PERANCANGAN PENGENDALI PID PADA PRESSURE PROCESS RIG (38-714) BERBASIS MIKROKONTROLLER AVR ATMega8535

Transkripsi

1 PEANCANGAN PENGENDALI PID PADA PESSUE POCESS IG (38-74) BEBASIS MIKOKONTOLLE AV ATMega8535 Vector Anggit Pratomo. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Pancasila Abstrak Pressure Process ig (PP) meruakan instrument yang digunakan untuk roses engaturan resusure (tekanan) dan keceatan aliran (flow) udara, ada roses engendalian PP Keberadaan engendali ada tekanan dan keceatan aliran udara memiliki nilai variable kendali dalam sebuah sistem roses yang memberikan kontribusi besar terhada erilaku sistem. Tujuan dari enelitian ini akan dibahas erancangan engendali PID digital berbasis mikrokontroller ada lant Pressure Process ig 38-74, untuk mendaatkan reson sistem yang lebih baik dengan mengendalikan osisi bukaan aktuator yang berua ressure control valve. Tuning arameter engendali PID dieroleh dengan menggunakan grafik tuning PID controller yang dikembangkan oleh Ciancone dan Thomas E. Marlin. Kata Kunci : Pressure Process ig(38-74), PID,Mikrokontroller AV ATMega8535. Abstract Process Pressure ig (PP) is an instrument that is used to rocess resusure settings and flow velocity of air, in the resence of PP control rocess controlling the ressure and air velocity has a value of variable control in a system rocess that contributes greatly to behavior of the system. The urose of this study will be discussed digital PID controller design based on lant microcontroller Process Pressure ig 38-74, to get a better resonse system by controlling the oening osition of the actuator ressure control valve. PID controller tuning arameters obtained using the grahical tuning PID controller develoed by Ciancone and Thomas E. Marlin. Key words: Pressure Process ig (38-74), PID, ATMega8535 AV microcontroller. PENDAHULUAN Pada suatu sistem kendali, komonenkomonen enyusun sistem tidak daat diubah tana berengaruh keada karakteristik lan. Perubahan-erubahan erilaku sistem hanya daat dilakukan melalui enambahan suatu sub sistem, yaitu engendali. Fungsi engendali ini adalah mereduksi sinyal kesalahan (error), yaitu erbedaan antara sinyal setting (set oint) dan sinyal aktual sehingga dieroleh sinyal aktual yang sama dengan sinyal setting. Kinerja sistem kendali yang diterakan diketahui dari keceatan reaksi sistem mengikuti sinyal aktual dan besar kesalahan (error) yang terjadi. Salah satu jenis engendali yang aling ouler adalah engendali Proortional Integrator Differentiator (PID). Pengendali PID meruakan engendali konvensional tetai masih sangat banyak dijumai ada dunia industri. Proses erancangan dan realisasi yang tidak terlalu sukar sehingga imlementasinya masih daat berkembang, menyebabkan engendali PID masih daat bertahan samai saat ini. Namun kelemahannya adalah engendali jenis ini kurang cocok diakai untuk sistem yang memerlukan keakuratan yang tinggi. 06 JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI 202

2 METODELOGI PENELITIAN. Identifikasi model dari sistem dilakukan dengan menggunakan metode ste resonse. Parameter model dihitung berdasarkan reson keluaran sistem saat diberikan inut fungsi ste. 2. Tuning arameter PID dengan menggunakan aturan dan grafik tuning PID yang dibuat oleh Ciancone dan Thomas E.Marlin. 3. Membuat simulasi mikrokontroler dengan menggunakan s-function. 4. Menerakan algoritma engendalian PID di mikrokontoler AV. DASA TEOI 3.. Pressure Process ig Aaratus yang digunakan dalam rocess ig ada Gambar. adalah Sistem ini membentuk sebuah sistem Single Inut Single Outut (SISO) dengan sumber inut berua air comressor. Sistem ini juga memungkinkan kita untuk daat memelajari oerasi dari setia komonennya dan memelajari koneksi sistem tersebut ke engendali elektrik melalui transduser tekanan/arus. Sistem ini memiliki 2 buah egulator ( dan 2), 6 buah indikator tekanann (G, G2,, G6), dan 7 buah valve (V, V2,, V7). egulator digunakan untuk mengendalikan tekanan yang diukur oleh G. egulator 2 digunakan untuk mengatur tekanan yang diukur oleh G3 atau G4 atau G5. Sementara indikator tekanan G6 digunakan untuk menunjukkan tekanan ada air receiver. Outut yang akan dikendalikan ada sistem ini ada dua buah, yaitu tekanan ada G5 dan erbedaan tekanan antara G4 dan G5. Pressure transmitter (38-46) berfungsi mengubah outut ressure sensor agar menjadi standard inut yang sesuai bagi controller. Differential Pressure transmitter (38-462) berfungsi mengubah outut differential ressure sensor agar menjadi standardd inut yang sesuai bagi controller 3.2. Kendali Proortional, Integral, dan Derivative (PID) Kendali PID meruakan gabungan kendali Proortional, Integral dan Derivative. Persamaan kendali PID diberikan oleh : Gambar. Pressure Process ig Aaratus ini ini terdiri dari: Sebuah Pneumatic Control Valve, Sebuah I/P Converter, Sebuah Blok Orifice, Sebuah Flowmeter, Enam buah engukur tekanan (Gauge), Dua buah egulator tekanan, Sebuah Sensor tekanan, Sebuah Sensor erbedaan tekanan, Sebuah Air eceiver, Tujuh buah Valve, dan Beberaa buah saluran ia yang menghubungkan komonen-komonen di atas. de ( ) ( ) ( t) K m t = K e t + K Td + dt Ti de ( ) ( ) ( t = + ) m t K e t K D + K I dt Fungsi alihnya adalah M E ( ( K I = K + + K Ds s ( t) Diagram blok dan aksi keluarannya dierlihatkan ada gambar 3. Setia kekurangan dan kelebihan dari masing- D daat saling masing engendali P, I dan menutui dengan menggabungkan ketiganya secara aralel menjadi engendali roosional t 0 e t 0 e ( t).()..(2) (3) JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI

3 lus integral lus derivative (engendali PID). Elemen-elemen engendali P, I dan D masing- untuk masing secara keseluruhan bertujuan memerceat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan erubahan awal yang besar. Keluaran engendali PID meruakan jumlahan dari keluaran engendali roortional, keluaran engendali integral. Gambar 2 menunjukkan hubungan tersebut. Gambar 3. Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan masukan untuk engendali PID 3.3. Mikrokontroler ATMega 8535 e( 0 m(t) am Aksi kendali PID t Aksi kendali PD ATMega 8535 meruakan salah atu kelas dari mikrokontrollr AV atau sebuah keendekan dari Alf and Vegard s isc Processor meruakan chi mikrokontroler yang diroduksi oleh Atmel. AV termasuk kedalam jenis mikrokontroler ISC (educed Instruction Set Comuting) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga MCS-5 yang berteknologi CISC (Comlex Instruction Set Comuting). Pada mikrokontroler dengan teknologi ISC semua instruksi dikemas dalam kode 6 bit (6 bits word dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam clock, sedangkan ada teknologi CISC seerti yang diterakan ada mikrokontroler MCS-5, untuk menjalankan sebuah instruksi dibutuhkan waktu sebanyak 2 siklus clock. Hanya 0 t Gambar 2. Blok diagram engendali PID analog dan keluarannya Karakteristik engendali PID sangat diengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga arameter P, I dan D. Penyetelan konstanta K, Ti, dan Td akan mengakibatkan enonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut daat disetel lebih menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi engaruh ada reson sistem secara keseluruhan. Secara umum daat dikelomokkan ke dalam 4 kelas yaitu: ATtiny, ATMega,,AT90Sxx dan AT86Fxx. Perbedaan yang terdaat ada masing-masing kelas adalah kaasitas memori, eriheral, dan fungsinya. Dalam hal arsitektur mauun instruksinya, hamir tidak ada erbedaan sama sekali. Dalam hal ini ATMega 8535 daat beroerasi ada keceatan maksimal 6MHz serta memiliki 6 ilihan mode slee untuk menghemat enggunaan daya listrik. 08 JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI 202

4 Berikut adalah flowchart dari roses engendalian PID ada roses rig menggunakan mikrokontrollerr STAT Inisialisasi: ADC.0<< POTA. 0 (outut roses=pid) ADC.<<POTA. (inut roses= cv) POTD.<< outut serial Set UAT: 5200,8,N, SET TIME0 POTC<< outut in to ADC SETING NILAI AWAL : dt=0.0s Kc=3.654 Ti= Td=0.056 U_rev=0 Error=0 error_sum=0 PID=0; Integral : error_sum=error_sum-error Iv= Kc*dt/Ti* error_sum Derivative: Dv =((cv-cv_rev)/dt)*kcd cv_rev=cv 2 PID: PID=Pv+Iv-Dv POT.C=PID BACA SET POINT Kirim Data Serial KePC Untuk data log Print:s,PID, cv TIME. 0 OVF Yes Yes BACA ADC (CV) error=s-cv No No 2 Prootional Pv= KC*error Gambar 4. Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATMEGA 8535 PEANCANGAN PENGENDALI PID Pada sinyal roses erancangan ressure rig engendali PID menggunakan Mikrokontroller ditunjukan ada Gambar 6. Untuk sinyal keluaran dari sensor ressure dan sensor flow yang meruakan besaran arus akan di ubah ke niali besaran tegangan, dikarenakan erubahan sinyal analog ke digital ada Gambar 7. Flowchart 4.. Identifikasi model Parameter model dihitung berdasarkan reson keluaran system saat diberikan inut fungsi ste. Model yang akan dibuat adalah model orde satu dengan dead time. θs Ke G( = τs (4) Langkah identifikasi model sebagai berikut;. Mencari kurva reson sistem tana engendali yang diangga aling ideal dengan mengatur besar inut ste. 2. Menghitung arameter K, θ(dead time) dan τ(time constant) 3. Memodelkan sistem G( sebagai model orde satu dengan dead time. Dari hasil raktikum dieroleh grafik sinyal outut dan sinyal inut yang diberikan ke sistem, sbb: Gambar 6. Ilustrasi arah aliran sinyal ada sistem JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI

5 Inut yang diberikan berua inut ste dengan initial value 0,4 dan final value 2 (δ =,6). Ste time 5. Grafik inut dan oututt hasil simulasi G( adalah sbb: Gambar 8. Grafik sinyal outut dan inut hasil raktikum. Dari gambar di atas daat dilihat bahwa inut yang diberikan adalah inut ste dengan ste time mulai dari lima, initial value 0,4 dan final value 2 (δ = 2-0,4 =,6). berdasarkan grafik sinyal outut, maka 0,556. K = / δ = 0,556,6 τ =,5 (t63% - t28%) = 0,3475 Berdasarkan grafik outut : t63% 0,343 t28% 0,84 maka τ =,5 (0,343 0,84) τ = 0,2375 θ = t63% - τ = 0,343 0,2375 θ = 0,06 K G( = e -θs τs + 0,3475 = e -0,06s 0,2375s + 0,3475 G( = e -0,06s 0,2375s + Setelah didaat transfer function (G(), selanjutntya disimulasi dengan matlab, diagram blok simulasi adalah sbb: Gambar 0 Grafik inut dan outut dari transfer funtion G( yang disimulasi dengan matlab. Dari gambar 0 grafik hasil simulasi nilai delta( ) 0,4094, berbeda dengan nilai hasil raktikum, hal ini disebakan karena kekurangtelitian dalam embacaan grafik dan embulatan nilai-nilai lainya ada G( yang disimulasi. Penambahan PID ada system G( Bentuk umum PID: Kc (e + edt Td Ti dv dt Kc( + ) e( KcTdsY( Tis Mencari nilai nilai Kc, Kid an Kd Time samling ditentukan 0,0 (ketentuan time samling, t 0,05 (θ+ τ)), jadi time samling nya harus 0,0775. θ adaa sistem diskrit (θ') = θ + t/2 = 0,. ) Gambar 9. Diagram blok simulasi system G( ada matlab. 0 JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI 202

6 Gambar.2. Diagram blok simulasi sistem G( yang sudah dengan PID Pada simulasi G( dengan PID, inut berua inut ste dengan initial value 0,4 dan final value 2, sedangkan ste time nya mulai dari 5. Gambar. Metode Grafik Ciancone Berdasarkan grafik diatas, nilai daat dicari : Kc, Ti dan Td ' θ = ' θ +τ 0, 0,3485 Dari grafik diatas, Kc.K, K = 0,3475, Kc = 0, 3475 = 3,654 = 0,385 Ti / ( θ + τ ) 0,82 θ + τ = 0,3485 Ti = 0,82 x 0,3485 = 0,2962 Td / ( θ + τ ) 0,045 Td = 0,045 x 0,3485 = 0,056 Kc( + ) e( KcTdsY( s ) Tis ( + ) e( 0, 0556sY ( ) 0,2962s 3,654 0 Setelah didaat PID nya, sistem G( yang telah di rangkai dengan PID selanjutnya disimulasikan, diagram simulasinya sebagai berikut : Gambar 3. Grafik inut outut hasil simulasi sistem G( dengan kontroler PID. Simulasi PID ada sistem G( dengan menggunakan s_function sebelum melakukan emrograman dengan Mikrokontroller. Scoe *[] idoke s+ S-Function Transort Transfer Fcn Delay Signal 2 Signal Builder Scoe 2 Gambar 4. Diagram Blok simulasi sistem G( dengan s_function Scoe JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI 202

7 POTC0 POTC. POTC.2 POTC.3 POTC.4 POTC.5 POTC.6 angkaian embagi tegangan Gambar 5 Hasil simulasi s-function POTC Perancangan kontroler menggunakan mikrokontroler. PID Dari data Kc, Ti, dan Td di atas daat dirancang sebuah engendali PID dengan mikrokontroler. Salah satu mikrokontroler yang daat digunakan sebagai engendali PID adalah mikrokontroler ATmega8535 (AV). ATmega8535 memiliki ADC internal sehingga memudahkan dalam mengkonversi besaran sinyal kontinyu ke digital baik dari inut settling time mauun dari feedback keluaran sensor. Clock maksimal ATmega8535 samai dengan 6 MHz. Time samling ( t ) ditentukan sebesar 0,0. Nilai Kc = 3,654, Ti = 0,2962, dan Td = 0,056, sehingga ersamaan PID nya menjadi Gambar 6. Digital to analog converter dengan menggunakan POTC mikrokontroler sebagai inut DAC dan angkaian embatas keluaran sebesar 2 volt Hasil Pengendali Proses ig Menggunakan PID Menggunakan Mikrokontroller Setelah dilakukan engendalian dengan menggunakan metode engendali PID ada Proses ig dengan menggunakan Mikrokontroller terlihat ada gambar ,654 ( 3,654 + ) e( 0,0556 sy ( ) 0,2962s Persamaan PID ini selanjutnya diterakan ada algoritma engendali di dalam mikrokontroler. Proses yang akan dikendalikan adalah roses kontinyu sehingga dierlukan DAC untuk merubah sinyal kendali digital U(z) ke sinyal kendali dalam bentuk sinyal kontinyu U(t) Perancangan Digital to Analog Converter (DAC). Sebelum digunakan sinyal kendali U(z) dari mikrokontroler harus dirubah ke bentuk kontinyu U(t) karena sistem yang akan dikendalikan bukan sistem digital. Dierlukan DAC untuk merubah sinyal digital ke bentuk kontinyu. Daat dituliskan ersamaan sebagai berikut: V out D D6 D5 D4 D3 D2 D = 5( D 0 + ) 255 Gambar 7.Pengendali PID MIKOKONTOLE Setoint X(t) X(Z) E(z) U(z) U(t) V to I Y(t) ADC PI DAC POSES Converter - D I to V ADC0 SENSO Y(Z) Converter Gambar 8. Diagram blok engendalian roses dengan PID menggunakan mikrokontroler. 2 JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI 202

8 Ada beberaa hal yang dierhatikan ada engendali roses rig diantaranya yaitu:. Pengendali ada converter arus ke tegangan tidak mengenal adanya besaran sinyal negatif. 2. Batasan ada Proses ig untuk tegangan sebagai sinyal masukan antara 0 4 volt. Pada engendali ini tegangan yang digunakan adalah 0.4 volt 2 volt. 3. Dikarenakan tegangan keluaran ada DAC adalah 0volt 5 volt maka dibutuhkan rangkaian embagi setelah keluaran dari DAC (gambar 6.). KESIMPULAN Dari hasil engendali Proses ig berbasis Mikrokontroller ATMEGA 8535 dan selama melakukan ercobaan di daatkan :. Nilai arameter KC,Ti dan Td memengaruhi dari reson time engendali. 2. PID dalam discret time memiliki ketentuan time samling sebesar Keluaran ada mikrokontroller tidak mengenal tegangan minus, sehingga dilakukan maniulasi roses emrograman dengan menggunakan batasan. 4. Pengendali tidak daat mengikuti set oint disebabkan karena roses akumulasi ada rogram dilakukan dengan ercobaan kesalahan sehingga tidak daat menentukan nilai tengah engendali dari besaran bit 256. DAFTA PUSTAKA. Modul Proses ig 38-74, Teknik Elektro Kendali Industri, Universitas Indonesia. 2. Stuart Ball,Analog Interfacing to embedded to microrocessor system, 2 nd edition, Elsevier Katsuhiko Ogata, Moderen Controll Enginering, 2 nd Edition, Prentichall Ardi Winoto,Mikrokontroller AV ATmega 8/32/6/8535 dan emrogramannya dengan Bahasa C ada WIN AV, Informatika Bandung, JUNAL TEKNIK FTUP, VOLUME 25 NOMO 2 JUNI 202 3