sensor dan aktuator

SENSOR, AKTUATOR, DAN

KOMPONEN SISTEM KENDALI

LAINNYA

1

Leterature :

Mikell P Groover, Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Second
Edition, New Jersey, Prentice Hall Inc., 2001, Chapter 5

2
SENSOR

•Sensor, mendeteksi variabel fisik yang diinginkan (seperti temperatur,
gaya, atau tekanan);

•Transduser, menkonversikan variabel fisik ke suatu besaran alternatif
(biasanya tegangan listrik) yang dapat diinterpretasikan sebagai nilai
variabel yang terukur.

Terdapat

berbagai

peralatan

ukur

yang

dapat

digunakan

untuk

mengumpulkan data proses manufaktur dalam penggunaannya sebagai
kendali umpan balik. Secara umum peralatan ukur tersebut dibagi dalam
dua komponen, yaitu sensor dan transduser.

Dalam berbagai hal, sensor dan transduser merupakan peralatan yang
sama;

sebagai

contoh,

suatu

saklar

batas

(limit

switch)

yang

mengkonversikan pergerakan mekanik suatu tuas (lever) kehubungan
tertutup kontak listrik.

3

Peralatan ukur

Peralatan ukur dapat diklasifikasikan atas dua katagori dasar : (1) analog
dan (2) diskrit.

•

Peralatan ukur analog akan menghasilkan signal analog kontinu
seperti tegangan listrik. Contoh : termokopel, pengukur regangan
(strain gage), dan potensiometer. Signal output dari peralatan ukur
analog harus dikonversikan ke data digital dengan suatu konverter
analog ke digital.

•

Peralatan ukur diskrit menghasilkan suatu output yang memiliki
nilai tertentu. Peralatan sensor diskrit pada umumnya dibagi atas
dua katagori : (a) biner atau (b) digital.

4

•

Peralatan ukur digital menghasilkan signal output digital, baik
dalam bentuk suatu set parallel status bits (mis. berkas sinar
sensor fotoelektrik), maupun dalam bentuk satu seri pulsa yang
dapat dihitung (mis. suatu enkoder optik). Pemakaian transduser
digital saat ini semakin meningkat karena mudah dibaca bila
digunakan sebagai instrumen pengukur yang berdiri sendiri dan
juga karena kompatibilitasnya dengan sistem kompu-ter digital.

•

Peralatan ukur biner menghasilkan suatu signal on/off. Suatu
contoh saklar batas (limit switch) dari posisi normal terbuka (off)
dioperasikan menjadi kontak listrik tertutup (on). Contoh yang
lain sensor fotoelektrik dan saklar dekat (proxi-mity switch).

Peralatan ukur diskrit :

5

Peralatan ukur yang umum digunakan dalam otomasi

•

Aselerometer (accelerometer), peralatan analog yang digunakan
untuk mengukur vibrasi dan kejut (shock);

•

Ammeter, peralatan analog yang digunakan untuk mengukur arus
listrik;

•

Saklar bimetal, saklar biner yang menggunakan kumparan bimetal
untuk membuka dan menutup kontak listrik sebagai hasil dari
perubahan tempe-ratur;

•

DC tachometer, peralatan analog yang terdiri dari generator dc
yang menghasilkan tegangan listrik yang berbanding lurus dengan
kecepatan rotasi;

•

Dinamometer, peralatan analog yang digunakan untuk mengukur
gaya, daya, atau torsi, berbasis pada berbagai fenomena fisik (mis.
strain gage, efek pisoelektrik);

6

•

Transduser pelampung (float transducer), pelam-pung yang diikatkan pada lengan tuas;
Gerakan poros lengan tuas dapat digunakan untuk mengukur ketinggian cairan dalam bejana
(peralatan analog) atau mengaktifkan saklar kontak (peralatan biner);

•

Sensor aliran fluida (fluid flow sensor), peralatan analog untuk mengukur aliran fluida,
biasanya berbasis pada perbedaan tekanan aliran fluida dalam dua pipa dengan diameter
yang berbeda;

•

Saklar aliran fluida (fluid flow switch), saklar biner sejenis dengan saklar batas tetapi
diaktifkan oleh peningkatan tekanan fluida;

•

Ohmmeter, peralatan analog untuk mengukur tahanan listrik;

•

Enkoder optik (optical encoder), peralatan digital yang digunakan untuk mengukur posisi
dan/atau kecepatan, terdiri dari piringan slot yang memisah-kan sumber cahaya dari
fotosel.

7

Contoh

pemakaian

sensor

/

transduser

sebagai

pembatas ketinggian air pada tangki :

•Kedua pelampung mendeteksi ke-
tinggian air pada limit atas dan
limit bawah  berfungsi sebagai
sensor;

•Seluruh

sistem

berfungsi

untuk

mengkonversikan

daya

mekanik

menjadi daya listrik  berfungsi
sebagai transduser, dengan kon-
disi sebagai berikut :
(1)

F < (W1 + W2)

 Motor ON

(2)

W1 + W2 = 0 & F> 0  Motor OFF
Tinggi air pada limit atas

(3)

F = W1

Tinggi

air

diantara

limit

atas

dan bawah

Tinggi air pada limit bawah

Sama dengan kondisi
motor sebelumnya



Limit
atas

Limit
bawah

Sensor

(pelampung)

Transduser

Tangki

air

W1

W2

M
F

8
AKTUATOR

•Dalam sistem kendali industri, aktuator adalah peralatan piranti keras
yang mengkonversikan signal perintah kontroler ke dalam parameter
fisik;

•Perubahan dalam parameter fisik biasanya mekanik, seperti misalnya
posisi atau perubahan kecepatan;

•Suatu aktuator adalah transduser, karena ia merubah satu jenis
besaran fisik, misalnya arus listrik, ke dalam besaran fisik yang lain,
misalnya kecepatan rotasi motor listrik;

•Signal perintah dari kontroler biasanya level rendah, sehingga suatu
aktuator

bisanya

dilengkapi

dengan

penguat

(amplifier)

untuk

memperkuat

signal

agar

dapat

digunakan

untuk

menjalankan

aktuator.

9

Berdasarkan

jenis

penguat

yang

digunakan,

aktuator

dapat

diklasifikasikan dalam tiga katagori :

Klasifikasi aktuator

•

Aktuator listrik, termasuk peralatan linear (output bergeser secara
linear) dan peralatan rotasi (output bergeser secara rotasi).

•

Aktuator hidrolik, menggunakan fluida untuk mem-perkuat signal
perintah kontroler dengan gerakan linear atau rotasi. Aktuator
hidrolik digunakan bila gaya yang dibutuhkan besar.

•

Aktuator peneumatik, menggunakan tekanan udara sebagai daya
penggerak.

Sama

seperti

aktuator

yang

lain,

gerakan

yang

dihasilkan

dapat

berupa

gerakan

linear

atau

rotasi.

Karena

tekanannya relatif rendah dibandingkan dengan aktuator hidrolik,
maka aktuator ini hanya dapat digunakan secara terbatas.

10

Aktuator yang sering digunakan dalam sistem terotomasi

•

Motor dc, motor elektromagnetik putar dengan catu daya arus
searah (dc), banyak digunakan sebagai servomotor dalam sistem
kendali. Gerakan memu-tar dapat dikonversikan ke dalam gerakan
linear dengan menggunakan ulir pengarah.

•

Piston hidrolik, piston didalam silinder mendesak-kan gaya dan
menghasilkan gerakan linear sebagai respon dari tekanan hidrolik.
Digunakan untuk gaya yang besar.

•

Motor induksi rotari, motor elektromagnetik putar dengan catu
daya arus bolak-balik (ac).

Dibanding-kan dengan motor dc

memiliki beberapa kelebihan, yaitu : lebih murah, konstruksi lebih
sederhana, dan catu daya ac lebih mudah diperoleh.

•

Motor

induksi

linear,motor

elektromagnetik gerak-kan lurus

dengan catu daya arus bolak-balik (ac). Kelebihannya : lebih cepat,
akurasi penempatan lebih baik, dan kapasitas pukulan lebih
panjang.

11

•

Silinder peneumatik, piston didalam silinder mende-sakkan gaya
dan menghasilkan gerakan linear sebagai respon tekanan udara.

•

Saklar relai (relay switch), saklar on/off membuka atau menutup
rangkaian listrik sebagai respon suatu gaya elektromagnitik.

•

Solenoid, rakitan elektromagnetik dengan dua posisi, terdiri dari
inti di dalam kumparan kawat. Inti pada umumnya ditahan pada
satu posisi dengan menggunakan per, tetapi bila kumparan diberi
catu daya, inti ditekan ke posisi yang lain. Solenoid linear lebih
banyak digunakan daripada solenoid putar.

•

Motor

langkah

(stepping

motor),

merupakan

motor

elektromagnetik putar. Putaran jarum output berbanding lurus
dengan pulsa yang diterima. Keunggulan dari peralatan ini adalah
akurasinya tinggi dan implementasinya mudah. Kelemahannya
torsinya

lebih

rendah

dibandingkan

dengan

motor

dc,

dan

kecepatannya terbatas.

12
KONVERSI ANALOG KE DIGITAL

Prosedur untuk mengkonversikan signal analog ke dalam bentuk digit
pada umumnya melalui suatu tahapan-tahapan piranti keras berikut ini
(lihat gambar) : (1) sensor dan transduser, (2) pengkondisian signal, (3)
multiplekser, (4) penguat, (5) konverter analog ke digital.

13

•

Sensor dan transduser, adalah peralatan ukur yang menghasilkan
signal analog.

•

Pengkondisian signal (signal conditioning); Signal analog kontinu
yang dihasilkan transduser membu-tuhkan pengkondisian untuk
merubahnya

ke

dalam

bentuk

yang

lebih

sesuai.

Tahapan

pengkondisian signal umumnya meliputi (a) penyaringan (filtering)
untuk menghilangkan gangguan (noise), dan (b) konversi dari satu
bentuk signal ke bentuk signal yang lain, mis. pengkonversian arus
ke tegangan.

•

Multiplekser

adalah

peralatan

saklar

(switching

device)

yang

dihubungkan dalam rangkaian seri dengan setiap saluran masuk
dari proses.

•

Penguat (amplifier) digunakan untuk menselaraskan signal masuk
(naik atau turun) dengan konverter analog ke digital (analog to
digital converter, ADC).

•

Konverter

analog

ke

digital

(ADC),

berfungsi

untuk

mengkonversikan signal analog ke dalam bentuk digital sehingga
kompatibel dengan komputer.

Peralatan konversi analog ke digital

14

Konversi analog ke digital terjadi dalam tiga fase : (1)
sampling,

(2)

kuantisasi

(quantization),

(3)

pengkodean

(encoding).

•

Sampling, terdiri dari pengkonversian signal kontinu ke dalam seri
signal diskrit pada interval periodik.

•

Kuantisasi, setiap signal analog diskrit dijadikan satu bilangan
hingga yang ditentukan dari level amplitudenya.

•

Pengkodean;Level

amplitude

diskrit

yang

diperoleh

selama

kuantisasi dikonversikan kedalam kode digital.

15
KONVERSI DIGITAL KE ANALOG

•Proses yang dilakukan dalam konversi digital ke analog (digital to
analog converter, DAC) merupakan kebalikan dari proses ADC:

•DAC mentransformasikan output digital komputer ke dalam signal
kontinu untuk menjalankan aktuator analog atau peralatan analog
yang lain;

•Konversi digital ke analog terdiri dari dua tahapan :

•

decoding, output digital dari komputer dikonversi-kan ke dalam
seri nilai analog pada saat diskrit;

•

data holding, setiap nilai tersebut dirubah ke dalam signal
kontinu

(biasanya

tegangan

listrik)

digunakan

untuk

menjalankan aktuator analog selama interval sampling.

​Contoh sensor digital dan analog

Open Ended

sebutkan minimal 3 contoh sensor analog dan digital beserta fungsinya

Draw

Gambarkan Sibol dari sensor yang anda ketahui dan beri nama

Contoh Aktuator

Open Ended

Jelaskan aktuator beserta fungsinya yang anda ketahui