Rangkaian Sederhana 4-20 mA, Tapi Malah Aneh

Saya sedang mencari-cari simplified rangkaian analog instrument input (AI) yang bisa dinalar secara sederhana dengan hubungan Ohm Law V=IR dalam suatu proses transmisi signal 4-20 mA. Siapapun yang pernah sekolah SMP pernah mendapatkan materi Ohm Law pada pelajaran Fisika sehingga mudah untuk memahami rangkaian ini.  Ada beberapa ketentuan transmisi 4-20 mA loop powered yang disampaikan dalam artikel-artikel 4-20 mA.

  • Power 24VDC berada dalam satu rangkaian dengan Signal 4-20 mA
  • Perubahan nilai arus dari 4 mA sampai 20 mA dilakukan oleh transmitter yang merespond dari besaran sensor secara liner. Fungsi Transmitter adalah seperti Kran Air yang mengatur aliran air. Dengan analogi kran air komponen listrik yang bisa mengatur besar kecil arus adalah load Rtotal. Rtotal terdiri dari Load beban (r) aseli untuk menyalakan LCD, load yang diakibatkan oleh rangkaian internal dan Load Adjustable (R).
  • 1 core wire 1.5 Sqmm memiliki hambatan sebesar 3 Ohm / 1000ft atau 3 Ohm/ 300 meter.  Ambil sebagai contoh jarak Transmitter ke Control Panel karena muter-muter adalah 150 meter. Jadi jarak bolak-balik perjalanan arus dari (+) balike ke (-) adalah 300 meter. Jadi total resistant kabel adalah 3 Ohm.
  • Signal analog 4-20 mA oleh PLC/DCS tidak langsung diterima sebagai arus analog tetapi harus dirubah sebagai voltage untuk proses sampling digitasi selanjutnya dalam ADC (Analog to Digital Converter). Oleh karenanya perlu dipasang Resistor 250 Ohm agar diantaranya bisa diambil voltage 1V – 5V. Artinya 4mA = 1 Volt,…..dan seterusnya sampai……….,20mA = 5 Volt.

Schematic rangkaian sederhana 4-20mA Loop Powered adalah sebagai berikut pada Gambar 1

4-20mA_Basic_03

Gambar 1

Berapa range nilai R harus berubah untuk menghasilkan 4-20 mA..?

4 mA memerlukan   R = 5747 Ohm

20 mA memerlukan R = 947 Ohm

Sehingga dengan simulasi perubahan load resistansi pada transmitter berbanding linear dengan perubahan process variable dari Lower Range Value (LRV) sampai Upper Range Value (URV) maka dapat disimulasikan sebagai berikut:

MINIMUM Process Variable LRV 0% [Gambar 2]

4mA_Basic_02

Gambar 2

  • Transmitter akan menghasilkan nilai resistance yang equivalent dengan = 5747 Ohm.
  • Transmitter akan mengirimkan arus sebesar 4 mA
  • AI module pada PLC/DCS menerima 1 Volt
  • Tegangan pada terminal Transmitter adalah 22.98 Volt
  • Tegangan pada terminal Junction Box adalah 22.99 Volt  [Aneh…..?]
  • Tegangan pada terminal Control Panel adalah 23 Volt [Aneh………?]

MAKSIMUM Process Variable URV 100% [Gambar 3]

20mA_Basic_02

Gambar 3

  • Transmitter akan menghasilkan nilai resistance yang equivalent dengan = 947 Ohm.
  • Transmitter akan mengirimkan arus sebesar 20 mA
  • AI Module pada PLC/DCS menerima 5 Volt
  • Tegangan pada terminal Transmitter adalah 18.94 Volt   [Aneh………?]
  • Tegangan pada terminal Junction Box adalah 18.97 Volt  [Aneh………?]
  • Tegangan pada terminal Control Panel adalah 19 Volt      [Aneh………?]

Nilai-nilai yang saya tandai aneh adalah saya merasa masuk secara perhitungan tapi sepertinya tidak sesuai dengan aktual yang dijumpai di lapangan. Sehingga dalam posting blog kali ini justru saya ingin bertanya kepada rekan-rekan saya:

  1. Apakah rangkaian sederhana 4-20 mA loop powered di atas betul?
  2. Kalau tidak betul bagaimana betulnya yang berupa rangkaian sederhana dan mudah dipahami?
  3. Sepertinya masih ada yang berupa “Black Box” di dalam transmitter? Salah satu animasi yang pernah saya baca kutub positif (+) yang menghubungkan antara Kontrol Sistem dengan transmitter arusnya konstant 20mA. Sementara kutub negatif (-) yang berfluktuasi dari 4-20mA. Apakah seperti itu?

Nah pada akhirnya harus disampaikan bahwa internal transmitter yang berfungsi untuk mengatur arus tidak cukup hanya diwakilkan atau digambarkan oleh Adjustable Resistor saja. Tapi harus berupa rangkaian yang melibatkan beberapa komponen yang digambarkan sebagai daleman Transmitter pada Gambar 4 berikut dari buku Lesson in Industrial Instrumentation by Tony R. Kuphaldt:

4-20mA_Complicated

Gambar 4

Sayangnya ilmu ohm law pada pelajaran SMP dan bahkan SMA tidak cukup untuk mengevaluasi rangkaian pada Gambar 4. Ahh… sayang sekali….

Batam, 9-Jun-2018

Nova Kurniawan

 

Advertisements

3 Responses

  1. Wah baru nemu lagi blognya Om Nova, Om sekarang di mana?
    Aku Andi teko Tekfis 98

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: