengan tujuan sebagai tahap awal dalam memperbaiki sistem alat dismantling yang mengalami kerusakan. Guna lebih memudahkan pada perancangan, maka digunakan sistem yang berbasis komputer. Hasil dari rancangan prototipe pengendali alat dismantling machine ini diperoleh gambar modifikasi sistem pengendali alat dismantling dan gambar rangkaian prototipenya. Rangkaian prototipe terdiri dari dua modul interfacing yang terdiri masing – masing 24 I/O, modul driver motor stepper untuk 3 arah gerakan dan komputer sebagai pengendali alat yang didukung dengan perangkat lunaknya.

Kata kunci: rancangan, alat dismantling, sistem kendali berbasis komputer. PENDAHULUAN

Dismantling machine adalah suatu alat yang berfungsi untuk membongkar elemen bahan bakar nuklir dari hasil reaksi fisi pada reaktor RSG. Fungsi dari dismantling machine ini sama dengan fungsi kerja dari CNC (Computer Numerical Control), yang secara otomatis mengontrol mesin dengan memberikan besaran numerik kepadanya. CNC pada alat dismantling machine mempunyai model CNC 1050 buatan Jerman., dengan dimensi 483 x 132,5 x 336 mm dan berat 9 kg.

Sistem alat dismantling mengalami

kerusakan pada sistem pengontrol CNC. Indikasi terakhir adalah sistem CNC sudah tidak dapat melakukan pengendalian terhadap motor stepper pengerak tiga dimensi (arah X , Y dan Z), dengan keterbatasan suku cadang alat dimana sistem CNC sudah tidak diproduksi kembali, maka perlu modifikasi sistem pengendali secara keseluruhan. Untuk memudahkan modifikasi ini maka sistem pengendali dengan berbasis komputer merupakan salah satu alternatif, karena lebih mudah dalam pengoperasiannya dan suku cadangnya lebih mudah didapatkan.

Sebagai tahap awal dari perbaikan alat dismantling machine, maka dilakukan perancangan bentuk prototipe dari sistem kendali alat dismantling. Rancangan prototipe ini didasarkan pada hasil analisis kerusakan alat, dimana pengendali CNC tidak dapat berfungsi, sedangkan sistem lain masih dapat difungsikan.

Hasil yang harapkan adalah didapat gambar rancangan prototipe sistem pengendali alat dismantling machine terdiri dari rangkaian I/O (interfacing), rangkaian driver motor, dan sistem aktuator yaitu motor stepper, dengan keseluruhan dikendalikan sistem yang berbasis komputer.

Setelah dibuat prototipe alat dismantling machine dengan karakteristik yang mendekati alat sebelumnya, diharapkan dapat dibuat rangkaian alat pengontrol sesungguhnya untuk alat dismantling machine sebagai target dari realitas perbaikan alat. TEORI A. Tinjauan Umum Sistem Kendali

Secara umum sistem kendali terdiri atas beberapa unit komponen antara lain ; sensor/transducer yang berfungsi menghasilkan informasi tentang besaran fisis yang diukur, transmitter yang memproses informasi atau sinyal yang dihasilkan oleh sensor/transduser agar sinyal tersebut dapat ditransmisikan, controller yang berfungsi membandingkan sinyal pengukuran dengan nilai besaran yang diinginkan (set point) dan menghasilkan sinyal komando berdasarkan strategi kontrol tertentu serta aktuator yang berfungsi mengubah masukan proses sesuai dengan sinyal komando dari pengontrol. Pada sistem pengendalian berbasis komputer untuk alat dismantling machine, sensor berupa limit switch, transmitter berupa card interfacing dan driver motor, dan aktuator berupa motor

ISSN 1978-9858 Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir Tahun 2008 PTBN-BATAN, Serpong 29 Juli 2008

113

stepper pengerak tiga dimensi (arah X , Y dan Z). Blok diagram sistem kendali alat

dismantling machine secara umum ditunjukan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram kontrol secara umum Komputer pada Gambar 1 berfungsi untuk memprogram parameter–parameter untuk pengendalian aktuator motor. Hasil besaran parameter tersebut dikirim melalui card interfacing, pulsa keluaran interfacing ini kemudian dikirim ke rangkaian driver motor. Rangkaian driver motor ini dengan catu daya 12 volt digunakan untuk menggerakan motor stepper bipolar dengan arah putar dan jumlah putaran sesuai dengan parameter yang dikehendaki pada program komputer. Bagian sistem kontrol di atas terdiri dari : 1. Sistem Motor Aktuator

Motor Aktuator yang digunakan adalah Motor stepper model bipolar. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan permanen magnet. Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada posisi tertentu dan berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam atau sebaliknya. Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya.

Motor Stepper Bipolar Motor dengan tipe bipolar ini mempunyai konstruksi yang tampak pada Gambar-2.

Gambar 2 Motor Stepper Bipolar

Penggunaan motor dengan tipe bipolar ini membutuhkan rangkaian yang sedikit lebih rumit untuk mengatur agar motor ini dapat berputar dalam dua arah. Biasanya untuk menggerakkan motor stepper jenis ini membutuhkan sebuah driver motor yang sering dikenal sebagai H Bridge. Rangkaian ini akan mengontrol tiap-tiap lilitan secara independen termasuk dengan polaritasnya untuk tiap-tiap lilitan. Untuk mengontrol agar motor ini dapat berputar satu step maka perlu diberikan arus untuk tiap-tiap lilitan dengan polaritas tertentu pula.

2. Modul Pengendali Motor Stepper Modul pengendali atau driver motor stepper didasarkan pada jenis motor stepper bipolar dengan karakteristik antara lain : a. berputar 1 step apabila terjadi

perubahan arus pada koil-koilnya, mengubah pole-pole magnetik disekitar pole-pole stator.

b. Arus pada koil dapat berbolak balik untuk mengubah arah putar motor

c. Lilitan motor hanya satu dan dialiri arus dengan arah bolak-balik


114

Gambar 3

Prinsip pengendalian motor stepper Bipolar

Dari Gambar 3, dapat dilihat bahwa tiap kumparan motor terdiri dari 4 switch dengan membentuk jembatan H (H bridge) yang disederhanakan. Dalam praktek, transistor bipolar maupun MOSFET menggantikan fungsi switch S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, dan S24. Motor terdiri dari lilitan-lilitan yang merupakan komponen induktif. Jika komponen induktif dialiri arus listrik maka sejumlah medan magnet akan dibangkitkan, sehingga rotor motor akan berputar.

Urutan datanya dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel -1. Urutan Data Motor Stepper Bipolar

Terminal

1a

+ + - - - - - +

Terminal 1b - + + + - - - -

Terminal 2a - - - + + + - -

Terminal 2b - - - - - + + +

Dari urutan data motor stepper di atas dapat dibuat tabel untuk pengendalian sakelar sebagai berikut untuk posisi half step (Tabel 2) Tabel 2. Data urutan pengendalian motor stepper

bipolar

1a 2a 1b 2b

S11 S14 S21 S24 S13 S12 S23 S24

1 OFF OFF ON ON ON ON ON ON

2 OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON

3 ON ON OFF OFF ON ON ON ON

4 ON ON OFF OFF OFF OFF ON ON

5 ON ON ON ON OFF OFF ON ON

6 ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF

7 ON ON ON ON ON ON OFF OFF

8 OFF OFF ON ON ON ON OFF OFF

3. Card Interfacing Rangkaian interfacing berfungsi untuk mengatur data digital keluaran komputer dengan driver motor stepper (input) dan menerima data dari limit switch yang kemudian dikirim kembali ke komputer untuk diolah datanya (output). Pengaturan data digital ini dilakukan melalui sistem bus data pada slot ekspansi ISA komputer. Komponen inti rangkaian ini adalah IC PPI 8255 yang didukung dengan rangkaian dekoder sebagai pengalamatan peralatan (Peripheral) pada komputer. PPI (Programmable Peripheral Interface) 8255 adalah sebuah peripheral (perangkat I/O) yang dirancang untuk berbagai antarmuka peralatan luar dengan sistem mikroprosesor. PPI 8255 dikemas dalam sebuah IC 40 buah kaki. Konfigurasi pin PPI 8255 ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Konfigurasi pin PPI 8255

Fungsi masing – masing pin kendali PPI 8255 dijelaskan sebagai berikut : a. CS ( Chip Select )

Pin CS berfungsi untuk mengaktifkan PPI 8255.

b. RD ( Read Data ) Pin RD berfungsi untuk membaca data dari bus PPI 8255.

c. WR ( Write Data ) Pin WR berfungsi untuk mengirim data atau mengirim kode kendali ( control word ) ke bus PPI 8255.

d. A0 – A1 Pin A0 dan A1 digunakan untuk menentukan kode alamat pemilihan register. Dalam PPI 8255 terdapat 4 register, yaitu register port A, register port B, register port C dan register control word.

e. RESET Pada keadaan tinggi (high) mengakibatkan PPI 8255 direset.

Dalam PPI 8255 terdapat 3 port 8 bit (fasilitas I/O) yang diprogramkan untuk dioperasikan baik secara masing – masing atau gabungan, yaitu : port A, port B, dan port C. Masing – masing port ini dapat diprogram sebagai masukan maupun

ISSN 1978-9858 Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir Tahun 2008 PTBN-BATAN, Serpong 29 Juli 2008

115

keluaran. Pengkodean alamat bagi penggunaan port tersebut dilakukan dengan mengkombinaskan pin A0 dan A1 beserta pin – pin kendali CS, RD, dan WR dengan register diperlihatkan dalam Tabel 3.

Tabel 3. Konfigurasi hubungan A0–A1

dengan pin – pin control

A1 A0 RD WR CS Operasi Baca ( Input )

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

Port A Bus Data

Port B Bus Data

Port C Bus Data

Operasi Tulis ( Output )

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

Data Bus Port A

Data Bus Port B

Data Bus Port C

Data Bus Kontrol

Fungsi Salah ( disable )

X

1

x

X

1

x

X

0

1

x

1

1

1

0

0

Data bus 3 state

Kondisi Ilegal

Data bus 3 state

Konfigurasi fungsi setiap port di atas diatur dengan menggunakan control word pada bus data PPI 8255. Control word ini merupakan inisialisasi fungsi PPI 8255. Format control word ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Format Pengaturan Control Word PPI

8255 Dari tabel di atas perancangan digunakan mode 0 dimana interface berfungsi sebagai input output biasa, dengan driver motor stepper dihubungkan langsung dengan port interface.

3. Komputer Komputer berfungsi sebagai inti pengendalian sistem alat, dimana pada komputer ini terdapat slot

card interfacing yang ditanam pada komputer guna komunikasi dengan luar sistem komputer, dan sistem perangkat lunak berupa program yang mendukung sistem alat ini. Program perangkat lunak dalam perancangannya mengunakan LabVieW versi 5.1 buatan National Instrument.

B. Sistem Alat Dismantling Machine

Sistem alat terdiri dari : 1. Sistem Panel Daya Listrik, terdiri dari

beberapa bagian, yaitu : • Rangkaian Panel masukan daya listrik

untuk alat • Driver pengendalian gerakan alat

dengan 3 derajat kebebasan yaitu : a. driver X b. driver Y c. driver Z

• Keluaran driver ini adalah tegangan DC 120V dengan arus 10A.

• Modul pengendalian utama motor (cutting motor dan milling motor) dengan sistem motor 3fasa 220/380V.

• Modul sistem pengaman alat. • Power supply modul driver pengendali

gerakan. 2. Sistem Panel Kontrol, terdiri dari :

• Kendali CNC 3250 • Terminal input / output

3. Sistem Aktuator Motor, terdiri dari : • motor pengerak mesin utama (cutting

motor dan milling motor) motor pengerak utama merupakan motor listrik AC 3 fasa 220/380 V.

• motor pengendali arah gerak mesin (x,y,z), merupakan motor stepper model bipolar dengan tegangan 120 volt dan arus 10 A

• 6 Limit Switch yang terhubung pada masukan CNC 3250, berfungsi untuk membatasi arah gerakan motor pada sisi x , y dan z.

TATA KERJA 1. Peralatan dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan dalam rancangan prototipe adalah multitester digital dan toolsheet.

2. Langkah kerja Perancangan a. Sebelum melakukan perancangan,

dilakukan studi literatur dengan mempelajari dokumen terkait, kemudian dilakukan pemeriksaan dan pengecekan sistem alat dismantling dengan melakukan pengukuran parameter untuk mengetahui status sistem alat dismantling, sehingga


116

dapat diketahui bagaian mana yang masih berfungsi dan rusak. Pemeriksaan dan pengukuran yang dilakukan adalah : pemeriksaan sistem mekanik alat sesuai dengan gambar manual alat, pemeriksaan skema kelistrikan alat sesuai dengan gambar manual alat, dan pemeriksaan sistem instrumentasi alat.

b. Setelah diperoleh data status alat dismantling di atas, maka dibuat rancangan prototipe alat, yang terdiri dari sistem driver motor stepper , card Interfacing input dan output, dan perangkat lunak komputer

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil yang didapat dari pemeriksaan dan pengecekan sistem alat dismantling , ini dibuat modifikasi blok diagram alat yang lama, dimana CNC masih digunakan diubah manjadi sistem baru dengan pengendalian berbasis komputer. Gambar perubahan blok diagram alat dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Blok diagram alat dismantling machine lama

Dari Gambar 6, CNC pada A2 mengalami kerusakan, dengan pertimbangan bahwa suku cadang CNC pada saat ini sudah tidak lagi diproduksi untuk tipe yang sama dan untuk

memudahkan pemeliharaan alat, maka dibuat modifikasi sistem kendali baru berbasis komputer dengan blok diagram pada Gambar 7.


117

Gambar 7. Blok diagram alat dismantling machine berbasis komputer

Dari Gambar 7, CNC (A2) dan driver motor stepper (A1) dihilangkan, dan diganti dengan driver baru sedangkan CNC diganti dengan komputer. Masukan limit switch B1.0 sampai B3.1 yang terhubung dengan terminal UV3 pada hotcell digunakan sebagai masukan yang membatasi gerakan motor stepper pengerak

arah 3 dimensi (x,y,z). Keluaran driver motor melewati terminal X2 sebelum ke hot cell, Modul U1 merupakan modul kendali untuk mengaktifkan motor pemotong (cutting motor) dan milling motor.

Bentuk diagram rancangan prototipe alat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Blok diagram rancangan alat dismantling machine


118

Dari Gambar 8, card masukan (input) dipisahkan dengan card keluaran ( output ) guna mencegah konflik yang terjadi pada pengalamatan data. Selain itu juga kemampuan kapasitas card interfacing maksimum hingga 24 I/0. Card ini intinya menggunakan IC interfacing PPI 8255 yang pengoperasiannya sesuai dengan konsep teori di atas. Motor aktuator berupa motor stepper bipolar dengan sudut gerak 1,8o setiap stepnya, sehingga untuk menggerakan 1 putaran penuh dilakukan 200 step pada motor tersebut. KESIMPULAN

1. Telah diperoleh rancangan prototipe pengendali alat dismantling machine yang digunakan untuk mengganti pengendali CNC yang mengalami kerusakan.

2. Rancangan rangkaian pengendalian alat dismantling machine dibuat dengan berbasiskan komputer, yang terdiri dari modul interfacing dan driver komputer, serta perangkat lunak yang mendukung sistem pengendalian tersebut.

3. Sistem aktuator gerakan 3 arah ( x , y , z ) pada alat dismantling machine digerakan menggunakan motor stepper jenis bipolar, sehingga pada proses modifikasi alat harus

4. seteliti mungkin, karena model bipolar lebih rumit dibandingkan model lainnya.

DAFTAR PUSTAKA 1. ANONIM, ” Instalation Operation

Maintenance Dismantling Machine”, 1988, hal 1

2. WIDODO BUDIHARTO, “ Interfacing Komputer dan Mikrokontroller “ , penerbit PT Elek Media Komputindo, Jakarta, 2004, hal 20 s/d 30

3. WOLFGANG LINK, ”Pengukuran Pengaturan dan Pengendalian dengan PC”, PT Elek Media Komputindo, Jakarta, 1995, hal 25.

TANYA JAWAB

1. Agus Sunarto • Software apa yang digunakan pada sistem

sebelumnya • Pertimbangan apa sehingga pada

rancangan digunakan software LabView Sugeng Rianto • Software sebelumnya terintegrasi langsung

pada sistem CNC, jadi tidak diketahui jenis softwarenya

• Software LabView digunakan untuk memudahkan sistem pengendalian, karena model Software LabView adalah tampilan grafis dan sistem kerja Software adalah serempak, bukan berurutan

2. Eric Johneri

• Bagaimana antisipasi pergerakan motor menuju sumbu-Z terhadap asupan daya ataupun arus yang digunakan, agar posisi pada sumbu Z dapat dicapai.

Sugeng Rianto • Pencatu daya untuk motor stepper kendali

arah (X,Y,Z) tiap arah mempunyai catu daya tersendiri, artinya ada 3 catu daya yang masing-masing mengendalikan motor-X, motor-Y dan motor-Z, sehingga tiap posisi motor untuk tiap sumbu dapat dicapai.

22-sugeng

Documents