SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

RANCANGAN OTOMATISASI PENGATUR pH LIMBAHINDUSTRI MENGGUNAKAN MIKROPROSESOR MPF-l.

*SUBARI SANTOSO, *SUDIONO, **KRIs TRI BASUKI

*Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATANJl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715

**Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Jl. Babarsari Kotak Pos 61011YKBB Yogyakarta 55281 Telp. (0274) 488435

Abstrak

RANCANGAN OTOMATISASI PENGATUR pH LIMBAH INDUSTRI MENGGUNAKANMIKROPROSESOR MPF-J. Telah dirancang sistem otomatisasi pengatur pH limbah industri yangdikendalikan oleh mikroprosesor MPF-I. Mikroprosesor MPF-I ini mempunyai waktu pelakanaan instrukiyang minimum yaitu sebesar I mikrodetik, cukup baik untuk sistem kontrol, dan murah. Sistem pembacaanpH dilakukan dengan mendeteki keluaran tegangan elektroda pH yang dipasang pada limbah industri,dengan menambah rangkaian penguat tegangan, ADC, maka dapat dideteki besaran pH pada limbahindustri tersebut. Pemakai alat dapat memasukkan angka pH makimum yang diijinkan tenggang waktu kranterbuka, lama pengadukan dan jika angka tsb. sama atau lebih besar dari hasil pengukuran maka cairanakan diencerkan secara otomatis dengan membuka kran pompa residu asam atau residu basa agar pH dapatlebih kecil dari batasan angka yang dimasukkan. Jumlah sensor pH makimum 8 buah, sistem pompa air 4buah dan sistem pengaduk 4 buah sedangkan perangkat lunak yang digunakan adalah bahasa mesin 2-80.

Kata-kata kunci: pengatur pH, limbah industri, mikroprosesor MPF-I

Abstract

DESIGN OF THE AUTOMATIZATION OF INDUSTRIAL WASTE pH REGULATOR USINGMICROPROCESSOR MPF-l. The automatization system for industrial waste pH regulator which can becontrolled by using microproceccor has been designed. The microprocessor has minimum respon time of Imicrosecond, so that it is sufficiently good to be applied as control system. It is also cheap and available atmarket. The reading of pH value is done by detection the output voltage of pH electrode which is completedwith a voltage amplifier and analog to digital converter (ADC). User can set an allowed maximum pH valueand if this value is equal or greater that the measured value, then the liquid will be diluted automatically byopening the pump valve of acid residu or alkalis residu, so that the pH value is smaller than the pH sttingvalue. The duration of valve open and stiring can also be determined by user and will be sensoredautomatically by the microcontroller. The maximum pH sensor is 8 units, water pump 4 units, and mixersystem is with machine language 280 as software.

Keywords: pH regulator, Industrial waste, MPF-Imicroprossesor.

PENDAHULUAN

Era globalisasi di Indonesiamengakibatkan perkembangan industri yangcukup menggembirakan dan menunjangpertumbuhan ekonomi secara nasional majudengan pesat.

Akibat pertumbuhan industri yang pesatpencemaran lingkungan juga ikut meningkatkarena sistem pembuangan belum laik.[1]

Suasana asam atau basa pada prosesindustri kimia tekstil diperlukan untukmempercepat proses dan mempertinggi mutuproduksi, dan pada umumnya dipergunakan

Subari Santoso dkk. 337 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

TATA KERJA DAN PERCOBAAN

kesehatan kitaY]indonesia belumdidalam proses

asam atau basa berlebihan. Maka pengaturanpH limbah buangan dari industri kimia tektilsangat penting, guna mencegah pencemaranlebih lanjut.

Bahaya yang ditimbulkan olehlingkungan (air) yang tercemar bahan kimia adayang dapat segera dirasakan tetapi ada jugayang baru dapat diketahui setelah jangka waktuyang lama, misalnya pencemaran oleh logam­logam berat seperti Pb, Hg, Cd, Cr, As, Sb, Ti,V dan Be dapat menyebabkan kematian ataugangguan kesehatan yang tidak pulih dalamwaktu singkat.

Limbah yang dibuang ke lingkungantanpa diolah lebih dahulu dapat menyebabkanair disekitarnya mempunyai derajat keasamanyang tinggi dan hal ini membahayakankelestarian maWuk hidup yang ada seperti ikan,tumbuh-tumbuhan dan hewan lainnya bahkan

PI IP2

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIR

YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006ISSN 1978-0176

pula dapat mempengaruhiMasih banyak industri dimelakukan otomatisasipengolahan limbah.

Dengan penelitian ini diharapkan dapatmenghasilkan akurasi yang lebih baik dari padasistem manual yang ada, juga dapat mengurangicampurtangan pengguna secara langsungsehingga kejenuhan bekerja dapat dikurangi dandengan pengaturan pH secara otomatis makaefektifitas kerja dapat dicapai.

Prinsip Kerja Perangkat Keras.

Perancangan Otomatisasi Pengatur pHLimbah lndustri Menggunakan MikroprosesorMPF-1 terlihat pada Gambar 1.

Gambar1.PerancanganSistemKontrolPengaturpH LimbahIndustriMenggunakanMikroprosesorMPF-lKeterangan:RA=ReservoirAsam;RB=ReservoirBasa; PI-P5=Pompake 1-.5SV=SelenoidValve;D=detektorpH; SPl,SP2=SistemPengaduk1dan 2

Prinsip kerja sistem kontrol pengatur pHlimbah industri adalah:[3,8]Limbah mengalirpada penampung 1 dan sistem pengadukdiaktitkan, detektor (D 1) membaca nilai pHlarutan, pH meter mampu menterjemahkanhasil pengukuran pH 0 sampai dengan 14dengan tegangan keluaran 0 - 1,4 Volt.

Prinsip kerja sistem kontrol pengatur pHlimbah industri secara logika seperti terlihatpada Tabel 1.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 338 Subari Santoso dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Tabel 1. Pengaktifan Sistem Pompa dan Pengaduk

S

01/PPS03/SPPPP

P1

0212V0423451

aaaaaaaaa1

1101010001

1a11111a11

1aaa11a11

Rangkaian Penguat Awal

Rangkaian penguat awal dirancangmenggunakan IC TLOn (Op-Amp), yang terdiridari rangkaian follower dan rangkaian penguat2,73 kali. Fungsi dari rangkaianfollower adalahsebagai penyama impedansi antara recordoutput dengan input penguat 2,73 kali. Penguat2,73 kali merupakan rangkaian umpan baliknegatif menggunakan Op-Amp dengan Ri=300Ohm dan Rf=820 Ohm. Tegangan referensiyang dipakai Op-Amp adalah 5V dan-5V.

Rangkaian Pengubah Analog ke Digital

Pengubah sinyal analog ke digital dalampembuatan rangkaian inteiface ini digunakanAD574AJD mode bipolar, yaitu ADC 12 bittipe pengubahan secara pendekatan berurut(successive aproximation) dengan waktukonversi minimum 25 mikrodetik. [4,6]

Salah satu keistimewaan pengubahanalog ke digital ini adalah dapat dihubungkandengan prosesor yang mempunyai data bus 8,12 ataupun 16. Penyambungan AD574AJDdengan mikrokontroler menggunakan 8 databus, maka cara pembacaan data digital hasilkonversi 12 bit dilakukan dua tahap. Tahappertama pembacaan 8 bit sebagai MSB dantahap kedua pembacaan 4 bit sebagai LSBditambah 4 bit pengikut yang di-nol-kan.

Masukan analog yang digunakan adalah ­5V s.d 5V. Dengan mode bipolar dan masukananalog, maka resolusi pengubahan adalah 2,44mV!bit. Pengubah analog ke digitalmenggunakan AD574AJD menggunakan catudaya referensi 5V, 12V dan -12V.

Prinsip Kerja Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang dibuat merupakanrangkaian program dalam bahasa mesin Z-80yang mempunyai tujuan agar instrumen dapatdigunakan sesuai yang diinginkan, [5,8] Inti dariprogram utama sistem otomatisasi pengatur pHlimbah cair yang dikendalikan mikroprosesorMPF-1 terdiri dari program utama dan beberapasubroutine program seperti terlihat padadiagram alir Gambar 2. Perancangan sistemotomatisasi telah dilakukan dan hasil rancanganyang terdiri dari sistem penguat tegangan,rangkaian ADC,[7] pengoperasian penerimaandan pengeluaran data digital 2x8 bitmenggunakan paralel input-output Z80-PIO.Sistem pengaturan switch (penghubungtegangan) 5 Volt DC dengan sistem ACtegangan 220 Volt melalui kontak relay telahdicoba. Relay dapat mengatur ON/OFF saklarpompa air dan sistem pembuka/penutup kranbertegangan 220 Volt.

Perangkat lunak dibuat untuk fungsi­fungsi sebagai berikut :1. Mengatur aktif dan tidaknya sistem

interface.2. Mengontrol kerja paralel Bus I/O sebagai

pengatur input/output data dalam interfacesehingga dapat berkomunikasi dengansistem mikroprosesor.

3. Mengatur operasi pengubah analog kedigital hasil konversi 12 bit dan mampuberkomunikasi dengan gerakan pompa dansistem pengaduk.

4. Mengolah data hasil pembacaan pHsehingga dapat mengaktitkan sistem pompa,pengaduk, selenoid valve secara bergantianatau bersamaanjika diperlukan.

PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Untuk mengetahui kualitas sistem kontrolpembacaan pH telah dilakukan pengujianliniearitas penguat awal, pengubah analog kedigital, gabungan penguat awal denganpengubah analog ke digital, kestabilan sistemdalam pengukuran pH serta kalibrasi sistem.

Subari Santoso dkk. 339 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

~"--:::/..

y

Inisiali,asi pOlt A Z80-PIO ,bg lIIasukan

Dan p01t B sbg ke!uaran

1

Gambar 2. Diagram Alir Program Otomatisasi

Tabel 2. Hasil pengujian penguat awal

N Vina (Volt)

1 0,1

2 0,23 0,3

4 0,4

5 0,5

6 0,6

7 0,7

8 0,8

9 0,9

10 1,0

Keterangan :*Tegangan ke1uaran terukur**Tegangan keluaran seharusnya

Untuk mengetahui kualitas sistem kontrolpembacaan pH telah dilakukan pengujianlinieritas penguat awal, pengubah analog kedigital, gabungan penguat awal denganpengubah analog ke digital ,kestabilan sistemdalam pengukuran pH serta kalibrasi sistem.

Pengujian Penguat AwaI

Pengujian penguat awal dilakukan untukmengetahui karakteristiknya sehinggadiharapkan dapat meminimumkan kesalahandari keluaran. Hasil pengujian ditunjukkan olehTabel 2. Dengan kesalahan rata-rata output1,169 % dan koefisien linieritasnya adalah0,999, sehingga dapat disimpulkan cukupmemadai untuk dipakai dalam sistem inteiface.

Vout'

(Volt)-0,272

-0,547

-0,822

-1,092

-1,365

-1,579

-1,829

-2,170

-2,460

-2,730

Vout

(Volt)-0,273

-0,547

-0,820

-1,093

-1 ,367

-1,640-1,913

-2,187

-2,460

-2,733

Kesalahan

0,367

0,000

-0,243

0,091

0,146

3,719

4,391

0,777

0,000

0,110

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN 340 Subari Santoso dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

Pengujian Pengubah Analog Ke DigitalAD574AJD

Mengetahui linieritas pengubah analogke digital untuk suatu sistem pengukur pHsangat penting artinya dalam menentukansejauh mana kesalahan yang disumbangkannyaterhadap hasil pembacaan. Untuk itu maka telahdilakukan pengujian terhadap pengubah analogke digital AD574AJD dengan hasilsebagaimana pada Tabel3.

Tabe! 3. Hasi! Pengujian Linieritas AD574AJD

No Vin (Volt)BCD

BCDKesalahan(out)-

out)--

1

4,00 35963686-2,4422

3,01 328132810,000

3

2,01 28332871-1,3244

1,00250124581,7495

0,00 20452048-0,1466

-1,01 15651634-4,2237

-2,02 11591221-5,0788

-3,01 782815-4,0499

-4,00 46741013,90210

-4,99 440,000

Keterangan :* Terbaca** Seharusnya

Dari hasil pengujian AD5741JD padaTabel 4 dapat dihitung kesalahan rata-rata hasilpembacaan dengan seharusnya sebesar 0,1611% dan koefisien linieritasnya sebesar 0,999.Hasil ini menunjukkan bahwa AD574AJDcukup memadai untuk digunakan sebagaipengubah analog ke digital dalam sisteminterface yang telah dibuat.

Pengujian Kestabilan Pembacaan pH

Pengujian kestabilan dimaksudkan untukmengetahui sampai sejauh mana kestabilansistem dalam pengukuran pH pada suatu hargatertentu. Alat yang telah dibuat digabungkandengan pH meter tipe 522 dan dihubungkandengan detektor. Hasil pengujian diambil datasebanyak 10 cacahan yang hasilnya sepertiTabel 4.

Dari tabel tersebut terlihat bahwakesalahan rata-rata pengukuran adalah 0,2288% cukup memadai untuk digunakan.

Tabe! 4. Hasi! Pengujian Kestabi!an

No

pH CairanpH TerbacaKesalahan

17,42 7,40-0,269

27,42 7,420,000

37,42 7,39-0,404

47,42 7,41-0,135

57,42 7,40-0,269

67,42 7,41-0,135

77,42 7,40-0,269

87,42 7,41-0,135

97,42 7,40-0,269

107,42 7,39-0,404

Kalibrasi Sistem

Untuk mengatasi kesalahan-kesalahanhasil pengukuran pH akibat kesalahan outputpenguat awal dan ADC maka telah dirancangsistem kalibrasi melalui perangkat lunak.Sistem ini memanfaatkan display pH meter tipe522 sebagai standar pH terukur, kemudiandibandingkan dengan hasil pembacaan data daripengubah analog ke digital sehingga diperolehfaktor kalibrasi (k). Selanjutnya setiap datauntuk menampilkan harga pH senantiasadikalikan dengan bilangan k ini, sehinggadiperoleh kesalahan yang relatif keci!.

Perancangan sistem otomasisasi telahdilakukan dan hasil rancangan yang terdiri darisistem penguat tegangan, rangkaian ADC,[7]

pengoperasian penerimaan dan pengeluarandata digital 2x8 bit menggunakan Paralel Input­Output Z80-PIO.

Sistem pengaturan switch 5 Volt DCdengan sistem AC tegangan 220Volt melaluikontak relay telah dicoba. Relay dapatmengatur ON/OFF saklar pompa air dan sistempembuka/penutup kran bertegangan 220Volt.

KESIMPULAN

Dari hasil pengujian, dan pengolahandata dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :1. Telah dilakukan perancangan otomatisasi

pengatur pH limbah industri dan dapatmeningkatkan efisiensi kerja didukungperangkat lunak untuk memudahkansistem operasiona!.

2. Hasil pengujian linearitas ADC yangdigabung dengan sistem penguatan sebesar0,989 dan besarnya prosentase rata-rataketidakstabilan pengukuran pH adalah0,228 %.

Subari Santoso dkk. 341 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BA TAN

3. Perangkat lunak yang telah dirancangmempunyai kemampuan untukmengaktifkan interface guna melakukanproses pengukuran pH dan mengaktifkansistem pompa, pengaduk dan selenoidvalve pada pada limbah industrimenggunakan mikroprosesor MPF -1.

DAFTAR PUSTAKA

1. OETOYO BAMBANG, DAVID SUGIHARTOdan SRI MULATI, 1981, "Pola PenggunaanLimbah Industri Penyamakan Kulit", BalaiPengembangan dan Penelitian Industri Kulit,Karet dan Plastik, Yogyakarta.

2. WASPODO PRIYO dan SUPRANTO, 1983, "Buletin llmu terpadu No 6 Tahun 1983",Universitas Pembangunan Nasional"Veteran", Yogyakarta.

3. SUTRISNO, 1986 "Teknik Mikroprosesor"Komputer Papan Tunggal danPenggunaannya. Instrumentasi ITB Bandung.

4. DOUGLAS V HAL, "Microprocessor AndDigital Systems" International StudentEdition, Copyright 1986.

5. HARRY GARLAND, Prof. M. Barmawi, Ph.D"PENGATAR DESAIN

MIKROPROSESOR" Copy right 1984.

6. LEWIS C ENGGEBRECHT. "Interfacing to theIBM Personal Computer" Second Edition,Fifth Printing 1992.

7. SUBARI SANTOSO, dkk., Pembuatan SistemKontrol Aliran Eluen Pada Proses

Pengendapan Bertingkat Menggunakan IBM­PC, Prosiding Pertemuan llmiah XV HFIJateng & DIY, Semarang 31 Agustus 1996.

8. SUBARI SANTO SO, Rancangbangun Eluiterdan Sistem Kendali Konduktometer,Presentasi llmiah 16 Desember 1996.

TANYAJAWAB

Pertanyaan

1 Bahasa mesin itu apa ?2 Cara pengoperasian seperti apa ? (Teguh

sadono)3 Kapan hasil rancangan itu dibuat ?

(Surakhman)

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Jawaban

1. Bahasa mesin adalah bahasa yanglangsung dapat dimengerti olehmikroprosesor. Bahasa tingkat inimerupakan susunan bilangan biner, dimanasetiap instruksi berisi kode operasi(operation code, opcode) dan operand.Bahasa mesin berbentuk bilangan bineryang berperan sebagai instruksi, alamatmemori dan data. Rograman denganbahasa mesin ini sangat rumit dan untuktiap jenis mikroprosesor memiliki bahasamesin yang berbeda-beda, sehinggaprogram pada mikroprosesor yang satutidak dapat dipertukarkan dengan yanglain.

2. Prinsip kerja system control pengatur pHlimbah industri adalah seperti gambar 1sebagai berikut:

Limbah mengalir pada penampung 1dan system pengaduk diaktifkan, detector(D 1) membaca nilai pH larutan, pH metermampu menterjemahkan hasil pengukuranpH 0 sampai dengan 14 dengan tegangankeluaran 0-1,4 Volt. Tegangan terse butdiumpankan ke penguat awal dan dibacaoleh mikroprosesor melalui ADC, datatersebut dibandingkan dengan batasanangka yang ditentukan untuk mengaktifkanpompa pada RA atau RB. Denganmenambahkan cairan dari RA atau RB

maka nilai pH akan bertambah atauberkurang sampai dengan batas angkayang ditentukan dan selanjutnya systemakan mengaktifkan .Selenoida Valve dancairan akan mengalir ke systempenampung2. Pada system penampung 2sistem pengaduk diaktifkan dan dibacanilai pH larutan dan akan menentukan RAatau RB yang akan diaktifkan, denganpembacaan nilai pH secara kontinyu akandidapatkan angka tertentu yang menetukanapakah cairan limbah sudah laik untukdibuang ke lingkungan sekitarnya dengan

mengaktifkan P5 dan saluran buanganakhir.

3 Perancangan dilakukan tahun 1998.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 342 Subari Santoso dkk.