Pengendalian Kadar Keasaman (ph) Pada Pengendapan Tahu Menggunakan Kontroler PID Berbasis ATmega328

Transkripsi

1 Pengendalian Kadar Keaaman (ph) Pada Pengendapan Tahu Menggunakan Kontroler PID Berbai ATmega38 Dyah Ayu Anggreini T, Retnowati, Rahmadwati. Abtrak Pengendalian kadar keaaman pada pengendapan tahu angat diperlukan karena kadar keaaman air pengendapan pada umumnya cenderung baa, keadaan ini tidak memenuhi yarat kadar keaaman ideal tahu yaitu ph 5. Pada kripi ini Arduino UNO yaitu ebuah board mikrokontroler yang didaarkan pada ATmega38 diaplikaikan ebagai perangkat pengendali kadar keaaman air pengendapan. Pengendalian dirancang agar kadar keaaman air pengendapan tahu euai dengan etpoint yaitu ph 5 dengan mengendalikan putaran pompa yang berii cairan aam dan air. Hail identifikai menggunakan MATLAB 7.7 didapatkan fungi alih item numerator ebear dan denumerator ebear Proe perancangan kontroler PID menggunakan metode root locu dan didapatkan bahwa emua akar berada diebelah kiri bidang, ehingga repon yang didapat dari emua pole tabil. Hail perhitungan parameter PID dengan pole = didapatkan nilai parameter PID terbaik yaitu Kp = 3.933, Ki = 0 dan Kd = Kata Kunci ph, tahu, PID, Arduino UNO. PENDAHULUAN Tahu merupakan alah atu makanan pokok mayarakat Indoneia yang berbahan daar kedelai. Pengendapan merupakan alah atu proe dalam pembuatan tahu. Namun pengendapan tahu ecara konvenional tidak dilengkapi pengendalian kadar keaaman yang dapat menjaga ph ideal pengendapan tahu yaitu ph 5[]. Salah atu jeni kontroler yang banyak digunakan aat ini adalah kontroler PID (Proportional Integral Differential ). PID adalah kontroler yang merupakan gabungan dari kontroler propoional, kontroler integral dan kontroler differenial. Gabungan dari ketiga kontroler ini diharapkan agar item menghailkan repon dengan nilai error ekecil mungkin. Keuntungan menggunakan kontroler PID adalah cepat dalam mengambil ebuah keputuan. Diharapkan dengan menggunakan kontroler PID kadar keaaman dapat dikendalikan. Berdaarkan permaalahan terebut maka dalam kripi ini dirancang ebuah perangkat yang mampu mengendalikan kadar keaaman pada item pengendapan tahu dengan cara mengendalikan kecepatan putaran pompa yang berii cairan aam dan air. Komponen pengendalian yang digunakan berbai Arduino Uno. Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah terbuatnya perangkat yang mampu mengendalikan kadar keaaman pada item pengendapan tahu berbai Arduino Uno. IDENTIFIKASI SISTEM A. Pengendapan Tahu Proe pengendapan merupakan proe pencampuran antara pati oy-bean pana (hail proe ifting) dengan air aam cuka intetik dingin, diaduk ecara merata dan dapat menghailkan gumpalan-gumpalan putih. Di proe inilah pengendapan tahu terjadi. Pengendapan tahu ini menggunakan cairan aam cuka yang telah diiapkan ebelumnya[]. Suhu yang dibutuhkan pada pengendapan ini adalah 50 C - 60 C. []. Air cuka yang telah dipilih dan dibuat haru ditempatkan pada air yang berih dari egala macam kotoran dan ebaiknya tidak terkena edikitpun garam. Rentang ph ideal yang dibutuhkan adalah 3,8-5.0 agar kualita tahu yang dibuat makimal. Kadar ph yang tidak euai menyebabkan rendahnya kadar protein yang dapat mengakibatkan raa yang kurang diukai dan aroma yang tidak kha [3]. B. Motor DC Motor yang digunakan dalam peneltian ini merupakan motor DC magnet permanen. Untuk melakukan perubahan kecepatan dari motor ini adalah dengan mengatur tegangan yang mauk ke dalam motor Gambar. Motor DC C. Senor ph Senor ph merupakan elektroda gela yang terdiri dari gelembung gela yang enitif ph pada ujungnya, berii larutan klorida yang diketahui phnya dan elektroda refereni. Jurnal Dyah Ayu Anggreini T, Juli 04

2 Dimana n adalah panjang dari regiter LFSR (jumlah bit). Panjang makimum dari PRBS diebut M- equence. Gambar. Senor ph D. Arduino UNO Arduino UNO adalah ebuah board mikrokontroler yang didaarkan pada ATmega38. Arduino UNO mempunyai 4 pin digital input dan output, 6 di antaranya dapat digunakan ebagai output PWM. 6 input analog, ebuah oilator Krital 6 MHz, ebuah koneki USB, ebuah power jack, ebuah ICSP header, dan ebuat tombol reet. Arduino UNO memuat emua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke ebuah komputer dengan ebuah kabel USB atau menuplainya dengan ebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. Tabel. Variai Panjang Sekuenial PRBS Panjang Regiter Panjang Sekuenial Poii Tap (N) L=N- Umpan Balik 3 dan 3 7 dan dan dan dan dan , 3, 4, dan dan dan 0 F. Perancangan PID dengan Root Locu Rancangan item kendali loop tertutup dengan metode root locu dimungkinkan untuk mengatur ekurang-kurangnya beberapa letak pole item loop tertutup ehingga dapat diatur tanggapan tranient pada tingkat tertentu dan pengaruhnya terhadap tanggapan keadaan mantap. Proedur analiti perancangan kontroler PID menggunakan metode root locu dapat dilihat dalam gambar berikut [5]. Gambar 4. Sitem Kendali Gambar 3. Arduino UNO E. Pengambilan Data Input-Output Pengujian ini tentu memerlukan inyal uji tertentu yang akan diberikan kepada item fiik yang akan diidentifikai. Agar diperoleh model yang tepat maka dalam pemilihan inyal uji ini tidak boleh embarangan. Syarat pemilihannya adalah uatu inyal uji haru memiliki cakupan frekueni yang lebar dan tandard yang digunakan adalah inyal Peudo Random Binary Sequence (PRBS). [4]. Peudo Random Binary Sequence (PRBS) adalah inyal kotak yang termodulai pada lebarnya dan berlangung ecara ekuenial. Sinyal ini biaanya dibangkitkan menggunakan Linear Feedback Shift Regiter (LFSR). Pada LFSR memiliki parameter daar yang menentukan ifat ekuenial yang dihailkan, yaitu: panjang dari hift regiter dan uunan umpan balik. PRBS memiliki variai panjang ekuenialnya, tergantung dari panjangnya hift regiter eperti ditunjukkan Tabel. Panjang dari hift regiter menentukan periode makimum yang dapat dihailkan dari ekuenial PRBS dan tidak berulang yang dapat dinyatakan dengan peramaan: LPRBS = n () Untuk item terebut, peramaan karakteritik diberikan ole + Gc()Gp() = 0... () Mialkan diinginkan loku akar melalui =, maka Gc( )Gp( ) =... (3) Gc( ) Gp( ) e j j = e...(4) Fungi alih kontroler PID etelah ditranformai laplace dinyatakan oleh Gc() = Kp + Ki + Kd....(5) Sehingga dari peramaan diata didapatkan j( ) e...(6) Gc( ) = Gp( ) atau Kd Dengan Maka Kd j( ) e Kp Ki...(7) Gp j e... (8) jin Kp co jin Ki Gp co co( ) j in( )... (9) Menyamakan real dengan real dan imajiner dengan imajiner, didapat Jurnal Dyah Ayu Anggreini T, Juli 04

3 3 co Kd Gp in Kp Gp co( ) in( ) Ki.. (0) co Kd Gp in Kp in( ) Gp Dari peramaan diaata dapat dilihat bahwa untuk perancangan kontroler PID, atu dari tiga penguatan Kp. Ki, Kd, haru ditentukan dahulu. Sedangkan untuk perancangan PI atau PD, penguatan yang euai pada peramaan diata dibuat ama dengan nol. Untuk kau adalah imajiner, peramaan diata akan menghailkan dua peramaan dalam Kp dan Kd erta bear Ki haru ditentukan terlebih dahulu. co( ) Ki () PERANCANGAN MODUL Perancangan ini meliputi pembuatan perangkat kera dan perangkat lunak, perangkat kera meliputi perancangan alat pengendapan tahu dan perancangan rangkaian Arduino hield yang terdiri ata rangkaian pengondii inyal dan regulator tegangan, untuk perangkat lunak meliputi pembuatan program pada Arduino UNO.0.5 untuk keperluan analii item yaitu dengan membangkitkan inya PRBS dan program kontrol PWM motor pompa dan motor ervo dimmer kompor induki. A. Perancangan Alat Pengendapan Tahu Kontruki alat pengendapan tahu dapat dilihat pada gambar 5. Gambar 6. Arduino Shield C. Perancangan Perangkat Lunak Pada penelitian ini pemrograman keeluruhan item menggunakan bahaa pemrograman C++ dengan oftware Arduino.0.5 PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA Pengujian ini meliputi pengujian perangkat kera dalam hal ini pengujian enor ph, pengujian enor PT00, pengujian rangkaian pengondii inyal, pengujian driver dan hubungan PWM dengan kecepatan motor pompa dan motor ervo, diterukan dengan pengambilan data input-output dengan penggunaan inyal PRBS,,kemudian data terebut dianalia dengan MATLAB 7.7 dengan failtia ident yang teredia.pengujian di ata dilakukan dengan tujuan memperoleh karakteritik dari tiap alat. Setelah didapatkan karakteritiknya, kemudian dapat dilakukan penyeuaian pada item. A. Pengujian Senor ph Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bear tegangan keluaran enor ph. Pengujian dilakukan dengan larutan ph buffer -0. Gambar 5. Skema kontruki Alat Pengendapan Tahu B. Perancangan Arduino Shield Shield adalah itilah untuk modul tambahan pada Arduino, karena cara menggunakan modul tambahan pada Hail pengujian menunjukkan bahwa RPS PT00 etelah dilakukan kalibrai dapat membaca perubahan uhu dengan baik dengan error rata-rata 0,. Arduino adalah dengan cara menumpuk di bagian ata Arduino, maka diberi itilah hield (tameng/periai). Arduino hield yang digunakan pada penelitian ini berii rangkaian pengondii inyal dan regulator tegangan. Tabel. Hail Nilai Tegangan Keluaran Senor ph Larutan ph Buffer Vout Senor (mv) Hail pengujian menunjukkan bahwa enor ph mampu mendeteki perbedaan ph pada tiap larutan. Jurnal Dyah Ayu Anggreini T, Juli 04

4 4 B. Pengujian Senor PT00 Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja rangkaian pengodii inyal enor PT00 terhadap perubahan uhu dengan melihat hail pembacaan uhu melalui erial monitor Arduino Uno. Tabel 3. Hail Pengujian Senor PT00 Suhu Pengujian (Ω) Perhitungan (Ω) Error (%) 5 0,6 09,65 0,89% 30,6,55 0,94% 35 4, 3,475 0,64% 40 5, 5,4 0,7% 45 7,8 7,35 0,40% 50 9,9 9,5 0,55% 55,75 0,68% 60 3,9 3, 0,65% 65 5,9 5,05 0,70% 70 6, 6,95 0,75% 75 7,9 8,875,03% 80 30, 30,8 0,46% 85 3, 3,75 0,40% 90 34, 34,65 0,33% Rata-Rata 0,6% Hail pengujian menunjukkan bahwa enor PT00 memiliki kemampuan yang baik dalam melakukan pembacaan perubahan uhu. C. Pengujian Rangkaian Pengondii Sinyal (RPS) Senor ph Pengujian ini bertujuan untuk memperoleh reolui ph yang diinginkan bia ditanggapi oleh ADC mikrokontroler yang digunakan yaitu pada kiaran 0-5 Volt. Tabel 4. Hail Nilai Tegangan Keluaran Senor ph ph Pengujian Perhitungan Hail pengujian RPS dapat dilihat pada gambar 7. D. Pengujian Rangkaian Pengondii Sinyal (RPS) PT00 Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja rangkaian pengondii inyal enor PT00 terhadap perubahan uhu dengan melihat hail pembacaan uhu melalui Serial Monitor Arduino Uno. Tabel 5. Hail Pengujian RPS PT00 Termometer Serial Monitor Error Rata-rata 4.9 Karena error cukup bear, dilakukan kompenai error dengan metode regrei linear. Sedingga didapatkan fungi regrei linear pada peramaan 3. f = x (3) Hail pengujian etelah kalibrai dengan menggunakan peramaan 3 dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 6. Hail Pengujian RPS PT00 etelah kalibrai Error Serial Monitor Termometer Rata-rata 0.48 Hail pengujian menunjukkan bahwa RPS PT00 etelah dilakukan kalibrai dapat membaca perubahan uhu dengan baik dengan error rata-rata 0,48. E. Pengujian Driver Motor Pompa Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan nilai maukan duty cycle yang diberikan dengan repon duty cycle pada driver EMS H-Bridge 30 A. Gambar 7. Grafik Pengujian Rangkaian Pengondii Sinyal Jurnal Dyah Ayu Anggreini T, Juli 04

5 5 Tabel 7. Hail Nilai Pengujian Driver EMS H-Bridge 30 A Duty Cycle Input Duty Cycle Error (PWM MK) Output Driver Error rata-rata 0.6 Berdaarkan tabel 4 ditunjukkan bahwa terdapat ratarata error ebear 0.6, ehingga dapat diimpulkan driver dapat bekerja dengan baik. dapat bekerja dengan baik dan memberikan repon euai dengan pengontrolan yang diinginkan. H. Identifikai Mengunakan MATLAB 7.0 Identifikai item bertujuan didapatkannya fungi alih dari keeluruhan item, pengujian dilakukan mengunakan oftware MATLAB 7.7 dengan failita ident yang dimilikinya. Data identifikai yang digunakan, PRBS ebagai input edangan kecepatan motor ebagai output. Struktur model yang digunakan adalah Auto Regreive with Exogenou input (ARX) dengan etimai parameter. F. Pengujian Kecepatan Motor Pengujian kecepatan motor dilakukan dengan memberikan nilai PWM ebear 0 55, kemudian diperoleh repon kecepatan motor eperti gambar 8: Gambar 9. Identifikai Menggunakan Ident MATLAB Gambar 8. Grafik Hubungan PWM dengan Kecepatan Motor Dari gambar 8 dapat dilihat motor mulai berputar di kiaran PWM 0-5, kecepatan motor mengalami perubahan yang bear dalam kiaran PWM 5 00 edangkan pada PWM perubahan kecepatan tidak begitu bear. G. Pengambilan data Input-Output Pengambilan data input-output dengan cara dijalankannya program yang membangkitkan inyal PRBS dari Arduino UNO. Gambar 0. Bet Fit Karakteritik Motor Dari hail diata didapatkan bet fit terbaik yaitu 90.5 % dengan fungi alih dikrit A(q) = -.5 q^ q^-....() B(q) = q^ q^-.....(3) Dari data diata bia didapatakan fungi alih dalam bentuk nya: F()=... (4) I. Penentuan Parameter PID Untuk mendapatkan parameter PID yang yang diinginkan terlebih dahulu ditentukan pole yang dinginkan berdaarkan grafik root locu dari item. Dari grafik root locu dapat dilihat bahwa emua akar berada pada ii kira bidang, dapat diimpulkan bahwa item tabil dalam nilai manapun, dalam penelitian ini dipilih pole = Gambar 9. Grafik Sinyal PRBS dan Kecepatan Motor Berdaarkan grafik Gambar 9 diamati bahwa data high yang ditunjukkan pada titik 65 mempunyai kecepatan motor ebear 4760 dan data low pada titik 35 mempunyai kecepatan motor ebear 0, motor Jurnal Dyah Ayu Anggreini T, Juli 04

6 6 Gambar. Root Locu Fungi Alih item dan Pemilihan Pole J. Pengujian Sitem keeluruhan Pengujian item ecara keelurahan ini dilakukan untuk mengetahui kinerja perangkat kera dan perangkat lunak erta mengetahui repon keeluruhan item dengan PID. Implementai nilai parameter PID yang telah dihitung yaitu KP=.064, KI=3.5 dan KD=.903 ke dalam rangkaian keeluruhan item dengan etpoint ph 6. Dari proe implentai terebut dihailkan repon eperti pada gambar 5. elanjutnya dilakukan perthitungan untuk menetukan parameter PID euai dengan kriteria yang diinginkan dalam hal ini menggunakan metode root locu yang diimplementaikan dalam program MATLAB. Seuai dengan peramaan 4. Gambar 5. Grafik Repon Sitem Keeluruhan Gambar 3. Grafik Repon item tanpa PID Dari gambar 3 dapat diketahui bahwa repon item tanpa menggunakan PID tidak dapat mencapai etpoint yang diinginkan. Dengan digunankannya parameter PID hail tuning didapatkan repon yang lebih cepat dari pada repon tanpa menggunakan PID. Dari 4 jeni parameter PID yang didapat dipilih nilai PID yang memiliki repon terbaik yaitu : KP = KI = 0 KD = Gambar root locu dari fungi alih plant ditambah PID adalah ebagai berikut: V. KESIMPULAN DAN PROSPEK - Perancangan item pengaturan pemberian aam cuka pada proe pengendapan tahu menggunakan kontroler PID berdaarkan metode root locu. - Nilai parameter yang digunakan untuk kontroler PID adalah Kp =3.933 Ki=0 dan Kd= Setelah diimplementaikan, item dapat mempertahankan ph air pengendapan dengan waktu atau ettling time (t) elama 9 detik dan recovery time 0 detik aat diberi gangguan 50 ml larutan aam. Sebaiknya menggunakan tangki dengan kapaita yang lebih bear agar jumlah produki emakin meningkat. Diarankan menggunakan enor ph jeni berbeda dengan kualita yang lebih baik. Selain itu perlu diperhatikan lagi untuk metode pengadukan larutan aam dan air dalam pengendapan tahu ini. DAFTAR PUSTAKA [] Moh. Kafadi, Nor Memproduki Tahu Secara Prakti. Lumajang. Karya Anda. [] Jalip, Ikna Suyatna.0. Penuntun Praktikum Biokimia Laboratorium Kimia. Univerita Naional Jakarta. [3] R. Sarjono, Purbowantiningrum Profil Kandungan dan Tektur Tahu Akibat Penambahan Fitat pada Proe Pembuatan Tahu. Univerita Diponegoro [4] Landau, Ioan dan Gianluca Zito Digital Control Sytem Deign, Identification and Implementation. Germany: Springer- Verlag London Limited [5] Philip, C. L. & Harbor, R. D Feedback Control Sytem. Prentice Hall. New Jerey. Gambar 4. Root Locu Sitem Keeluruhan Jurnal Dyah Ayu Anggreini T, Juli 04