Pengukur Level Ultrasonik Berbasis Internet of Things

Latar Belakang Monitoring Level Cairan

Informasi level dibutuhkan dalam berbagai proses industri. Data tersebut membantu operator mengetahui jumlah cairan yang tersedia, mengatur proses pengisian, menjalankan pompa, serta mencegah luapan. Selain itu, nilai level dapat digunakan untuk memperkirakan volume media apabila bentuk dan ukuran tangki telah diketahui.

Pemeriksaan manual masih dapat digunakan pada beberapa aplikasi. Namun, cara tersebut hanya memberikan informasi ketika petugas berada di lokasi. Perubahan yang terjadi di luar jadwal pemeriksaan tidak akan tercatat. Oleh karena itu, sistem otomatis diperlukan agar data dapat dikumpulkan secara berkala.

Pemantauan jarak jauh juga membantu perusahaan yang memiliki banyak tangki. Petugas tidak harus membuka setiap wadah atau membaca indikator satu per satu. Sebaliknya, seluruh informasi dapat ditampilkan melalui dashboard terpusat.

Mengapa Pengukur Level Ultrasonik Dibutuhkan?

Teknologi ultrasonik menggunakan metode pengukuran nonkontak. Artinya, bagian sensor tidak perlu terendam atau menyentuh cairan. Perangkat cukup dipasang di atas media dengan arah transduser menghadap ke permukaan.

Metode tersebut membantu mengurangi risiko korosi dan penumpukan material pada bagian pengindra. Selain itu, pemeliharaan dapat dilakukan dari bagian atas tangki. Keuntungan ini berguna untuk air, limbah, bahan kimia tertentu, kolam, dan tempat penyimpanan lainnya.

Namun, setiap aplikasi tetap perlu ditinjau sebelum menggunakan sensor ultrasonik. Uap tebal, busa, gelombang besar, debu, serta perubahan suhu dapat memengaruhi rambatan suara. Oleh sebab itu, kondisi media dan lingkungan perlu dianalisis agar perangkat yang dipilih sesuai.

Permasalahan dalam Pemantauan Level Manual

Pemeriksaan level secara manual membutuhkan waktu dan tenaga. Pada lokasi yang luas, petugas perlu berpindah dari satu titik menuju titik lain. Kondisi tersebut dapat meningkatkan biaya operasional, terutama jika tangki berada di tempat terpencil.

Selain itu, pencatatan manual lebih mudah mengalami kesalahan. Angka dapat salah dibaca atau tertukar ketika dipindahkan ke laporan. Sistem digital mengurangi risiko tersebut karena data dicatat bersama waktu pengukuran.

Risiko Level Terlalu Tinggi

Level yang terlalu tinggi dapat menyebabkan cairan meluap. Akibatnya, material dapat terbuang dan mencemari area kerja. Pada bahan tertentu, luapan juga meningkatkan risiko keselamatan.

Alarm batas tinggi membantu operator mengetahui kenaikan level sebelum mencapai kapasitas maksimum. Selanjutnya, petugas dapat menghentikan pengisian atau memeriksa katup. Namun, proses penting tetap memerlukan perlindungan lokal agar keamanan tidak hanya bergantung pada koneksi cloud.

Risiko Level Terlalu Rendah

Level rendah dapat menyebabkan pasokan cairan menuju proses berikutnya tidak mencukupi. Selain itu, pompa berisiko mengalami dry running jika terus bekerja tanpa media yang cukup. Kondisi tersebut dapat meningkatkan suhu dan mempercepat kerusakan peralatan.

Melalui alarm batas bawah, pengguna dapat menyiapkan pengisian lebih awal. Sistem juga dapat memberikan informasi mengenai pola penurunan cairan. Dengan demikian, kebutuhan pasokan dapat direncanakan secara lebih terukur.

Prinsip Kerja Sensor Level Ultrasonik

Sensor ultrasonik memancarkan pulsa suara berfrekuensi tinggi melalui transduser. Pulsa tersebut bergerak menuju permukaan cairan atau material. Setelah menyentuh permukaan, sebagian gelombang dipantulkan kembali ke sensor.

Perangkat menghitung waktu perjalanan pulsa dari transduser menuju media dan kembali lagi. Selanjutnya, nilai waktu diubah menjadi jarak. Setelah tinggi tangki dimasukkan, sistem dapat menghitung ketinggian media berdasarkan selisih antara tinggi tangki dan jarak kosong.

UE3001 menggabungkan sensor ultrasonik, sensor suhu, rangkaian servo ultrasonik, dan rangkaian transmisi dalam satu perangkat. Desain tersebut menghasilkan pemancar level yang ringkas untuk kebutuhan lapangan.

Hubungan Jarak dan Level

Sensor pada dasarnya membaca jarak antara transduser dan permukaan media. Jika jarak tersebut semakin pendek, level di dalam tangki berarti semakin tinggi. Sebaliknya, jarak yang bertambah menunjukkan penurunan level.

Nilai jarak kemudian dikonversi menjadi meter, sentimeter, persentase, atau volume. Namun, pengukuran volume membutuhkan data bentuk tangki. Wadah silinder horizontal, misalnya, memerlukan tabel konversi karena perubahan tinggi tidak selalu menghasilkan penambahan volume yang sama.

Peran Kompensasi Suhu

Kecepatan suara di udara dapat berubah mengikuti temperatur. Oleh karena itu, sensor suhu membantu perangkat menyesuaikan proses penghitungan jarak. Fitur tersebut berguna pada area yang mengalami perubahan suhu sepanjang hari.

Meskipun demikian, perubahan suhu yang sangat cepat tetap dapat memengaruhi kestabilan pembacaan. Sensor juga sebaiknya dijauhkan dari sumber panas langsung. Posisi yang baik membantu perangkat membaca kondisi udara di jalur rambat suara secara lebih tepat.

Zona Buta Sensor

Sensor ultrasonik memiliki area di dekat transduser yang tidak dapat digunakan untuk pengukuran. Area ini dikenal sebagai zona buta. Permukaan media tidak boleh memasuki bagian tersebut karena nilai dapat menjadi tidak stabil.

Berdasarkan datasheet UE3001, zona buta sekitar 400 milimeter berlaku untuk rentang 5 meter. Sementara itu, rentang 5 hingga 10 meter menggunakan zona sekitar 500 milimeter. Untuk rentang 10 hingga 15 meter, nilai yang tercantum sekitar 600 milimeter.

Sensor UE3001 sebagai Produk Utama

Sensor UE3001 merupakan perangkat pengukuran level ultrasonik nonkontak untuk cairan dan material padat tertentu. Produk dapat digunakan pada tangki penyimpanan, kolam, bak slurry, dan berbagai aplikasi lain yang sesuai dengan prinsip ultrasonik.

Fungsi utama perangkat adalah membaca jarak menuju permukaan media, lalu menghasilkan sinyal yang dapat digunakan oleh sistem kontrol. Hasil pengukuran dapat ditampilkan secara lokal atau diteruskan ke perangkat akuisisi data.

UE3001 juga menggunakan pelindung elektromagnetik internal dan filter digital untuk membantu menjaga kestabilan sinyal. Produsen menyebutkan bahwa papan sirkuit serta komponen elektroniknya menjalani pengujian suhu tinggi dan rendah selama 48 jam untuk mendukung keandalan penggunaan industri.

Rentang Pengukuran UE3001

UE3001 tersedia dengan beberapa pilihan rentang, yaitu 5, 7, 10, 12, dan 15 meter. Pemilihan rentang perlu menyesuaikan jarak maksimum dari sensor menuju permukaan media. Selain itu, zona buta harus diperhitungkan pada level tertinggi.

Rentang yang terlalu panjang belum tentu memberikan hasil terbaik untuk tangki pendek. Oleh sebab itu, pengguna perlu memberikan data tinggi tangki, level minimum, dan level maksimum sebelum menentukan model.

Akurasi dan Resolusi Pengukuran

Datasheet UE3001 mencantumkan tingkat akurasi sekitar 0,5 persen dari skala penuh pada kondisi pengujian tertentu. Resolusi minimum yang tersedia dapat mencapai 1 milimeter. Namun, hasil aktual tetap dipengaruhi oleh kondisi permukaan, suhu, uap, busa, posisi pemasangan, dan bentuk tangki.

Setelah instalasi, hasil pembacaan perlu dibandingkan dengan alat referensi. Pemeriksaan dapat dilakukan pada level rendah, menengah, dan tinggi. Proses ini membantu memastikan skala yang digunakan oleh PLC atau dashboard telah sesuai.

Sudut Pancaran Sensor

UE3001 memiliki sudut pancaran kurang dari 12 derajat berdasarkan datasheet produk. Sudut yang relatif terarah membantu gelombang menuju area permukaan tertentu. Namun, pengguna tetap perlu memastikan jalur pancaran tidak mengenai dinding, pipa, tangga, atau struktur internal lainnya.

Semakin panjang jarak pengukuran, semakin luas area yang dijangkau gelombang. Karena itu, ruang bebas di bawah sensor harus diperiksa. Penempatan yang tepat membantu mengurangi pantulan palsu.

Pilihan Sinyal Keluaran

Sensor menyediakan beberapa pilihan keluaran. Konfigurasi tersebut mencakup 4 sampai 20 mA, 1 sampai 5 V, 0 sampai 5 V, 0 sampai 10 V, RS485, RS232, NPN switch, dan relay. Jenis output yang tersedia bergantung pada model yang dipesan.

Keluaran 4 sampai 20 mA dapat dihubungkan ke modul analog PLC atau RTU. Sementara itu, RS485 dapat digunakan untuk membaca data secara digital melalui perangkat yang kompatibel. Output relay juga dapat digunakan untuk alarm batas atas atau bawah.

Catu Daya dan Konsumsi Energi

UE3001 menggunakan catu daya 24 V DC dengan kebutuhan arus maksimum sekitar 300 mA pada konfigurasi yang tercantum. Konsumsi perangkat berada di bawah sekitar 1,5 watt.

Sumber daya yang stabil membantu menjaga proses pengukuran dan komunikasi. Selain itu, sistem perlu dilengkapi dengan perlindungan terhadap lonjakan tegangan. Grounding juga perlu mengikuti petunjuk instalasi.

Suhu Kerja Perangkat

Rentang suhu kerja standar UE3001 berada pada sekitar minus 20 hingga 60 derajat Celsius. Batas tersebut harus dibandingkan dengan suhu lokasi pemasangan, bukan hanya suhu cairan.

Jika tangki menghasilkan uap panas, suhu di bagian atas dapat lebih tinggi daripada lingkungan. Oleh sebab itu, pemeriksaan kondisi aktual perlu dilakukan sebelum pemasangan. Pelindung tambahan dapat digunakan jika sensor terkena panas matahari secara langsung.

Tingkat Perlindungan

Dokumen produk menyebutkan beberapa pilihan tingkat perlindungan. Datasheet mencantumkan IP65 sebagai konfigurasi standar serta pilihan IP67 atau IP68 yang dapat disesuaikan. Sementara itu, halaman produk menyebutkan housing sintetis dengan perlindungan IP66. Oleh karena itu, tingkat perlindungan akhir perlu dikonfirmasi saat pemesanan.

Perlindungan enclosure tidak berarti bagian sensor boleh dipasang tanpa memperhatikan lingkungan. Kabel, gland, terminal, dan panel tetap harus terlindung dari air, debu, dan benturan.

Kondisi yang Sesuai untuk Teknologi Ultrasonik

Sensor ultrasonik dapat digunakan pada air bersih, air limbah, kolam, tangki penyimpanan, bahan kimia tertentu, dan material padat yang memberikan pantulan memadai. Metode nonkontak juga sesuai ketika pengguna ingin mengurangi bagian sensor yang bersentuhan dengan media.

Namun, teknologi ini bukan pilihan terbaik untuk seluruh kondisi. Busa tebal dapat menyerap gelombang suara. Uap berat juga dapat mengubah jalur rambat. Selain itu, permukaan yang sangat bergelombang dapat menghasilkan pantulan yang tidak stabil.

Pengaruh Busa

Lapisan busa dapat memengaruhi kekuatan pantulan. Busa tipis mungkin masih dapat menghasilkan pembacaan, tetapi lapisan tebal dapat menyerap energi suara. Akibatnya, sensor kehilangan gema atau membaca permukaan busa sebagai level cairan.

Sebelum instalasi, pengguna perlu menjelaskan karakter busa. Informasi mengenai ketebalan, kepadatan, dan durasi kemunculannya membantu menentukan apakah ultrasonik masih sesuai.

Pengaruh Uap dan Kondensasi

Uap yang padat dapat memengaruhi kecepatan serta arah rambat suara. Selain itu, kondensasi dapat menempel pada permukaan transduser. Kondisi tersebut berpotensi melemahkan sinyal.

Pemeriksaan berkala diperlukan pada tangki yang menghasilkan banyak uap. Jika kondensasi sangat berat, teknologi radar nonkontak mungkin lebih sesuai. Pemilihan harus dilakukan berdasarkan kondisi proses, bukan hanya jarak pengukuran.

Pengaruh Agitator

Agitator membuat permukaan cairan bergerak dan menghasilkan gelombang. Baling-baling juga dapat menjadi sumber pantulan palsu jika berada dalam jalur sensor. Oleh sebab itu, UE3001 sebaiknya dipasang jauh dari titik pengadukan.

Pengaturan damping dapat digunakan untuk membuat pembacaan lebih stabil. Namun, respons tidak boleh terlalu lambat apabila sistem digunakan untuk mencegah luapan.

Pemasangan Sensor UE3001

Sensor dipasang pada bagian atas tangki dengan transduser menghadap tegak lurus menuju permukaan. UE3001 mendukung pemasangan melalui ulir M60 × 2 atau lubang berdiameter sekitar 61 milimeter dengan gasket untuk rentang tertentu.

Lokasi pemasangan harus memberikan jalur bebas bagi gelombang. Sensor tidak sebaiknya ditempatkan terlalu dekat dengan dinding. Selain itu, titik pemasangan perlu dijauhkan dari pipa masuk, tangga, agitator, dan struktur lainnya.

Menentukan Titik Pemasangan

Posisi sensor harus mewakili level rata-rata media. Pemasangan tepat di atas aliran masuk dapat menghasilkan pembacaan yang terus berubah. Sebaliknya, area yang terlalu dekat dengan sudut tangki dapat menghasilkan pantulan dari dinding.

Pada tangki dengan sekat, satu sensor mungkin hanya membaca satu bagian. Karena itu, konstruksi internal perlu diketahui sebelum menentukan lokasi.

Mengatur Titik Kosong dan Penuh

Titik kosong ditentukan berdasarkan jarak maksimum dari sensor menuju batas bawah pengukuran. Sementara itu, titik penuh harus tetap berada di luar zona buta. Setelah dua nilai tersebut dimasukkan, sistem dapat mengubah jarak menjadi persentase level.

Nilai pada dashboard kemudian dibandingkan dengan pengukuran manual. Jika terdapat selisih, teknisi perlu memeriksa tinggi tangki, skala output, posisi sensor, dan parameter perangkat.

Menghindari Pantulan Palsu

Struktur internal dapat memantulkan gelombang sebelum mencapai permukaan media. Pantulan tersebut membuat sensor membaca jarak yang salah. Untuk mencegahnya, area pancaran harus bebas dari penghalang.

Jika tangki menggunakan pipa penenang, ukuran pipa harus sesuai dengan sensor. Bagian dalamnya juga perlu bersih dan tidak memiliki sambungan yang menonjol.

Integrasi Sensor dengan Internet of Things

UE3001 tidak selalu mengirimkan data langsung ke internet. Output sensor terlebih dahulu dibaca oleh PLC, RTU, data logger, atau gateway. Setelah itu, perangkat komunikasi meneruskan data menuju Platform Microthings melalui Ethernet, Wi-Fi, atau jaringan seluler.

Jika menggunakan RS485, Modbus to MQTT Gateway dapat digunakan apabila protokol perangkat telah sesuai. Gateway tersebut berfungsi menghubungkan perangkat Modbus RTU atau Modbus TCP ke platform cloud melalui MQTT. Pilihan koneksinya mencakup Ethernet, Wi-Fi, atau 4G sesuai model.

Alur Data dari Sensor ke Cloud

Sensor membaca jarak menuju permukaan media. Selanjutnya, nilai dikonversi menjadi sinyal analog atau digital. PLC atau gateway mengambil data berdasarkan interval yang telah ditentukan.

Data kemudian dikirim menuju server cloud. Platform menyimpannya bersama waktu pencatatan. Dengan demikian, pengguna dapat melihat nilai terbaru sekaligus membuka histori pengukuran sebelumnya.

Interval Pengiriman Data

Interval data perlu disesuaikan dengan kecepatan perubahan level. Tangki proses yang sering diisi membutuhkan pembaruan lebih cepat. Sebaliknya, reservoir dengan perubahan lambat dapat menggunakan interval lebih panjang.

Pengiriman yang terlalu sering meningkatkan penggunaan jaringan dan ruang penyimpanan. Oleh sebab itu, pengguna perlu menemukan pengaturan yang sesuai dengan kebutuhan operasional.

Platform Microthings sebagai Cloud Data Service

Microthings merupakan platform IoT dan Cloud Computing untuk monitoring, kontrol, integrasi perangkat, serta pengolahan data secara real-time. Platform dapat digunakan untuk kebutuhan industri, utilitas, lingkungan, dan sistem monitoring lainnya.

Setiap sensor dapat diberi identitas berdasarkan nama tangki, lokasi, area produksi, atau jenis cairan. Pengguna kemudian dapat membuka seluruh titik melalui satu dashboard. Hak akses juga dapat dibedakan sesuai kebutuhan operator, teknisi, dan manajemen.

Dashboard Monitoring Level

Dashboard dapat menampilkan level dalam bentuk meter, sentimeter, persentase, atau volume. Selain itu, pengguna dapat melihat waktu pembaruan dan status komunikasi perangkat.

Tampilan dapat dibuat dalam bentuk angka, indikator, tabel, atau grafik. Warna status juga dapat dibedakan untuk kondisi normal, peringatan, dan alarm.

Histori dan Grafik Perubahan

Data historis membantu pengguna melihat proses pengisian dan pengosongan. Grafik dapat menunjukkan waktu ketika level naik, turun, atau tidak berubah dalam waktu lama.

Informasi tersebut berguna untuk mengevaluasi konsumsi serta kinerja pompa. Selain itu, histori membantu petugas memeriksa kondisi sebelum alarm terjadi.

Alarm Level Tinggi dan Rendah

Platform dapat menghasilkan alarm ketika level melewati batas yang ditentukan. Alarm tinggi membantu mencegah luapan. Sementara itu, peringatan level rendah mendukung perlindungan pompa dan pengelolaan pasokan.

Sistem juga dapat memberi tanda ketika perangkat berhenti mengirim data. Namun, proses yang memiliki risiko tinggi tetap memerlukan level switch dan interlock lokal.

Manfaat Pengukur Level Ultrasonik Berbasis IoT

Penerapan sistem ini membantu perusahaan mengurangi pemeriksaan manual. Operator dapat mengetahui kondisi tangki tanpa selalu datang ke lokasi. Selain itu, histori menyediakan informasi yang lebih lengkap daripada satu kali pembacaan.

Alarm membantu petugas merespons perubahan level secara lebih cepat. Sementara itu, grafik dapat digunakan untuk melihat pola pemakaian atau pengisian. Dengan data terpusat, keputusan operasional dapat dilakukan secara lebih terukur.

Meningkatkan Efisiensi Operasional

Petugas dapat memantau beberapa tangki melalui satu dashboard. Dengan demikian, kunjungan lapangan dapat diprioritaskan pada titik yang membutuhkan pemeriksaan.

Data juga membantu tim menentukan jadwal pengisian. Selain menghemat waktu, pendekatan tersebut dapat mengurangi risiko kehabisan media.

Mendukung Pemeliharaan

Status komunikasi dan pola data dapat menjadi tanda awal gangguan. Nilai yang tetap, melonjak, atau hilang perlu diperiksa. Penyebabnya dapat berasal dari sensor, penghalang, catu daya, kabel, gateway, atau jaringan.

Melalui histori, teknisi dapat melihat kapan gangguan mulai terjadi. Selanjutnya, pemeriksaan lapangan dapat dilakukan secara lebih terarah.

Mendukung Pelaporan

Data dapat disimpan berdasarkan periode tertentu. Pengguna dapat melihat level harian, mingguan, atau bulanan. Selain itu, total perubahan dapat digunakan sebagai bahan laporan operasional.

Pencatatan otomatis mengurangi kebutuhan memindahkan angka dari indikator lokal. Risiko kesalahan penulisan juga dapat dikurangi.

Penerapan Sensor UE3001 di Lapangan

UE3001 dapat digunakan pada tangki air, bak limbah, kolam, reservoir, tangki bahan baku, dan tempat penyimpanan lainnya. Produsen juga mencantumkan aplikasi untuk pengukuran nonkontak pada cairan, grout pool, slurry pool, dan storage tank.

Setiap penerapan membutuhkan evaluasi tersendiri. Kondisi uap, busa, suhu, debu, dan permukaan media harus diperiksa. Dengan cara tersebut, perusahaan dapat menentukan apakah teknologi ultrasonik menjadi pilihan yang tepat.

Penerapan pada Tangki Air

Pada tangki air, sensor dipasang di bagian atas dan diarahkan ke permukaan yang relatif tenang. Data level dapat digunakan untuk mengatur pengisian dan mengaktifkan alarm.

Jika sistem terhubung dengan PLC, pompa dapat dikendalikan berdasarkan nilai level. Namun, pengoperasian manual tetap perlu disediakan untuk kondisi darurat.

Penerapan pada Pengolahan Limbah

UE3001 dapat membantu memantau level bak limbah tanpa menempatkan probe di dalam cairan. Keuntungan ini mengurangi kontak dengan media kotor.

Namun, busa dan uap pada limbah perlu diperhatikan. Sensor juga membutuhkan pembersihan jika transduser terkena kondensasi atau kotoran.

Penerapan pada Kolam dan Saluran

Sensor dapat dipasang pada struktur di atas permukaan air. Data kemudian digunakan untuk melihat perubahan level dan menghasilkan alarm saat air naik.

Perangkat perlu dilindungi dari hujan langsung, benturan, dan gangguan hewan. Selain itu, titik pemasangan harus stabil agar jarak referensinya tidak berubah.

Solusi yang Dapat Disesuaikan

Setiap perusahaan mempunyai ukuran tangki, jenis media, lingkungan, dan kebutuhan komunikasi yang berbeda. Oleh karena itu, solusi dapat disesuaikan melalui pemilihan rentang UE3001, jenis output, tingkat perlindungan, sambungan pemasangan, dan perangkat gateway.

Dashboard juga dapat disesuaikan berdasarkan satuan, nama perangkat, interval data, batas alarm, histori, laporan, dan hak akses. Integrasi dengan PLC atau sistem lain dapat ditambahkan sesuai kebutuhan perusahaan.

Kesimpulan

Pengukur Level Ultrasonik berbasis Internet of Things memberikan solusi pemantauan nonkontak untuk tangki, kolam, bak, dan tempat penyimpanan. Sensor UE3001 bekerja dengan mengirimkan pulsa suara menuju permukaan media, lalu menghitung waktu pantul untuk menentukan jarak. Produk tersedia dengan pilihan rentang 5, 7, 10, 12, dan 15 meter, akurasi sekitar 0,5 persen dari skala penuh, beberapa pilihan output, serta suhu kerja sekitar minus 20 hingga 60 derajat Celsius. Data dapat dibaca melalui PLC, RTU, data logger, atau gateway sebelum dikirim menuju Platform Microthings. Melalui dashboard, pengguna dapat melihat level, histori, grafik, status perangkat, dan alarm dari jarak jauh. Hubungi tim sales dan marketing Microthings untuk berkonsultasi mengenai ukuran tangki, kondisi media, rentang sensor, perangkat komunikasi, serta sistem monitoring yang sesuai dengan kebutuhan perusahaan Anda.