DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROLER FUZZY-SUPERVISED PID BERBASIS PLC PADA SISTEM KONTROL LEVEL CAIRAN COUPLED-TANK

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR TE Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013 DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROLER FUZZY-SUPERVISED PID BERBASIS PLC PADA SISTEM KONTROL LEVEL CAIRAN COUPLED-TANK Oleh: Shaumi Arif Al Faizin Pembimbing: Ir. Josaphat Pramudijanto. M.Eng

2 Pendahuluan Deskripsi dan Perancangan Sistem Simulasi dan Implementasi Kesimpulan

3 Latar Belakang Karakter pengaturan level coupled-tank [1] : respon yang lambat, pengendaliannya berhubungan langsung dengan kondisi plant saat itu. Jenis kontroler yang digunakan industri, 90% lebih menggunakan algoritma PID [2]. PLC tidak hanya mampu menangani kontrol sequence tapi juga wilayah kontrol yang membutuhkan kontrol kontinyu. [3] Latar Belakang Permasalahan Tujuan Batasan Masalah

4 Permasalahan Kontroler PID dengan parameter tetap tidak dapat menjamin menghasilkan respon yang bagus untuk semua range kerja sistem. Latar Belakang Permasalahan Tujuan Batasan Masalah

5 Tujuan Merancang strategi kontrol yang dapat merubah parameter PID secara otomatis bergantung pada kondisi sistem menggunakan kontroler fuzzy. Latar Belakang Permasalahan Tujuan Batasan Masalah

6 Batasan Masalah Informasi untuk input fuzzy pada penalaan PID adalah nilai setpoint. Parameter PID yang ditala Kp, Ti, Td PLC yang digunakan adalah Simens S7-300 CPU12C Latar Belakang Permasalahan Tujuan Batasan Masalah

7 Sistem Keseluruhan PC + _ Kontroler PLC Aktuator: Volt PWM converter Final control element: Control valve Plant: Coupled- Tank Sensor Level

8 Komponen Sistem Control Valve: Motor Servo + Valve Sensor Level: Potentiometer multiturn Plant Coupled Tank: t*p*l = 40*10*!0 cm

9 Komponen Sistem CPU 312C DI/DO 24 V SM334 AI/AO 12bit

10 Identifikasi Identifikasi : closed loop, secara statis dengan setpoint 10,15,20, dan 25 cm G(s) X(s) H(s) Y(s) Metode identifikasi: Smith Hasil berupa sistem orde dua overdamped, critically damped, atau under damped G( s) 2 2 s Ke 2 s s 1

11 Identifikasi loop tertutup

12 Identifikasi Merubah persamaan loop tertutup ke dalam loop terbuka dengan s K' e H( s) 2 s s 1 K' K 1 K ; *(1 K); (1 K) K

13 Persamaan Open Loop

14 Persamaan Open Loop Fuzzy- Supervisor Referensi + - PID Aktuator Plant output Sensor

15 Perancangan PID Menggunakan metode Direct Synthesis Kp 1 2 Ti Td K( 1 2 ; 1 2; c ) 1 2 Spek hasil desain %Ess = 0% %overshoot = 0% Ts(5%) = 30 detik

16 Perancangan PID Menggunakan metode Direct Synthesis

17 Perancangan Fuzzy 1 Input: setpoint 3 output: Kp, Ti, Td 4 aturan Metode Sugeno Defuzzifikasi: Weighting average

18 Membership function input

19 Membership function output: Kp 1 K MK MB B Derajat keanggotaan ,6650 1,8272 Kp

20 Membership function output: Ti 1 K MK MB B Derajat keanggotaan , ,9427 Ti 504, ,6251

21 Membership function output: Td 1 K MK MB B Derajat keanggotaan , ,0403 Td

22 Rule fuzzy -If Level is K then Kp is K, Ti is K, Td is MB -If Level is MK then Kp is MK, Ti is MK, Td is B -If Level is MB then Kp is MB, Ti is MB, Td is MK - If Level is B then Kp is B, Ti is B, Td is K

23 Pembuatan Program PLC Menggunakan Ladder dan Structure Control Language Program Utama OB1 OB35 Fungsi Cyclic/main program Interupt main program tiap 0.5 s (memanggil fungsi kontroler) Fungsi yang dipanggil Program Utama Fungsi FB10 Kontroler Fuzzy FB41 Kontroler PID

24 Pembuatan HMI Window 1 : memonitor nilai aktual

25 Pembuatan HMI Window 2 : mengatur mode kontroler

26 Pembuatan HMI Window 3 : mengatur parameter PID dan Fuzzy

27 Pembuatan HMI Window 4 : memonitor nilai trend

28 Simulasi SP 10 cm Simulasi Implementasi

29 Simulasi SP 15 cm Simulasi Implementasi

30 Simulasi SP 20 cm Simulasi Implementasi

31 Simulasi SP 25 cm Simulasi Implementasi

32 Spesifikasi Simulasi Implementasi

33 Implementasi Dilakukan dengan setpoint: 10, 15, 20, dan 25 cm Serta 13, 18, 22 cm Simulasi Implementasi

34 Implementasi SP 13 cm Simulasi Implementasi

35 Implementasi SP 18 cm Simulasi Implementasi

36 Implementasi Simulasi Implementasi

37 Implementasi Simulasi Implementasi

38 Implementasi Nilai Rata Rata Fuzzy-Supervised PID PID %ess Ts(5%) %ess Ts(5%) 0.7% detik 3.1% 37.7 detik Simulasi Implementasi

39 Kesimpulan kontroler FS-PID dapat memberikan respon yang lebih baik dalam hal nilai %ess dan ts(5%) dibandingkan dengan kontroler PID dengan parameter tetap untuk tiap keadaan setpoint berupa sinyal step yang diberikan. Semakin jauh nilai setpoint sistem terhadap nilai setpoint dimana kontroler PID dirancang nilai %ess dan ts(5%) juga semakin besar Algoritma FS-PID berhasil diterapkan pada PLC Siemens S7-300 beserta HMI yang memungkinkan pengguna mengatur aturan fuzzy dan beserta parameter PID yang digunakan.