Makalah Seminar Tugas Akhir

Transkripsi

1 Makalah Seminar Tugas Akhir APLIASIENDALI PROPORSIONAL INTEGRAL PADA SISTEM PENGONTROLAN SUHU STUDI ASUS PENGENCER SUSU BAYI OTOMATIS IkaDzikrularimah 1, Sumardi 2, IwanSetiawan 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Dionegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia. Abstrak Dalam kurun waktu beberaa dekade erkembangan eradaban manusia, ilmu engetahuan menjadi salah satu asek yang berkembang amat esat. Perkembangan ilmu engetahuan daat dirasakan dalam berbagai dimensi kehiduan manusia dan melewati batasan gender mauun kebangsaan. Perkembangan ilmu engetahuan itu sendiri telah memacu erkembangan teknologi, hingga saat ini daat kita rasakan sendiri bahwa kedua hal tersebut menjadi salah satu tolok ukur kemajuan eradaban suatu bangsa. Ilmu engetahuan dikembangkan untuk mencitakan teknologi yang memermudah ekerjaan manusia. Salah satu roduk teknologi yang saat ini sedang banyak dikembangkan adalah teknologi otomatisasi. Pada tugas akhir ini, dibuat alikasi kontrol PI ada sistem engendalian suhu cairan. Sistem akan mengendalikansuhu cairan sesuai setoint yang diberikan oleh oerator. Tugasakhirinimemanfaatkan sensor LM35 sebagaiindikatoruntukmengatursuhudan electric heater yang berfungsisebagaiaktuator, ush button sebagaierangkat inut, lcdsebagai media enamildankomutersebagaiusat monitoring sistem. Dari hasilengujiandidaatkanbahwakontrol PID daatdialikasikandenganbaikuntukmengontrolsuhucaira ndenganmenggunakanmetodeenalaan Ziegler Nichols.Denganmetodeenalaantersebutdidaatkan arameter kontrol PI yaitu = 11 dant i = 117. Pada engujian dengan enalaan arameter PID mamu menghasilkan tanggaan keluaran dengan rise timedanwaktuenetaanyang cukuceat danketika sistem diberi gangguan,tanggaan keluaran akan teta terjaga dalam kestabilan. ata kunci:kontrolsuhu, kontrol PI, sensor LM35 I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kurun waktu beberaa dekade erkembangan eradaban manusia, ilmu engetahuan menjadi salah satu asek yang berkembang amat esat. Perkembangan ilmu engetahuan daat dirasakan dalam berbagai dimensi kehiduan manusia dan melewati batasan gender mauun kebangsaan. Perkembangan ilmu engetahuan itu sendiri telah memacu erkembangan teknologi, hingga saat ini daat kita rasakan sendiri bahwa kedua hal tersebut menjadi salah satu tolok ukur kemajuan eradaban suatu bangsa. Ilmu engetahuan dikembangkan untuk mencitakan teknologi yang memermudah ekerjaan manusia. Salah satu roduk teknologi yang saat ini sedang banyak dikembangkan adalah teknologi otomatisasi. Dalam segala asek kehiduannya manusia mengharakan keraktisan sehingga uaya otomatisasi dibutuhkan untuk dikembangkan. Salah satu contohnya adalah dalam bidang embuatan minuman. Dalam engenceran susu bayi contohnya, terdiri dari beberaa tahaan roses yang memerlukan engaturan terhada suhu fluida. Pembahasan mengenai otomatisasi engenceran susu bayi masih jarang dilakukan, oleh karena itu Tugas Akhir ini akan mengkaji erancangan alat engencer susu bayi otomatis. Taha awal embuatan susu bayi adalah emanasan air hingga suhu 100 o C kemudian masuk ke roses endinginan air 70 o C untuk kemudian dicamur dengan susu bubuk, camuran susu tersebut baru daat diminum setelah selanjutnya didinginkan mencaai suhu 37 o C [14]. Oleh kareba itu itu dalam Tugas Akhir ini akan dibuat alat yang mamu mengatur emanasan, endinginan, serta encamuran fluida. 1.2 Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini adalah merancang alat embuat susu bayi otomatis dengan menggunakan kendali roorsional integral yang ditanamkan ada mikrokontroler ATMega 8535 untuk mengatur suhu cairan. II. AJIAN PUSTAA 2.1 Teknikendali PI e1

2 e2 Pengendali PI adalah engendali yang memiliki dua aksi engendalian, yaitu aksi kendali roorsional dan aksi kendali integral. Diagram blok engendali PI dierlihatkan ada Gambar 2.2 berikut ini. referensi + - uman balik error 1 T i e(t) dt Gambar 2.1 Diagram blok engendali PI [1]. Aksi kendali roosional menyebabkan keluaran yang sebanding atau roosional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya). Aksi kendali integral berfungsi menghasilkan reson sistem yang memiliki kesalahan ada keadaan manta sama dengan nol. Pada sebuah lant yang tidak memiliki unsur integrator (1/s), jika hanya menggunakan aksi kendali roorsional keluaran sistem tidak akan mamu menghasilkan kesalahan keadaan mantanya sama dengan nol. t u (t) et et dt (2.1) T i 0 Transformasi Lalace dari ersamaan (2.1) menghasilkan : U(s) Es Es(2.2) Tis su(s) ses Es (2.3) Ti Persamaan (2.3) dibawa kembali ke kawasan waktu menjadi : du(t) det et(2.4) dt dt Ti Dengan menggunakan teknik backward difference, dy(t) y(k) y(k 1) (2.5) dt T ersamaan (2.4) diubah ke dalam bentuk diskrit menjadi : u(k) uk 1 ek ek 1 ek(2.6) T T Ti T u(k) uk 1 ek ek 1 ek(2.7) Ti T u(k) uk 1 ek ek 1 ek (2.8) T i + + U(t) 2.2 Model Self Regulating Process Model self regulating rocess ada dasarnya daat didekati oleh sebuah model matematis FOPDT (First Order Plus Ded Time) yang hanya dicirikan oleh tiga buah arameter sebagai berikut: Process transort delay (delay atau keterlambatan transortasi roses) - L Process time constant (konstanta waktu roses) - T Process static gain (enguatan teta roses) - etiga arameter yang menggambarkan dinamika roses, secara raktis daat dieroleh atau diidentifikasi melalui ekserimen sederhana bum test atau sinyal tangga secara oen loo ada mode kontrol manual PenalaanPengendali PID denganmetodezieglernichols Metode ke-1 didasarkan ada reson lant terhada masukan tangga (ste) dalam kalang terbuka. Plant yang tidak memunyai integrator, akan menghasilkan kurva tanggaan terhada masukan tangga, seerti halnya ada hasil reson uji Bumtest yang dierlihatkan ada gambar 2. Rumus-rumus untuk mencari arameter engendali menggunakan metode kurva reaksi ditabelkan ada Tabel 1. Tabel 1 Rumus arameter PID dengan enalaan Ziegler-Nichols metode ke-1. Pengendali T i T d P T/L - - PI 0.9T/L 3,33L - PID 1,2T/L 2L 0,5L 2.3 Sensor LM35 Dalam tugas Akhir ini, sensor suhu diakai untuk mengamati suhu cairan dalam tabung. Sensor yang digunakan adalah WLM35TS (Waterroof- LM35 Temerature Sensor) yang memakai sensor LM35DZ sebagai komonen utamanya. Sensor suhu LM35 adalah komonen elektronika yang berfungsi mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan [11]. LM35 hanya memiliki tiga kaki yang berfungsi dalam enggunaannya yaitutegangan keluaran sensor ini akan mengalami erubahan 10 mv untuk setia erubahan suhu 1 C atau memenuhi Persamaan (2.9) [15].

3 IPAS MOTOR SERVO (Liquid Crystal Dislay) e3 V out 10 mv T (2.9) dengan T adalah suhu yang dideteksi dalam derajat Celcius. Sensor suhu LM35 tidak membutuhkan kalibrasi dalam emakaiannya karena telah dikalibrasi langsung dalam derajat Celcius. AC 12 V 330/ 10W IN4002 IN4002 IN4002 IN4002 4N V 10 VCC Reset 33F 33F INTERUPT b_start b_mix b_out b_wash VCC 4k7 4 MHz VCC ATMEGA 8535 (XC/T0) PB0 PA0 (ADC0) (T1) PB1 PA1 (ADC1) (INT2/AIN0) PB2 PA2 (ADC2) (OC0/AIN1) PB3 PA3 (ADC3) (SS) PB4 PA4 (ADC4) (MOSI) PB5 PA5 (ADC5) (MISO) PB6 PA6 (ADC6) (SC) PB7 PA7 (ADC7) RESET AREF VCC GND GND AVCC XTAL2 PC7 (TOSC2) XTAL1 PC6 (TOSC1) (RXD) PD0 PC5 (TXD) PD1 PC4 (INT0) PD2 PC3 (INT1) PD3 PC2 (OC1B) PD4 PC1 (SDA) (OC1A) PD5 PC0 (SCL) (ICP1) PD6 PD7 (OC2) V LM 35 PORTA.0 LCD 330 MOC PIND Vcc BT12A G 330 MT2 MT1 29/2W 10nF/400V 220 VAC Heater Vout GND Gambar 2.2 Sensor suhu LM35. III. PERANCANGAN 3.1 Perancangan Perangkat eras (Hardware) Secara umum bentuk fisik hardware tamak dean dan belakang daat dilihat ada Gambar 3.1. Gambar 3.2 Alokasi ort ada sistem minimum mikrokontroler Atmega Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak dari sistem yang akan dibangun meliuti inisialisasi I/O register dan variabel, sistem utama, enggunaan ush button, embacaan suhu sensor LM35, enggunaan motor servo, engaturan triac, enggunaan mixer dan tamilan LCD. Diagram keadaandari rogram utama daat dilihat ada Gambar 3.5 berikut ini. Gambar 3.1 Hardware tamak dean dan belakang. Stainless steel diilih menjadi bahan embentuk rangka hardware berdasarkan beberaa ertimbangan, ertimbangan yang ertama yakni ketahanannya terhada emanasan suhu tinggi mengingat roses engenceran susu formula membutuhkan emanasan air dengan suhu tinggi. Sedangkan ertimbangan selanjutnya adalah ketahanannya terhada korosi, faktor ini dinilai sangatenting untuk menjaga kebersihan susu formula. Gambar 3.3 Diagram keadaan rosedur Scaney. Setelah selesai inisialisasi, rogram dilanjutkan dengan melakukan emanasan bila tombol start ditekan, ketika sensor suhu LM35 membaca suhu 98 o Cmaka state endinginan akan dimulai hingga suhu mencaai 70 o C. Setelah suhu yang diinginkan tercaai, sistem akan menjaga suhu teta stabil hingga susu bubuk dimasukkan dan tombol mix ditekan baru kemudian roses engadukan dan endinginan dimulai. Setelah LM35 membaca suhu 37 o C, sistem kembali menjaga suhu teta stabil ada suhu tersebut hingga tombol out ditekan atau hingga timer menunjukkan 2 jam.

4 e4 Pada erancangan Tugas Akhir ini arameter kendali PI didaatkan dari karakteristik sistem dengan memberikan sinyal kontrol (u(t)) secara manual. Untuk melakukanencarian kendali PI ini, sebelumnya mode sistem diubah menjadi manual, seerti yang ditunjukan ada Gambar 3.8. Sinyal kontrol yang diberikan oerator, meruakan sinyal kontrol tangga, dan besarnya sinyal kontrol ditentukan langsung oleh oerator. Gambar 3.4 Blok diagram erhitungan arameter kendali PID Reson sistem ada engujian kalang terbuka menunjukkan lant sistem engendalian level cairan termasuk model IPDT, enalaan Ziegler Nichols daat dilakukan ada dan T i. Nilai dan T i ada model IPDT daat dihitung dengan enalaan emiris Ziegler Nichols ertama sebagai berikut: 0,9 0,95 19,78 20 * L 0, T i 3,3 L 3, , Pengujian enalaan Ziegler Nichols dilakukan dengan mengujikan nilai dan T i hasil erhitungan yaitu = 20 dan T i = 117 ada setting oint 98 0 C.. IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS 4.1 Pengujian Perangkat eras Pengujian Sensor Pengujian sensor ini dilakukan dengan membandingkan embacaan sensor LM35 dengan termometer. Data hasil engukuran daat dilihat ada Tabel 4.1. Tabel 2 Perbandingan suhu embacaan termometer dengan embacaan sensor LM35. Gambar 3.5 Reson sistem engujian enalaan Ziegler Nichols. Pada Gambar 3.5 daat diketahui bahwa ada engujian dengan enalaan Ziegler Nichols reson telah mencaai setting oint dan kestabilan. Waktunaikuntuksetting oint 98 0 C dari suhu awal 22,2 0 C adalah 271 detiksedangkanwaktuenetaannyaadalah482 detik tana overshoot, dengan osilasi kecil Pengujian Reson Sistem Terhada Pengurangan Volume Air Dari Tabel 2 daat dilihat bahwa suhu embacaan sensor suhu yang terukur roorsional dan memiliki rata-rata error sebesar 1,36 0 C. Jadi kalibrasi ada rogram untuk sensor otensiometer sudah bisa dikatakan baik Pengujian Sistem Daya tahan sistem terhada erubahan dan keceatan reson sistem untuk kembali ke referensi daat diketahui dalam engujian ini yakni dengan bukaan enuh valve inut ada sistem yang telah mencaai kestabilan ada suatu nilai referensi. Perlakuan ini dilakukan ada setting oint 37 0 C dengan suhu awal 38,2 0 C. Hasil engujian reson sistem ditunjukkan ada Gambar 3.6.

5 e5 Gambar 3.7 Reson sistem kendali PI dengan gangguan ada suhu 70 0 C. Berdasarkan gambar di atas reson sistem terhada gangguanberua emberian air bersuhu 96 0 C adasetting oint 70 0 C adalah terjadinya kenaikan suhu sebesar10,6 0 C. Saat erubahan terjadi sistem teta berusaha mengembalikan keadaansteadynya dengan melakukan endinginan. eadaan steadydaat dicaai kembali setelah 402 detik dengan error steady 1% - 4%. Gambar 3.6 Reson sistem kontrol PID terhada gangguan. Berdasarkan gambar di atas reson sistem terhada bukaan valve ada setting oint 37 0 C nyaris tidak tamak. Namun bila kita cermati grafik sinyal kontrol daat kita lihat adanya erubahan ketika terjadi embukaan valve, kesimulan yang daat ditarik adalah bahwa sistem menyadari adanya gangguan dan menaikkan sinyal kontrol sebagai akibat erubahan yang terjadi Pengujian etahanan Sistem terhada Gangguan Daya tahan sistem terhada gangguan dan keceatan reson sistem untuk kembali ke referensi sebelum gangguan daat diketahui dengan melakukan engujian dengan memberikan gangguan berua emberian air bersuhu 96 0 C ada sistem yang telah mencaai kestabilan ada suatu nilai referensi. Hasil engujian reson sistem ditunjukkan ada Gambar 3.7. Gambar 3.8 Reson sistem kendali PI dengan gangguan ada suhu 37 0 C. Berdasarkan gambar di atas reson sistem terhada gangguan berua emberian air bersuhu 96 0 C ada setting oint 37 0 C adalah terjadinya kenaikan suhu sebesar19,9 0 C. Saat erubahan terjadi sistem teta berusaha mengembalikan keadaan steadynya dengan melakukan endinginan. eadaan steady daat dicaai kembali setelah 3480 detik dengan error steady 3,8%. Hasil dari reson sistem PI dengan gangguan daat kita ketahui bahwa walauun dilakukan enambahan cairan bersuhu lebih tinggi sistem daat mengembalikan keadaan steadynya dengan error steady yang terjadi ada kedua engujian tidak lebih dari 5% Pengujian endali PI terhada Penurunan Set Point Pengujian dengan setting oint turun ini bertujuan untuk mengetahui keceatan reson kendali sistem terhada erubahan enurunan setting oint.

6 e6 Gambar 3.9 Reson sistem kontrol PID terhada gangguan. Berdasarkan Gambar 4.11 daat dilihat hasil engujian reson sistem engendalian level cairan ada erubahan setting oint turun atau semakin kecil dengan lama engujian sekon. Pada awalnya sistem diberi setting oint tinggi sebesar 95 0 C dari suhu awal 24,5 0 C. Hasil analisa dari engujian tersebut didaatkan: 1. Untuk setting oint 95 0 C: Reson telah mencaai kestabilan dengan error 3,1%. Waktu reson untuk memberikan tanggaan adalah 68 detik Waktu naik (T r ) untuk setting oint 95 0 C dari suhu awal 32 0 C adalah 217 detik. Waktu tunda (Td) adalah 168 detik Waktu enetaan(t s ) adalah 371 detik 2. Untuk setting oint 70 0 C: Reson telah mencaai kestabilan dengan error 0,9%. Waktu reson untuk memberikan tanggaan adalah 22 detik Waktu naik (T r ) untuk setting oint 70 0 C dari suhu awal 96,1 0 C adalah 455 detik. Waktu tunda (Td) adalah 244 detik Waktu enetaan(t s ) adalah 590 detik 3. Untuk setting oint 37 0 C: Reson telah mencaai kestabilan dengan error 6,2%. Waktu reson untuk memberikan tanggaan adalah 114 detik Waktu naik (T r ) untuk setting oint 37 0 C dari suhu awal 70,5 0 C adalah 1824 detik. Waktu tunda (Td) adalah 753 detik Waktu enetaan(t s ) adalah 2497 detik V. PENUTUP 5.1 esimulan Berdasarkan engujian dan analisis yang telah dilakukan, maka daat disimulkan beberaa hal sebagai berikut: 1. Berdasarkan hasil engujian sensor LM35, ratarata error yang didaatkan adalah 1, Berdasarkan hasil engujian erilaku motor servo, motor servo daat bergerak sesuai dengan erintah yang diberikan yaitu erintah menutu dan keran membuka (membuka 80 0 terhada osisi awal). 3. Pada engujian kalang terbuka dengan ekserimen bum test untuk ΔCO = 100% dari CO awal 0%, lant sistem engendalian suhu termasuk model IPDT dengan nilai L = 35 detik, dan * = 0, C/ %. 4. Penalaan kontrol PI adasistem engendalian suhu dengan metode Ziegler Nichols ertama didaatkan arameter = 20 dan T i = 117. Dengan arameter tersebut reson sistem kontrol PI mamu mencaai setting oint dengan cuku ceat dan stabil. Pada emberian setting oint98 0 C, kontrol PI dengan enalaan Ziegler Nichols ertama memiliki nilai T r = 271 detik, T d = 261 detik dan T s = 482 detik tana overshoot. 5. Pada engujian engurangan volume, reson sistem terhada bukaan valve ada setting oint 37 0 C nyaris tidak tamak, namun ada grafik sinyal control daat dilihat system mengenali adanya erubahan dan mereson dengan kenaikan sinyal control. 6. Pada engujian reson sistem terhada gangguan, reson sistem terhada gangguan berua emberian air bersuhu 96 0 C ada setting oint 70 0 C adalah terjadinya kenaikan suhu sebesar10,6 0 C. Namun demikian, keadaan steady daat dicaai kembali setelah 402 detik dengan error steady 1% - 4%. Sedangkan untuk emberian air bersuhu 96 0 C ada setting oint 37 0 C kenaikan suhu yang terjadi adalah19,9 0 C dan keadaan steady daat dicaai kembali setelah 3480 detik dengan error steady 3,8%. 7. Pada engujian dengan nilai setting oint turun, reson sistem mamu mengikuti enurunan setting oint. Saat mencaai setting oint yang ertama 95 0 C dieroleh Tr sebesar 217 detik dan Ts sebesar 371 detik. etika sistem melakukan erubahan setting oint menjadi 70 0 C dieroleh nilai Tr sebesar 455 detik dan Ts sebesar 590 detik. Terakhir ketika sistem melakukan erubahan setting oint menjadi 40 0 C yang Tr

7 e7 dan Ts dierlukan adalah 1824 detik dan 2497 detik. 5.2 Saran Untuk engembangan sistem lebih lanjut, maka ada beberaa saran yang daat dilakukan yaitu sebagai berikut: 1. Menggunakan sensor yang memiliki keakuratan dan stabilitas yang lebih baik. 2. Menggunakan erangkat endingin yang lebih baik lagi sehingga reson sistem ada saat enurunan suhu daat lebih dierceat, 3. Menggunakan metode engontrolan lain seerti fuzzy, fuzzy hibrid, fuzzy sebagai tuning PID, jaringan syaraf tiruan, algoritma genetik. 4. Penggunaan bahan daat lebih dierhatikan lagi untuk menjamin kelayakan roduk. DAFTAR PUSTAA [1] Benjamin C. uo, Automatic Control System Sixth Edition, Prentice-Hall, New Jersey, [2] Heryanto, M. Ary dan Wisnu Adi P, Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATMEGA 8535, Penerbit Andi, Yogyakarta, [3] Malvino. Prinsi Prinsi Elektronika. Jakarta : Erlangga, [4] Mukhaitir, A. Shafi, Alikasi endali PID Menggunakan Skema Gain Scheduling untuk Pengendalian Suhu Cairan ada Plant Electric Water Heater,Skrisi S-1, Teknik Elektro, Universitas Dionegoro, Semarang. [5] Nuswantara, Satria Mukti, Perancangan Proses Otomatis Pada Sistem ontrol Servo Valve untuk Pencamuran Fluida Warna Berbasis Mikrokontroler,Skrisi S- 1, Teknik Elektro, Universitas Dionegoro, Semarang. [6] Ogata, atsuhiko, Teknik ontrol Automatik Jilid 1, diterjemahkan oleh Edi Leksono, Erlangga, Jakarta, [7] Ogata, atsuhiko, Teknik ontrol Automatik Jilid 2, diterjemahkan oleh Edi Leksono, Erlangga, Jakarta, [8] Setiawan, Iwan, ontrol PID untuk Proses Industri, Elex Media omutindo, Jakarta, [9] Setiawan, Iwan, Perancangan Sistem Embedded Berbasis Statechart: Studi asus Pada Line Follower Mobile Robot, htt://iwan.blog.undi.ac.id. Juni [10] Setiawan, Iwan, Programmable Logic Controller (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem ontrol, Penerbit Andi, Yogyakarta, [11] Suyadhi, Taufiq Dwi Setian, Buku Pintar Robotika, Penerbit Andi, Yogyakarta, [12] , ATmega8535 Data Sheet, htt:// [13] , Liquid Crystal Dislay Module M1632 : User Manual, SeikoInstrument Inc., Jaan, [14] [15] , htt:// f [16]

8 e8 BIODATA IkaDzikrularimah(L2F005541). Lahir di Semarang, 21 Oktober Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro 2005, onsentrasi ontrol, Universitas Dionegoro. Menyetujui dan Mengesahkan, Pembimbing I Pembimbing II Sumardi, S.T., M.T. NIP Iwan Setiawan, S.T., M.T. NIP