Gambar 2.4. Peralatan ini terdiri dari sumber cahaya dan detektor. Ketika suatu objek bergerak ke dalam slot maka garis cahaya akan hancur. Peralatan ini diciptakan
dengan bentuk standar yang bervariasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4a. Untuk mengoperasikannya daya harus disediakan untuk LED, dan sinyal output
diambil dari phototransistor seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4b, yang menyediakan TTL – level 5 V atau 0 V output. Ketika slotnya terbuka, cahaya
mengenai transistor maka akan menyala. Ketika sinar terganggu maka transistor akan mati dan collector akan naik hingga 5 V melalui resistor.
a b
Gambar 2.4. a Tipe bentuk b Rangkaian
II.3.3 Hall – Effect Proximity Sensors
Pada tahun 1879 E. H. Hall menetapkan efek yang dinamakan efek hall yang berasal dari namanya sendiri. Dia menemukan sifat khusus dari tembaga dan
kemudian semikonduktor yang lain. Mereka dapat menghasilkan tegangan dalam medan magnet. Ini adalah merupakan sifat utama dari germanium dan indium. Efek
hall sebenarnya digunakan untuk wattmeter dan gaussmeter, dan sekarang juga digunakan untuk sensor proximity. Gambar 2.5 menunjukkan beberapa tipe aplikasi.
Universitas Sumatera Utara
Dalam semua kasus sensor efek hall menghasilkan tegangan ketika medan magnetk meningkat dengan sendirinya. Ini dapat dilakukan dengan menggerakkan magnet atau
mengubah garis medan magnet tetapi nilai dari tegangan hall tidak bergantung pada pergerakan magnetnya melainkan bergantung pada medan magnetnya. Gambar 2.6
menunjukkan bagaimana efek hall bekerja. Pertama – tama sumber tegangan eksternal digunakan untuk menghasilkan arus I pada semikonduktor kristal. Tegangan output
V
H
melewati bagian dari kristal secara tegak lurus dengan arah arus. Ketika medan magnet didekatkan maka tegangan negatif akan dibelokkan ke satu sisi untuk
menghasilkan tegangan. Hubungan ini dapat dijelaskan pada rumus berikut ini :
V
H
D KIB
= ..................................................................................................... 2-1
Dimana : V
H
K = Konstanta bergantung pada material = Tegangan efek hall
I = Arus dari sumber eksternal
B = Medan magnet D = Konstanta ketebalan
a b
Gambar 2.5. a Berhadapan b Bergeser
Universitas Sumatera Utara
c d Gambar 2.5. c Notch d Deteksi metal
Gambar 2.6. Cara Kerja Efek Hall
Rumus 2-1 menyatakan bahwa V
H
sebanding dengan I dan B. Jika I adalah konstan dan V
H
sebanding dengan medan magnet B. Oleh karena itu output tidak sesungguhnya on atau off. Untuk memperoleh aksi switch maka output harus seperti
deteksi ambang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7a. Rangkaian ini menggunakan dua penguat pembanding comparator amps untuk menghasilkan
tegangan swith yang tinggi dan rendah. Ketika V
H
mencapai 0,5 V penguat atas akan menyalakan R-S flip-flop dan ketika mencapai 0,25 V maka penguat bawah akan
mematikan flip-flop. Untuk bekerjanya rangkaian ini, maka kita harus memastikan
Universitas Sumatera Utara
magnet cukup mendekati sensor agar V
H
mencapai 0,5 V dan magnet cukup menjauhi sensor agar V
H
Sensor efek hall yang lengkap dapat dibeli dalam bentuk IC. Salah satu contoh adalah Allegro 3175 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7b. Allegro terdiri dari
sensor X, bagian arus silang, dan deteksi ambang. Transistor akan bekerja ketika medan magnet mencapai +100 gauss dan tidak bekerja ketika menurun hingga –100
gauss. Transistor dapat memuat 15 mA, yang dapat mengatur relay kecil atau rangkaian digital secara langsung. Sensor efek hall biasanya digunakan pada banyak
aplikasi. Sebagai contoh, katup keyboard computer dan sensor proximity dalam mesin.
mencapai 0,25 V.
a b
Gambar 2.7. a Deteksi Ambang b Allegro UGN – 3175
Universitas Sumatera Utara
BAB III SENSOR PROXIMITY JENIS KAPASITIF
Ujung dari suatu sistem kontrol otomatis adalah alat pendeteksian atau sensor. Saat ini terdapat berbagai jenis sensor yang telah dipergunakan di industri, dan
teknologi sensor ini akan terus berkembang. Sensor proximity adalah suatu instrumen elektronika yang dapat mendeteksi
suatu pelat – pelat logam, dalam hal ini digunakan untuk mengetahui ketepatan posisi. Proximity sensor memiliki jarak deteksi yang relatif pendek, mulai dari beberapa
milimeter sampai beberapa centimeter saja. Semakin besar dimensi sensor, jarak pendeteksian juga semakin jauh.
III.1 Sensor Proximity Jenis Kapasitif
Sensor proximity jenis kapasitif dengan bantalan penyangga ditunjukkan pada Gambar 3.1a. Sensor proximity seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1b
mendeteksi suatu objek berdasarkan prinsip perubahan kapasitansi. Biasanya untuk mengukur perubahan kapasitansi ini digunakanlah osilator. Rangkaian sensor
proximity ditunjukkan pada Gambar 3.2.
a
Universitas Sumatera Utara
b Gambar 3.1. a Sensor Proximity dengan bantalan penyangga
b Sensor Proximity tanpa bantalan penyangga
Gambar 3.2. Rangkaian Sensor Proximity
Kapasitansi dari sebuah kapasitor pelat paralel ditentukan oleh :
C =
d kA
ε farad ......................................................................................... 3-1
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
A = Luas masing – masing pelat m
2
k = konstanta dielektrik d = jarak kedua pelat m
εo = 8,85 x 10
-12
Farad m
Karena A, εo, dan d adalah konstan k1 maka rumusnya sebanding dengan
C = k . k1 ........................................................................................................ 3-2
Ketika sensor belum mendeteksi pelat dalam hal ini sinyal hanya mengenai girder maka bahan dielektriknya adalah udara dengan k = 1 dan kapasitasnya C =
Co. Dimana Co adalah kapasitansi awal. Tetapi ketika sinyal sensor mengenai sebuah pelat atau objek konduktivitas lainnya maka konstanta dielektriknya berubah menjadi
lebih besar dari 2 k 2, dan kapasitansinya C menjadi C1. Dengan terjadinya kenaikan kapasitansi maka menyebabkan perubahan frekuensi osilator sehingga
switch yang tadinya normally open menjadi close atau sebaliknya. Berikut ini dapat dilihat bagaimana sensor proximity tidak mendeteksi pelat dan mendeteksi pelat pada
Gambar 3.3 dan Gambar 3.4.
Gambar 3.3. Sensor Proximity Tidak Mendeteksi Pelat
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4. Sensor Proximity Mendeteksi Pelat
III.2 Prinsip Kerja Sensor Proximity Jenis Kapasitif
Sensor proximity jenis kapasitif terdiri dari empat bagian utama yaitu pelat dieletrik dielectric plate, osilator, trigger, dan output. Gambar 3.5a menunjukkan
diagram blok sensor proximity. Sensor proximity jenis kapasitif mempunyai banyak kesamaan dengan sensor proximity jenis induktif. Perbedaan utama antara kedua jenis
ini adalah sensor proximity jenis kapasitif menghasilkan medan elektrostatik sedangkan jenis induktif menghasilkan medan elektromagnetik. Sensor proximity
jenis kapasitif akan mendeteksi logam sama bagusnya dengan mendeteksi yang bukan logam non logam seperti kertas, kaca, cairan, dan kain.
Permukaan bagian perasa dari sensor proximity jenis kapasitif ini dibentuk dari dua buah elektroda logam yang berbentuk konsentris. Ketika sebuah objek
mendekati permukaan bagian perasa maka objek itu akan memasuki medan elektrostatik dari elektroda – elektroda tersebut dan mengubah kapasitansi dalam
rangkaian osilator. Sebagai hasilnya, osilator akan mulai berosilasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5b. Setelah itu rangkaian trigger akan membaca
frekuensi dari osilator dan ketika mencapai level yang spesifik, bagian output dari sensor akan berubah dari normally open NO menjadi close atau sebaliknya dari
normally closed NC menjadi open. Ketika objek menjauhi permukaan bagian perasa
Universitas Sumatera Utara
dari sensor frekuensi dari osilator akan menurun, maka bagian output dari sensor akan berubah kembali seperti semula.
a
b Gambar 3.5. a Diagram Blok Sensor Proximity b Osilasi Osilator
III.3 Jenis – Jenis Sensor Proximity
Berikut ini adalah berbagai jenis sensor proximity secara umum, yaitu :
III.3.1 Sensor Proximity Induktif
Sensor proximity jenis induktif beroperasi dengan membangkitkan medan elektromagnet frekuensi tinggi dan menginduksi arus eddy di target material. Sensor
ini berfungsi untuk mendeteksi objek besi atau metal. Meskipun terhalang oleh benda
Universitas Sumatera Utara
non – besi sensor akan tetap dapat mendeteksi selama dalam jangkauannya. Jika sensor mendeteksi adanya besi di area deteksinya maka kondisi output akan berubah.
Sensor ini dapat dengan efektif menggantikan limit switch atau mechanical switch
yang merupakan teknologi lama.
III.3.2 Sensor Proximity Kapasitif
Sensor proximity jenis kapasitif berisi osilator RC teredam. Sensor ini akan mendeteksi semua objek yang ada dalam jarak deteksinya baik metal maupun non-
metal. Misalnya untuk pendeteksian level tangki biji plastik, atau mendeteksi ada atau
tidaknya bahan dalam sebuah saluran.
III.3.3 Sensor Proximity Magnetik
Sensor proximity jenis magnetik menggunakan magnetisasi tanpa menggerakkan bagian untuk mendeteksi objek di dekat sensor. Dari jenis – jenis
sensor proximity di atas sensor proximity jenis induktif dan kapasitif adalah yang paling banyak dipergunakan dalam industri.
III.4 Komponen – Komponen Pendukung Sensor Proximity
Komponen – komponen pendukung dari sensor proximity terdiri dari kapasitor, kapasitansi, konstanta dielektrik, trigger, sensor kapasitif, osilator.
III.4.1 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah pelat metal yang dipisahkan oleh
Universitas Sumatera Utara
suatu bahan dielektrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Bahan – bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain.
Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan – muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama
muatan – muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak
bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non- konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung –
ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya
muatan – muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 3.6. Prinsip Dasar Kapasitor
Kapasitor dapat diisi oleh suatu suplai DC lewat resistor yang memadai, seperti yang terlihat pada Gambar 3.7. Ketika saklar S ditutup, tegangan V
s
akan menyebabkan arus mengalir ke dalam salah satu sisi kapasitor dan ke luar dari sisi
yang lain.
Gambar 3.7. Sirkit pengisian kapasitor
Universitas Sumatera Utara
Arus ini tidak tetap karena adanya penyekat dielektris, sehingga arus menurun ketika muatan pada kapasitor meninggi, sampai v
C
= V
S
ketika i = 0. Grafik i dan v
C
merupakan bentuk eksponensial, seperti yang tampak pada Gambar 3.8.
a b
Gambar 3.8 a Grafik tegangan pengisian kapasitor b Grafik arus pengisian kapasitor
Setelah beberapa lama T = CR detik, tegangan itu akan naik menjadi 0,63 V
S
volt dan arusnya menjadi 0,37 V
S
Pengosongan kapasitor mirip dengan cara itu. Dengan dihilangkannya suplai, sirkit kapasitor – resistor menjadi terhubung singkat, seperti yang terlihat pada Gambar 3.9.
Ketika saklar S ditutup, arus mengalir dari salah satu sisi kapasitor yang mengandung muatan dan kembali ke sisi yang lain.
R amper. Hasil CR disebut konstanta waktu sirkit dan sangat banyak digunakan dalam sirkit osilator dan sirkit penentuan waktu.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9. Pengosongan kapasitor
Ketika v
C
turun sampai nol, arus juga menghilang. Kurva pengosongan v
C
dan i juga berbentuk eksponensial, seperti pada Gambar 3.10.
a b
Gambar 3.10 a Grafik tegangan pengosongan kapasitor b
Grafik arus pengosongan kapasitor
Dengan menganggap bahwa kapasitor mula – mula diisi sampai V
S
, maka v
C
dan i masing – masing akan menjadi 0,37 V
S
volt dan 0,37 V
S
R amper setelah T = CR detik.
Universitas Sumatera Utara
III.4.2 Kapasitansi
Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1
coulomb = 6.25 x 10
18
elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan
tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = CV .......................................................................................................... 3-3
Q = muatan elektron dalam C coulombs C = nilai kapasitansi dalam F farad
V = besar tegangan dalam V volt
III.4.3 Konstanta Dielektrik
Target yang standar adalah sangat menentukan untuk setiap sensor jenis kapasitif. Target yang standar biasanya didefenisikan sebagai logam atau air. Sensor
kapasitif bergantung pada konstanta dielektrik suatu target atau material, semakin besar konstanta dielektrik suatu material maka semakin mudah untuk dideteksi.
Gambar 3.11 berikut ini menunjukkan hubungan antara konstanta dielektrik dari suatu target dengan kemampuan sensor mendeteksi material berdasarkan angka jarak
pendeteksian Sr.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11. Hubungan konstanta dielektrik dengan kemampuan sensor Sebagai contoh suatu sensor kapasitif mempunyai angka jarak pendeteksian 10
mm dan targetnya adalah alkohol. Jarak pendeteksian yang efektif Sr adalah sekitar 85 atau 8,5 mm. Tabel 3.1 berikut ini menunjukkan konstanta dielektrik dari
beberapa material. Tabel 3.1. Konstanta Dielektrik Beberapa Material
Material Konstanta Dielektrik
Alkohol 25,8
Kaca 5
Karet keras 4
Kayu 2,7
Udara vakum 1
Marmar 8
Kertas 2,3
Parafin 2,2
Porselen 4,4
Air 80
Universitas Sumatera Utara
III.4.4 Trigger
Trigger adalah rangkaian pembanding yang memasukkan umpan balik positif, dimana rangkaian ini menunjukkan terjadinya histeresisi, yaitu suatu perbedaan besar
tegangan pindah pada saat tegangan masuk naik dan tegangan masuk menurun. Gambar 3.12 menunjukkan simbol trigger.
Gambar 3.12. Simbol Trigger
III.4.5 Sensor Kapasitif
Sensor kapasitif adalah satu bagian dengan kapasitor, sensor kapasitif terdapat pada bagian depan sensor proximity. Ketika sebuah objek melewati di depan sensor
maka akan berpengaruh pada kapasitor dengan bergantung pada bahan material dielektriknya, dan sensor mengukur kapasitansi yang dihasilkan.
III.4.6 Osilator
Osilator adalah rangkaian yang menghasilkan bentuk gelombang periodik yang spesifik, misalnya gelombang kotak, segitiga, gigi gergaji, atau sinusoida.
Ada dua kelas utama dari osilator yaitu relaxation dan sinusoidal. Relaxation Oscillator membangkitkan gelombang segitiga, gigi gergaji dan bentuk gelombang
nonsinusoida lain. Sinusoidal Oscillator terdiri dari penguat dan komponen luar yang
Universitas Sumatera Utara
digunakan untuk membangkitkan bentuk gelombang sinusoidal osilasi. Berdasarkan
pembangkitannya, osilator dibedakan menjadi dua :
–
Free running oscillator
–
Triggered oscillator Untuk free running oscillator terdapat empat kebutuhan agar osilator umpan balik
bekerja:
–
Penguatan amplification
–
Umpan balik positif
–
Pembentuk frekuensi
–
Power supply Seluruh osilator umpan balik memerlukan beberapa devais atau mekanisme
yang menyediakan penguatan gain yang dikombinasikan dengan sebuah susunan umpan balik. Gambar 3.13 menunjukkan diagram rangkaian osilator secara umum.
Gambar 3.13. Diagram oscilator umpan balik secara umum
Universitas Sumatera Utara
III.5 Data Teknis
Sensor proximity mempunyai data teknis sebagai berikut :
Merk dagang : Omron
Nomor : E2K – C25MY1
Tipe sensor : Kapasitif
Ukuran body : 34 mm
Tipe body : Shielded
Supply tegangan : 90 – 250 VAC. 5060 Hz
Konsumsi arus : 1 mA maksimum pada 100 VAC
2 mA maksimum pada 200 VAC Objek yang dideteksi
: Logam dan non logam Sensitifitas
: Dapat diatur Jarak Pendeteksian
: 3 – 25 mm Ukuran standar target
: 50 x 50 x 1 mm Tipe output
: SCR – NO E2K – C25MY1 Beban maksimum
: 200 mA Respon frekuensi
: 10 Hz Beban minimum
: 5 mA Indikator
: Output operation red LED Suhu operasi
: –25
o
– 70
o
Getaran : 10 – 55 Hz
C
Bantalan penyangga : Y92E – A34
Universitas Sumatera Utara
III.6 Data Engineering
Sensor proximity mempunyai data engineering jarak operasi operation range, hubungan antara jarak deteksi dengan ukuran material, dan jarak deteksi pada material
yang umum seperti ditunjukkan pada Gambar 3.14, Gambar 3.15, dan Gambar 3.16.
Gambar 3. 14. Jarak Operasi antara jarak deteksi mm dengan kepala deteksi sensor atau detecting head mm
Gambar 3.15. Hubungan jarak deteksi mm dengan ukuran material mm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.16. Jarak deteksi mm versus material yang umum
III.7 Dimensi Sensor
Gambar 3.17 menunjukkan dimensi sensor dan Gambar 3.18 menunjukkan dimensi bantalan penyangga sensor mounting bracket.
Gambar 3.17. Dimensi Sensor
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.18. Dimensi bantalan penyangga sensor mounting sensor
III.8 Trolley
Trolley seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.19 merupakan bagian dari crane pengganti anoda atau ACC anode changing crane yang menjalankan sebagian
perangkat utama seperti anode latch, anode wrench, crust breaker, alumina spout serta ejector, terdapat pada trolley. Pada bagian badan girder dari trolley terdapat
pelat – pelat logam yang nantinya akan dideteksi oleh sensor proximity jenis kapasitif. Selain itu trolley juga dilengkapi dengan oil hydraulic pump untuk sistem penggerak
hidroliknya. Trolley bergerak secara melintang traversing dengan dua buah motor induksi
sebagai motor penggeraknya. Motor ini akan menggerakkan roda traversing pada jalur rel yang terdapat pada bagian atas girder. Untuk memperkuat posisi trolley pada
Universitas Sumatera Utara
girder, trolley juga dilengkapi dengan dua pasang side roller, upper side roller dan lower side roller. Power supply untuk trolley diambil melalui drum cable ikut
bergerak saat trolley melakukan gerakan melintang traversing.
Gambar 3.19. Trolley
Universitas Sumatera Utara
BAB IV PROSES PENGATURAN POSISI TROLLEY
Pada PT. Indonesia Asahan Aluminium terdapat tiga unit pengolahan yang menjadi jantung perusahaan, salah satunya adalah unit reduksi, unit ini mengolah
balok – balok anoda menjadi aluminium cair melalui proses elektrolisa pada tungku reduksi. Untuk mengangkat balok – balok anoda ini digunkanlah crane serba guna
yaitu crane pengganti anoda atau ACC anode changing crane.
IV.1 Crane Pengganti Anoda anode changing crane
