Rancang Bangun Kontrol ph Berbasis Self Tuning PID Melalui Metode Adaptive Control

Transkripsi

1 JURNAL ENI POMIS Vol., No., (0) -6 Racag Bagu otrol H Berbasis Self uig PID Melalui Metoe Aative Cotrol Achma Dwiaa Chara, Hera Corova S, M. Jurusa ei Fisia, Faultas eologi Iustri, Istitut eologi Seuluh Noember (IS) Jl. Arief Rahma Haim, Surabaya 60 hcorova@e.its.ac.i Abstra Maalah ii bertujua utu meyamaia hasil eelitia racag bagu self-tuig PID melalui metoe aative aa roses egealia H. Sifat oliier aa titrasi asam-basa mejai oo ermasalaha alam meracag sistem egealia. Aative cotrol aalah sistem egealia yag secara otiyu a otomatis meguur arateristi iami lat, membaigaya ega arateristi iami yag iigia a megguaa selisih tersebut utu utu megubah arameter Cotroller PID. Laruta yag iguaa aalah asam lemah CH 3 COOH 0,Ma basa uat NaOH 0,M. Laju alira laruta asam ijaga osta, seaga laju alira basa iealia. Atuator berua oma c V yag teritegrasi ega mirootroler a eragat lua. Sesor yag iguaa berua eletroa H a H meter. Seluruh uji erformasi meghasila reso ega error steay state ibawah 5%. Yaitu terbagi atas error steay state aa set oit H 4,5, 7, a masig-masig sebesar 0, %,,8 %, a %. Nilai, i, a mamu berubah megiuti roses iami lat. Secara garis besar egealia self-tuig PID memilii reso erformasi yag lebih bai ibaig ega egealia autoswitch PID ata uci Pegealia H, Self-tuigPID, Aative cotrol. P I. PENDAHULUAN roses egealia H baya ijumai i berbagai iustri. erlebih jia iustri tersebut memilii istalasi egolaha air limbah (waste water treatmet). Paa asarya egealia H bertujua utu megatur harga H sesuai ega ilai yag iigia. Besar ilai H ieroleh ari roses titrasi atara asam a basa. urva titrasi atara asam basa memili betu yag has yai urva s. Betu urva tersebut meciria bahwa roses egealia H meruaa salah satu roses egealia oliier. Paa saat aerah titi ritis seitara H 7, aaya seiit erubaha osetrasi io [H ] aat merubah ilai H ega cuu sigifia. Salah satu solusi alam eyelesaia egealia oliier tersebut yaitu megguaa Self-tuig PID. Sebagaimaa ietahui bahwa, egeali PID iguaa aa roses yag liier. ose Self-tuig PID aa asarya aalah egeali PID ovesioal yag itambaha sebuah eyelesaia aa roses oliier melalui metoe aative cotrol. otrol PID melalui metoe Aative Cotrol aalah sebuah sistem egealia yag secara otiyu a otomatis meguur arateristi iami lat, membaigaya ega arateristi iami yag iigia a megguaa selisih tersebut utu utu megubah arameter Cotroller PID berasara algoritma Pole Placemet, sehigga aat ijaga erformasi otimalya. Paa tahu 004, Hera C melaua eracaga auto switch PID utu roses etralisasi H aa tagi CSR (Cotiuous Stirre a Reactor). Paa tahu 0,Syahrizal Ismail melaua eracaga sebuah sistem egealia aa roses etralisasi H, ega meeraa ose auto switch PID secara real-time. Paa eua eelitia tersebut megguaa laruta asam uat HCL a basa uat NaOH, serta megguaa auto switch PID utu egealia H. Namu, etiga eelitia tersebut masih harus membagi e beberaa aerah setoit a selajutya ilaua ealaa utu masig-masig aerah setoit sehigga iaat arameter eali utu masig-masig aerah setoit H. Oleh area itu eelitia ii imasua utu myemuraaya, yaitu tia erlu lagi ilaua eelaa terhaa masig-masig setoit. Paa e.elitia tugas ahir ii aa iteraa ose self tuig PID aa roses etralisasi H secara real time. A. eori Asam Basa II. EORI PENUNJANG Asam secara umum meruaa seyawa imia yag bila ilaruta alam air aa meghasila laruta ega H lebih ecil ari 7. Asam iyataa sebagai suatu seyawa yag bila ilaruta alam air aa berisosiasi ega meghasila io hiroge [H ] atau io hiroium [H 3 O ] sebagai satu-satuya io ositif. Salah satu cotoh lauta asam aalah CH 3 COOH. CH 3 COOH aalah suatu asam area ialam larutaya aat meleas io hiroge [H ] meurut reasi : CH 3COOH ( H ( CH 3 COO ( (.) Defiisi umum ari basa aalah seyawa imia yag meyera io hyroium etia ilaruta alam air. Istilah basa itujua utu usur atau seyawa imia yag memilii H lebih ari 7. NaOH meruaa salah satu seyawa basa. NaOH ialam air aat meleas io hirosil (OH - ) meurut reasi : NaOH ( Na( OH( (.)

2 JURNAL ENI POMIS Vol., No., (0) -6 B. eori H ose esoe io hiroge (H) iereala oleh Sorrese (909) ega tujua utu meghiari erumita eulisa aga ega fator 0 beragat egatif. Defiisi ari ose H tersebut seerti aa ersamaa ibawah ii : H log[ H ] log (.3) [ H ] Berasara ersamaa maa ilai H sama ega egatif logaritma ari io hiroge atau logaritma ari ebalia osetrasi io hiroge. Hal tersebut memuaha seali utu meulis tigat asam atau basa suatu laruta ega Hya. H laruta berilai 0 4. Dalam molar laruta asam uat berbasa satu, H larutaya aalah 0 seaga molar laruta basa uat moovale memilii H 4. Sebagia teori yag iaara alam sub bab A a B isaur ari buu imia Dasar Jili araga Raymo Chag tahu 005. C. itrasi Asam Basa itrasi aalah metoe eetaa aar suatu laruta ega megguaa laruta staar yag suah ietahui osetrasiya. Dalam hal ii, suatu laruta yag osetrasiya telah ietahui secara asti (laruta staar), itambaha secara bertaha e laruta lai yag osetrasiya tia ietahui, samai reasi imia atara eua laruta tersebut berlagsug semura. Sebelum basa itambaha harga H aalah laruta asam uat, sehigga H < 7 a etia basa itambaha sebelum titi eivale, harga H itetua oleh asam lemah. Paa titi eivale jumlah basa yag itambaha secara stoiometri eivale terhaa jumlah asam yag aa. Oleh area itu H itetua oleh laruta garam (H7). iti eivale alam titrasi aalah titi eaaa (uatitas) asam-basa aat itetua secara stoiometri. D. Metoe aative Cotrol Aative Cotrol meruaa salah satu sistem egealia moere. Aative cotrol seiri terbagi atas beberaa macam metoe. Salah satuya yaitu Moel Referece Aative Cotrol yag itera alam eelitia ii. Moel Referece Aative Cotrol aalah sistem egealia yag secara otiyu a otomatis meguur arateristi iami lat, membaigaya ega arateristi iami yag iigia a megguaa selisih tersebut utu utu megubah arameter Cotroller PID berasara algoritma Pole Placemet, sehigga aat ijaga erformasi otimalya. Moel Referece Aative Cotrol isebut aatif area aa sistem tersebut teraat sifat egorgaisasia iri. etia arateristi tia ietahui secara semura, iareaa arameter berubah secara aca atau iareaa egaruh erubaha liguga aa arateristi iami lat. Oleh area itu roseur ietifiasi, egambila eutusa a moifiasi erlu ilaua secara otiyu atau aa setia selag watu tertetu, tergatug aa eceata erubaha arameterya. Proses reesai atau egorgaisasia iri ii ierlua utu megomesasi erubaha erubaha alam lat, sehigga iaata ase erformasi yag bai. Parameter egeali PID cotroller aa tugas ahir ii tia ierbaharui ega seiriya tetai melalui estimasi moel ari roses a ealaa megguaa algoritma Pole Placemet. Ietifiasi arameter lat meruaa ersyarata mutla agar sistem aat isebut aatif. Hal ii isebaba area arateristi iami ari sistem secara lagsug memegaruhi erubaha arameter. sehigga Ietifiasi sistem meliuti ialamya Perecaaa eserime, Pemiliha strutur moel, a Estimasi arameter.pelasaaa roseur ietifiasi ilaua secara berulag a ierlua egetahua eahulua megeai iamia roses a gaggua sistem. Aalisa reso trasiet atau aalisa reso frewesi aat iguaa utu memeroleh estimasi asar megeai iamia suatu roses. Least Squares Metho. Moel sistem alam least square metho umumya alam betu isrit, sehigga memuaha alam omutasiya. Daat iasumsia bahwa sebuah sistem alam betu isrit memilii moel fugsi trasfer sebagai beriut, Y ( z) U ( z) b z b z... b G( z) (.3) z az... a ega U(z) aalah iut a Y(z) aalah outut. Persamaa.3 aat itulis alam betu bacwar-shift oerator (eralia silag atara iut a eyebut) yaitu, y( ) a y( ) a y( )... a y( ) bu( ) b u( )... b u( ) (.4) Moel ersamaa.4 biasa isebut ega moel ARMA (Auto Regresive Movig Average). Yag ierlua alam eyelesaia moel ARMA aalah estimasi arameter θ (Astrom, arl J a Wittemar, Bjor. 990), sehigga alam melaua roses tersebut megguaa ose least square metho. Metoe tersebut aalog ega roses regresi liier. Pole Placemet Cotroller Utu Proses Ore Dua Betu umum fugsi trasfer (Bobal, Vlaimir a Chalua, Petr 00) ari lat iberia : b z b z G ( z) (.8) a z a z Da Vector ari arameter roses yag terestimasi aalah, a, b b [ ] a, Dega megetahui betu umum fugsi trasfer lat alam omai z, iaat ula ersamaa siyal eali alam omai isrit u(z)

3 JURNAL ENI POMIS Vol., No., (0) -6 3 siyal eali ari PID Cotrol alam omai z itulisa sebagai: q0 qz qz u ( z) (.9) z z atau aat itulis mejai : u ( ) u u γ 0 γ (.0) Dimaa: e q w y ( a γ ) 0 b a b a q q b b a s q r γ q b a Seaga siyal eali PID Cotrol aa omai s, iberia : u t t ( t) e( t) e( t) 0 i e( t) t (.) Gambar 3.. Diagram Alir Peelitia B. Plat Proses Pegealia H Proses egealia H aa eelitia tugas ahir ii, megguaa ua jeis laruta yaitu, laruta asam lemah CH 3 COOH,M a laruta basa uat NaOH 0,M. Laju alira yag iealia aalah laju alira basa. agi utama megacu aa ose CSR, imaa teraat egau yag berutar itegahya secara terus-meerus. Hubuga arameter PID Cotrol alam omai s a omai z aalah : i q0 i q q Dega meyelesaia ersamaa i atas maa iaata beraa ilai, a. Sebagia teori yag iaaraalam sub bab C isaur a iterjemaha ari buu Comuter Cotrolle System araga Åström, arl J a Björ Wittemar tahu 984. III. MEODOLOGI PENELIIAN A. Diagram Alir Peelitia Alur taha eelitia tugas ahir ii secara rutut a terstrutur itujua aa gambar 3. Gambar 3. Diagram blo a Sema sistem roses egealia H Gambar 3. meruaa iagram blo a sema racaga ari sistem roses egealia H. Diagram blo tersebut meujua egealia aatif ega metoe Moel Referece Aative Cotrol. agi utama memilii aasitas masimum liter, seaga tagi asam a tagi basa memilii aasitas masimum 0,9 liter. Paa tagi utama iletaa sesor H imaa ilai H yag terjai aibat ecamura eua laruta ialam tagi utama, ata iirima meuju PC melalui omuiasi serial to USB.

4 JURNAL ENI POMIS Vol., No., (0) -6 5 Dari grafi reso sistem iatas aat ilihat bahwa egealia yag telah iracag mamu megatasi ersoala oliier aa roses egealia H. Grafi iatas aalah roses egealia H aa aerah ritis. Daerah ritis aa retag H 6 samai H 8 meruaa aerah yag alig sulit melaua egealia. Metoe Moel Referece Aatif Cotrol alam eelitia ii aat mejawab ermasalaha oliier H. Hal tersebut ieruat ega erhituga uji estabila sistem. Diaat ilai Maximum overshoot ecil sebesar,4 %, error steay state juga ecil haya,8%. Seaga time settlig-ya iaat 9 eti. Watu yag relatif ceat utu sebuah egealia H. sebesar 3 eti. Grafi aa aerah e 3 ii sealigus meujua bahwa siyal eali Moel Referece Aatif Cotrol flesibel utu semua aerah rage egeaia H a releva aa arateristi iami lat yag o liier. Gambar 4.6 Pergeraa Parameter otrol Paa set oit Perubaha arameter aa grafi iatas terlihat sagat sigifia jia ibaiga ega erubaha arameter i a. Perubaha arameter,i a terlihat saat memasui H 0. Nilai berubah ari 0,36 mejai 0,47 i berubah ari 5,7 mejai 7, a 0,98 mejai,96. Gambar 4.4 Pergeraa Parameter otrol Paa Set oit H 7 Pergeraa ilai arameter, i, a ierjelas melalui grafi aa gambar 4.7 erlihat ilai, i, a stabil aa aerah H 4, samai 5. Memasui aerah ritis, aa isara H 5, ilai, i a berubah meyesuaia arateristi iami lat. Nilai, i a yag iaat aa saat H 7 aalah 4,5 i,44 a 0,6 D. Uji racig Set Poit Paa tahaa ii ilaua uji tracig setoit utu megetahui reso sistem aa saat iberia target setoit yag berubah-ubah. Uji ii ilaua ega memberia iuta set oit H. Set oit ertama iberia ilai H 7. Emuia saat sistem suah stey aa H 7, setoit iubah lebih besar meuju besar H. Dari hasil egujia tracig setoit iaata reso sistem seerti aa gambar 4.7. C. Uji Reso aa Set oit H Uji reso aa aerah basa imulai melalui H 7, setoit yag iberia aalah H. Plat yag iracag, haya mamu melaua titrasi samai H. Hal ii ibutia ega uji oeloo yag erah ilaua. Grafi uji reso aa aerah 3 aatilihataa grafiibawah ii: Gambar 4.7 Reso Sistem Paa Uji racig Setoit Paa gambar 4.7 aat ilihat bahwa sistem aat mecaai ilai H 7 a stey state aa saat eti e 63. emuia setoit irubah mejai H, seetia itu sistem beraatasi a meuju set oit H. Hal ii meujua bahwa sistem yag iracag mamu melauaa tracig set oit ega bai. Utu ergeraa arameter eali aat ilihat aa grafi 4.8 Gambar 4.5 Grafi Reso aa Set oit H Dari grafi reso sistem iatas aat ietahui bahwa erformasi ari siyal eali yag iracag beerja masimal. erbuti ari ilai masimum overshoot sebesar 0,45 %, error steay state sebesar 0, %, a time settlig

5 JURNAL ENI POMIS Vol., No., (0) -6 6 abel 4. Aalisis erformasi Metoe Aalisis Autoswitch Self -uig Ess 0,8% 0,% Max Overshoot,36% 0,45% ime setlig 76 3 Gambar 4.8 Grafi Pergeraa arameter eali Paa Uji racig Setoit E. Uji Beba Paa tahaa ii ilaua uji beba utu megetahui estabila sistem alam meerima gaggua. Pegujia ii ilaua etia sistem beraa aa set oit H emuia ilaua gaggua ega meambaha laruta asam CH 3 COOH 0, M sebesar 00ml. Sistem egealia yag iracag mamu memerbaii eaaa lat meuju eaaa steay state embali seerti yag itujua aa grafi 4.8 V. ESIMPULAN Metoe self-tuig PID melalui Moel Referece Aative Cotrol berhasil iteraa secara real lat a iitegrasia ega eragat lua sebagai egeali roses aa H. Pegealia iaua aa laju alura basa NaOH ega memaiulasi laju alira rage 0 0, L / meit. Overshoot alig tiggi terjai aa egujia set oit H 7,8%. Seaga aa set oit H 4,5 a overshoot yag terjai sagat ecil. Seluruh uji erformasi meghasila reso ega error steay state ibawah 5% yag terbagi atas error steay state aa set oit H 4,5, 7 a masig-masig sebesar 0,%,,8 %, a 0, %. Hasil grafi reso egealia H megguaa ose self-tuig PID memilii betu yag lebih laai ibaig ega egealia megguaa auto switch PID yag erah ilaua alam eelitia sebelumya. F. Uji Pembaig Gambar 4.9 Reso Sistem Paa Saat Uji Beba Paa tahaa ii ilaua uji embaig metoe selftuig PID yag iracag ega metoe Autoswitch PID yag telah ilaua Haris Sajaya aa tahu 0. Pembaig ilaua aa uji set oit H. UCAPAN ERIMA ASIH Peulis megucaa terima asih eaa Baa Hera Corova S,M selau ose embimbig eulis, segea eluarga besar ei Fisia - IS, serta iha-iha yag secara lagsug mauu tia lagsug membatu eyelesaia eelitia tugas ahir ii. DAFAR PUSAA [] Chag, Raymo imia Dasar Eisi etiga Jili. Erlagga, Jaarta. [] Corova, hera Auto Switch PID aa agi etralisasi H. ei Fisia - IS, Surabaya. [3] Hai, Oera Peracaga Sistem Pegealia Ph Paa Sistem Pegolaha Limbah Berbasis Aative Cotrol Dega Megguaa Variat Forgettig Factor. ei Fisia - IS, Surabaya. [4] Ismail, Syahrizal.0. Racag Bagu Autoswitch PID aa Netralisasi H.ei Fisia - IS, Surabaya [5] Vale, Marcelo. 00. Moel Referece Aative Cotrol with Iverse Comesatio Alie to a H Plat. Det. of Comut. Eg. & Autom., Fe. Uiv. of Rio Grae o Norte, Natal, Brazil. Gambar 4.9 Reso Sistem autoswitch PID (atas) a Self-tuig PID (bawah) Diaata erbeaa aalisis erformasi sebagi beriut: