Jenis-Jenis Instrumentasi Proses Industri

 

Sensor/Instrumentasi Proses Industri

Instrumentasi adalah peralatan yang digunakan untuk aktivitas pengukuran dan pengendalian (detector and controller) pada suatu sistem proses. Dalam sebuah pabrik atau industri, hampir semua mesin proses menggunakan berbagai jenis instrumentasi, baik itu mesin-mesin produksi, maupun mesin-mesin pendukung (utility). Beberapa contoh instrumentasi adalah thermostat untuk mendeteksi besaran temperature, level switch untuk mendeteksi level permukaan suatu zat dalam sebuah wadah atau tangki, proximity switch untuk mendeteksi keberadaan suatu benda pada jarak tertentu, dan masih banyak sekali contoh lainnya.

 

Pengetahuan mengenai jenis-jenis instrumentasi proses industri sangat penting dipahami baik oleh seorang proses engineer (atau industrial technologiest) maupun mekatronik engineer, terutama bagi seseorang yang bekerja pada sebuah perusahaan yang bergerak dibidang machine maker. Dalam bidang industri atau pabrik, berdasarkan pengalaman penulis pribadi, umumnya hal-hal yang berkenaan dengan instrumentasi ini, masuk dalam tanggung jawab departemen elektrikal, baik pekerjaan instalasi, reparasi, maupun pemeliharaannya.

 

Pada kesempatan ini, kami ingin membahas mengenai jenis-jenis instrumentasi yang sering digunakan pada suatu proses dalam kegiatan industri. Tulisan ini akan sangat cocok bagi anda yang sedang mempelajari pengetahuan dasar tentang proses dan teknologi industri, karena kami akan memuat contoh-contoh relevan yang umum digunakan dalam suatu proses industri. Berikut adalah jenis-jenis instrumentasi proses industri yang akan kami sajikan secara mendasar.

 

1. Level Switch

 

Level switch digunakan untuk mendeteksi level permukaan suatu zat dalam sebuah tangki atau wadah. Level switch  membutuhkan power suplai, setiap teknologi akan berbeda nilainya, ada yang menggunakan tegangan 24Vdc, 220Vac, dan lain-lain. Kemudian, ia akan memiliki port sinyal output (biasanya nilai sinyal sama dengan power suplainya), dimana port tersebut akan mengirim sinyal output apabila probe level switch tersentuh oleh zat yang menjadi media.

 

Level switch memiliki beberapa jenis berdasarkan prinsip kerjanya. Ada yang probe nya bergetar saat diberikan power suplai (vibrating level switch), saat probe tersentuh zat atau produk, getaran akan teredam atau hilang (frekuensi getar berubah). Perubahan kondisi tersebut akan dianggap sebagai sentuhan produk, dan level switch akan otomatis mengirim sinyal output. Jenis lainnya adalah probe nya berputar (rotary level switch), probe akan berputar digerakkan oleh motor listrik, umumnya motor dc (dinamo), ketika probe tersebut terendam produk, dinamo akan mengalami over-torque, sehingga putaran akan berhenti dan port signal mengirim sinyal output. Jenis lainnya adalah admittance level switch, probenya akan mendeteksi nilai admitansi disekitarnya, dimana pada kondisi awal mendeteksi admitansi udara, kemudian ketika suatu zat menyentuh probe tersebut, admitansi yang terbaca akan berubah dan ia akan mengirim sinyal output.

 

Dalam aplikasi proses industri, sinyal output tersebut biasanya digunakan untuk kontrol suatu sistem. Contoh, level switch dapat digunakan untuk mengontrol sistem pengisian sebuah tangki, saat level switch membaca tangki dalam kondisi kosong, sistem pengisian akan berjalan (misalnya pompa), dan ketika tangki terbaca oleh level switch dalam kondisi penuh, maka sinyal output dari level switch digunakan untuk mematikan sistem pengisian secara otomatis. Dan masih banyak fungsi lainnya, bisa disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing user.

 

2. Temperature Sensor

 

Temperatur sensor berfungsi sebagai pendeteksi besaran temperature atau suhu. Beberapa jenis temperature sensor adalah thermocouple, RTD, Thermostat, thermowell dan temperature transmitter, yang memiliki prinsip kerja berbeda-beda. Namun, secara proses kerja, semuanya memiliki kesamaan, mereka mengubah kondisi panas yang dirasakan oleh probe nya, dan mengubahnya menjadi sinyal listrik (0-10 Vdc atau 4-20 mA), dimana sinyal listrik ini analogis dengan sinyal output pada level switch.

 

Sinyal output dari temperature sensor umumnya akan dijadikan input pada sebuah unit temperature controller. Temperature controller tersebut akan mengubah sinyal listrik dari sensor, menjadi suatu angka dalam satuan derajat suhu (celcius, reamur, kelvin, atau Fahrenheit). Selain berfungsi sebagai display suhu, temperature controller dapat digunakan juga untuk mengontrol suatu proses. Contoh pada proses pemanasan air atau zat lain, mula mula sistem akan menyalakan unit heater, lalu saat suhu produk yang terbaca oleh temperature sensor mencapai nilai set point yang di input melalui controller, maka controller akan mengirim sinyal output untuk mematikan unit heater. Contoh lain pada proses pendinginan (freezer, chiller, AHU, air conditioner), prinsipnya mirip dengan proses pemanasan, namun pada proses pendinginan, biasanya temperature controller digunakan untuk mengontrol compressor (pada refrigeration system), atau mengontrol sebuah control valve air dingin pada sistem heat exchanger.

 

3. Load Cell

 

Load cell adalah instrumentasi yang digunakan untuk mendeteksi atau mengontrol berat (massa) suatu benda.  Load cell dapat mengubah beban mekanis yang dirasakan oleh komponen pegas (tagangan pegas), menjadi sinyal listrik. Tegangan pegas yang dirasakan load cell akan linear sebanding dengan berat benda yang di bebankan kepadanya, sehingga nilai sinyal listrik juga akan linear terhadap berat benda. Sama halnya dengan temperature sensor, load cell juga memiliki suatu unit controller, yang dapat mengubah sinyal output load cell menjadi angka dalam satuan massa (kg atau ton).

 

Load cell kapasitas kecil digunakan dalam timbangan digital. Dalam praktik industri, kerap digunakan load cell dengan kapasitas jauh lebih besar. Contohnya digunakan untuk mengetahui massa produk dalam suatu wadah atau tangki.  Bila suatu tangki memiliki 3 buah kaki untuk berdiri, maka dibutuhkan 3 unit load cell sebagai tumpuan kaki tangki terhadap lantai. Pada unit controller, kondisi saat tangki kosong dapat dikalibrasi untuk terdisplai nilai 0 kg, sehingga saat tangki diisi suatu produk, maka display massa pada controller adalah berat produk dalam tangki. Selain mendisplai massa, sama halnya dengan sistem temperature controller, load cell juga dapat digunakan untuk mengontrol suatu proses industri, misalnya untuk proses penimbangan dan pencampuran recipe, dimana sinyal output hasil pengolahan controller dapat digunakan untuk mengontrol jalannya unit-unit lain, seperti pompa feeding, conveyor, mixer atau agitator, dan lain-lain, sesuai kebutuhan penggunaan.

 

4. Proximity Switch

 

Proximiti switch adalah instrumentasi untuk mendeteksi keberadaan suatu benda pada jarak tertentu. Sensitifitas sensor ini dapat di atur untuk jarak tertentu, lebih jauh atau lebih dekat. Sama halnya dengan level switch, saat sensor mendeteksi keberadaan benda, ia dapat mengirim sinyal output untuk mengontrol sesuatu. Contoh yang banyak ditemui adalah pada mesin hand dryer, saat kita letakkan tangan didekat sensor, sensor akan mengirim sinyal untuk menyalakan blower dan heater, sehingga angin hangat meniup dan mengeringkan tangan kita yang basah.

 

Pada aplikasi industri, proximity switch banyak digunakan dalam berbagai mesin produksi. Misalnya pada mesin pencetak coklat, ketika cetakan berada pada posisi tertentu yang dikontrol oleh unit proximity switch, sensor akan mendeteksi keberadaan cetakan, dan sensor akan mengirim sinyal ke sistem pengisi cetakan, sehingga cetakan terisi oleh coklat. Contoh lain adalah pada proses packaging suatu produk makanan, dimana saat sensor mendeteksi keberadaan produk, sistem packaging akan bekerja untuk mengemas produk tersebut. Dan sangat banyak contoh lainnya.

 

Proximity switch memiliki beberapa jenis berdasarkan prinsip kerjanya. Ada jenis yang menggunakan beam (laser), dimana ia akan mendeteksi pantulan laser ketika laser menabrak suatu benda, perbedaan sudut pantul dan sudut pancar dapat menentukan jarak sensor dengan benda. Jenis lainnya adalah menggunakan gelombang acoustic (suara berfrekuensi tinggi), dimana sensor memanfaatkan kecepatan suara pantulan Kembali ke sensor, dan menghitung jarak sensor dengan benda. Jenis lainnya adalah capasitive proximity switch, dimana sensor akan memancarkan medan listrik disekelilingnya, dan bila ada benda yang mendekat, medan listrik akan terganggu sehingga sensor dapat mendeteksi keberadaan benda. Jenis terakhir adalah inductive proximity switch, yang mana sama halnya dengan capasitive, namun jenis ini menggunakan medan magnet. Oleh karena menggunakan magnet, sensor ini hanya bisa mendeteksi benda-benda metal (besi, baja, tembaga, dan lain-lain), dan tidak bisa mendeteksi material isolator (plastik, keramik, kayu, dan lain-lain).

 

5. Limit Switch

 

Limit switch menggunakan kontak fisik untuk memutus atau menghubungkan rangkaian listrik. Umumnya digunakan untuk membatasi posisi suatu benda atau mengetahui posisi suatu benda apakah sedang ada di bawah, di atas, di samping, atau lainnya. Limit switch banyak digunakan pada sistem radar pelampung toren air bersih pada rumah tangga maupun pabrik, dimana saat pelampung turun pada posisi tertentu, switch akan menyambungkan suplai listrik ke pompa, sehingga toren terisi air, dan saat pelampung naik pada ketinggian tertentu, switch akan terputus sehingga pompa air berhenti menyuplai air ke dalam toren. Limit switch juga sering digunakan pada pintu-pintu panel listrik, dimana saat pintu tertutup, switch akan memutus suplai listrik ke lampu penerangan panel, dan saat pintu panel listrik dibuka, switch akan menyambungkan suplai listrik ke lampu sehingga lampu menyala menerangi bagian dalam panel listrik tersebut.

 

Pada aplikasi mesin industri, limit switch kerap digunakan untuk membatasi pergeseran posisi suatu komponen mesin.  Misalnya pada suatu mesin yang perlu berputar setengah lingkaran sebesar 180 derajat dalam satu siklus, dan perlu berubah arah putar pada siklus berikutnya. Mula-mula motor listrik akan memutar komponen dari titik 0 derajat, dan limit switch di letakkan pada titik 180 derajat. Saat komponen yang diputar mencapai limit switch, switch akan memutus suplai listrik sehingga motor berhenti, lalu sistem akan mengubah arah putar motor kearah sebaliknya. Untuk mendapatkan gerak bolak-balik per siklus 180 derajat, maka dibutuhkan 2 unit limit switch yang diletakkan pada titik 0 derajat dan 180 derajat.

 

6. Pressure Switch

 

Umumnya pressure switch digunakan untuk mengontrol tekanan suatu zat fluida. Dalam pressure switch, terdapat set point limit atas tekanan dan set point batas bawah tekanan. Selain itu, ia mempunyai kontak relay NO (normally open) dan NC (normally closed). Bila kita menggunakan relay NO, maka, saat pressure switch  mendeteksi tekanan limit atas, kontak akan berubah dari awalnya open, menjadi close. Kemudian kontak akan tetap close hingga tekanan yang terbaca turun mencapai set point limit bawah tekanan, maka switch akan open Kembali. Akan berlaku sebaliknya bila kontak yang kita gunakan adalah NC.

 

Kontak relay tersebut digunakan untuk kontrol sinyal dalam suatu proses. Contoh penggunaan pressure switch adalah pada sistem pompa hydrant, switch digunakan untuk on-off pompa secara otomatis berdasarkan nilai target tekanan air pada sistem hydrant, dengan tujuan untuk menjaga tekanan hydrant pada nilai yang relative konstan.

 

Contoh penggunaan lainnya adalah untuk proteksi dalam sistem feeding mesin produksi. Misal suatu mesin pengolah minuman, memiliki batas tekanan 4 bar, sedangkan sistem feeding mesin menggunakan pompa, maka pressure switch dapat digunakan pada rangkaian kontrol pompa untuk safety fitur, apabila tiba tiba tekanan suplai ke mesin naik mencapai 4 bar atau lebih, switch akan memutus suplai listrik ke pompa feeding. Dan masih banyak aplikasi lainnya.

 

7. Pressure Transmitter

 

Pressure transmitter memiliki probe berupa membrane, yang dapat mendeteksi tekanan, dan mengubah tekanan yang di rasakan menjadi sinyal listrik (umumnya 4-20 mA), kemudian sinyal listrik tersebut ditransmisikan ke sebuah controller. Sinyal output dari pressure transmitter umumnya akan diolah oleh PLC (programable logic control) untuk mendefinisikan sinyal 4 mA sebagai nilai batas bawah tekanan (dalam Bar, Pascal, Atm, PSI) dan mendefinisikan 20 mA sebagai batas atas nilai tekanan. Perubahan sinyal output akan dikonversi oleh PLC atau controller  menjadi angka dalam satuan tekanan yang linear dalam rentang batas bawah dan batas atas tersebut. Kemudian umumnya digunakan juga HMI (human machine interface) sebagai panel displai dan operasi dari PLC. Pressure transmitter dapat melakukan semua fungsi dari pressure switch, akan tetapi lebih adjustable dan fleksibel untuk dikembangkan  penggunaannya pada berbagai macam aplikasi dengan sistem controller yang lebih kompleks dan terintegrasi.

 

8. Flow Meter

 

Flow meter memiliki prinsip yang sama dengan pressure transmitter, hanya saja ia mendeteksi debit atau flowrate aliran suatu fluida (air atau produk lain). Umumnya sinyal output dari flow meter menggunakan sistem 4-20 mA juga. Pada aplikasi industri, instrument ini sering dipasang secara inline pada sistem pemipaan transfer produk (contohnya coklat, minuman, gas, air), untuk mengetahui debit aliran dalam satuan liter per menit, meter kubik per jam, dan lain-lain. Selain itu, dapat juga digunakan untuk mengontrol recipe pencampuran bahan baku yang berbasis volume, yaitu untuk mengontrol sistem feeding untuk mendapatkan volume akurat sesuai set point yang diharapkan. Hal ini analogis dengan penggunaan load cell untuk kontrol produk berbasis massa/berat.

 

9. Flow Switch

 

Flow switch memiliki fungsi jauh lebih sederhana dibandingkan dengan flow meter. Umumnya flow switch hanya digunakan untuk mendeteksi kondisi ada atau tidak ada aliran fluida pada suatu sistem proses. Secara proses kerja, instrument ini mirip dengan pressure switch yang mendeteksi tekanan dan mengubah status kontak relay.  Saat flow switch mendeteksi adanya aliran, ia akan mengubah status kontak relay dari open menjadi close, atau sebaliknya dari close menjadi open (tergantung kontaknya NO atau NC). Instrument ini sering digunakan pada mesin water chiller (pendingin air), dimana syarat sistem refrigerant bekerja adalah harus ada aliran air di dalamnya, untuk mencegah terjadinya pembekuan dalam chamber heat exchanger. Mesin lain dengan kebutuhan sarat aktivasi dengan keberadaan aliran fluida, umumnya pasti memanfaatkan flow switch dalam rangkaian kontrolnya (dalam sistem kontrol yang lebih kompleks dan terintegrasi, digunakan flow meter).

 

Demikian ulasan yang dapat kami berikan mengenai jenis-jenis instrumentasi proses industri, tentu masih banyak sensor atau instrument lain yang belum kami bahas, karena akan menjadi pembahasan yang cukup banyak dan panjang. Misalnya adalah actuator valve, metal detector, speedometer, tachometer, endcoder, dan lain-lain. Kita bisa berdiskusi lebih lanjut mengenai topik ini pada kolom komentar.

 

Penulis : ER

Share this post