PETUNJUK PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KENDALI DASAR

Transkripsi

1 PETUNJUK PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KENDALI DASAR OLEH : IR. ALIQ, MT SUKARMAN, S.T. DRS. BUDI SANTOSO, MT SEKOLAH TINGGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA

2 Kt Pengntr Alhmdulillh segl puji bgi Allh Tuhn Semest Alm, petunjuk prktikum Instrumentsi dn Kendli telh selesi kmi susun. Kegitn Prktikum ini sudh berjln sejk mhsisw ngktn thun 2001, nmun modul-modul yng dibut msih menglmi perubhn. 2

3 BAB-1 PENGENALAN PROGRAM MATLAB I. Tujun : 1. Mhsisw dpt mengenl perngkt lunk mtlb. 2. Mhsisw dpt memhmi dsr-dsr perhitungn, penmpiln hsil dn pemrogrmn dengn MATLAB 3. Mhsisw dpt menerpkn perngkt lunk Mtlb untuk perncngn dn nlisis sistem instrumentsi dn kendli. II. Alt dn Bhn 1. Personl Computer 2. Softwre Mtlb Modul prktikum III. Dsr Teori MATLAB dlh singktn dri Mtrix Lbortory tu LABORATORIUM MATRIK, merupkn sebuh bhs pemrogrmn yng digunkn untuk komputsi numerik dn visulissi. Di dlm Mtlb, perhitungn numerik berbsis pd perhitungn mtrik dn dilengkpi dengn penmpiln grfis, sehingg sngt dimungkinkn untuk melkukn nlisis dinmik proses dn perncngn sistem. Dlm pemrogrm dengn Mtlb terdpt beberp jendel/windows yng kn sering digunkn yitu Prompt mtlb/commnd window, editor script M-file, dn simulink Hl yng sngt menguntungkn dlm perngkt lunk Mtlb dlh penulisn problem dn solusiny dinytkn seperti dlm bentuk formulsi mtemtik bis dn tidk menggunkn kidh tertentu, seperti perngkt lunk yng lin. Mtlb memiliki sekumpuln pliksi spesifik yng dikenl dengn istilh TOOLBOXES. Toolboxes yng terdpt pd Mtlb ntr lin : Signl Processing, Control System, System Identifiction, optimiztion, fuzzy, neurl network dn sebginy. Selin TOOLBOXES, Mtlb jug menwrkn produk yitu SIMULINK sutu sistem untuk simulsi dinmik proses tu plnt. Commnd Window merupkn jendel ktif yng digunkn untuk memberikn ntr muk dlm bentuk bris perinth untuk Mtlb, mirip seperti Prompt Dos. Fungsi tu perinth-perinth yng terdpt pd Mtlb dpt dieksekusi pd jendel Commnd window ini sl sesui dengn Sintksiny. Progrm-progrm sederhn dpt jug lngsung dieksekusi mellui jendel ini. Mtlb Commnd Window merupkn kotk dilog yng dpt digunkn untuk melkukn komputsi dn visulissi hsil bik secr numerik mupun grfik. Pd jendel ini dpt dilkukn proses perekmn terhdp perinth/instruksi yng telh dilkukn (eksekusi). Jik jumlh progrm cukup rumit mk perinth / instruksi yng digunkn menjdi cukup bnyk, sehingg penggunn jendel Commnd Window menjdi tidk efesien lgi. Oleh kren itu digunkn Script M-File. Script M-File ini yng dimksudkn dlh sutu file progrm yng berisi kumpuln perinth-perinth Mtlb, yng disimpn dlm file berekstensi.m. Jdi untuk meng-eksekusiny dpt dilkukn pd Commnd window dengn cr mengetikkn nm fileny. Simulink dlh sutu sistem yng khusus dirncng untuk mensimulsikn kinerj proses tu plnt secr dinmik. Simulink mempunyi ntrmuk dengn multi window, yng berisi icon/fungsi-funsi khusus sebgi librry mislny input (source), output (sinks), persmn linier, Non linier, connection toolboxes dn sebginy. Dlm sebuh progrm yng berisi opersi mtemtik tupun vrible progrm yng digunkn, Mtlb mempunyi turn (syntx) penulisn. 3

4 Opersi mtemtik Dlm mtlb opersi mtemtik yng umum digunkn ditunjukkn pd tbel 1. Opersi Simbol Contoh Penmbhn A+B Pengurngn A-B Perklin A.B X 8*7 Pembgin A:B / tu \ 8/7 tu 8\7 Perklin Arry X.Y.* A=X.*Y Pngkt A 7 ^ B=8^7 Pembutn grfik Instruksi plot (vr1,vr2) title xlbel ylbel grid Subplot (xyz) Mesh(z) Pembutn fungsi Penmn Vribel Huruf besr dn huruf kecil berbed Pnjng mksiml vribel =31 krkter Nm vribel hrus diwli dengn huruf, setelhny bis dengn gris bwh dn tidk menggunkn krkter tnd bc Komentr Vr1=vribel input, vr2=vribel output Judul grfik Nm dri sumbu x Nm dri sumbu y Membut gris kotk/grid pd grfik xy = ukurn grfik, z =nomor grfik Grfik 3D Komentr Wlu sm tulisnny tpi bed vribelny Jik lebih dri 31 krkter dibikn K09uy9_uyt Vribel khusus Komentr Pi Rsio keliling lingkrn dn gris tengh Ans Vribel yng digunkn untuk meliht hsil Eps Bilngn terkecil yng bil ditmbh 1 menjdi > 1 Flops Jumlh opersi floting Inf Tk hingg, jik bilngn dibgi dengn 0 NN tu nn Bukn sutu bilngn, 0/0 I dn J I = J = -1 (bilngn imjiner) Nrgin Jumlh rgumen input dri sutu fungsi Nrgout Jumlh rgumen output dri sutu fungsi Relmin Bilngn rel positif terkecil yng dpt digunkn Relmx Bilngn rel positif terbesr yng dpt digunkn Help Menu bntun tentng sebuh instruksi/fungsi 4

5 IV. Lngkh Kerj. Memhmi dsr-dsr perhitungn Mtlb 1. Menjlnkn progrm Mtlb 2. Setelh tmpil Window Commnd progrm Mtlb, ketik pd prompt mtlb >>diry nm.txt 3. Tulis pd promp mtlb >>=2;b=3; 4. Kerjkn perinth-perinth dsr komputsi pd Mtlb 5. Akhiri pd promp mtlb dengn >>diryoff 6. crilh nmfile*.txt pd PC. b. Membut Script m-file 1. Buk editor mislny Notepd dn ketikkn sebuh progrm seperti ltihn Simpn file tersebut dengn nmfile berekstensi nmfile.m 3. Jlnkn di Promt Mtlb dengn cr mengetikkn nmfile tersebut. c. Membut/menggmbr grfik 1. Ulngi lngkh b. di ts, seperti pd ltihn 3 2. ketikkn sebuh progrm untuk mem-plot grfik dengn perinth plot (vrible1,vrible2), mislny plot (x,y). 3. Beri Judul Grfik, nm vrible1 dn vribel2. 4. Simpn file tersebut dn jlnkn di prompt Mtlb. d. Membut script m-file dengn vrible yng dpt diubh 1. Ulngi lngkh b. di ts seperti pd ltihn 4 2. Tuliskn sebuh progrm pd editor. 3. Gunkn vribel msukn dengn instruksi function[vribel kelurn]=nmfile(vribel msukn) 4. Simpn file tersebut dn jlnkn di prompt mtlb, dengn memsukkn nili vrible dn diikuti dengn nmfile(vribel msukn). 5. Ubh vribel msukn =0.01, 0.05 dn =1 sert perbednny dimti. Ltihn Ltihn 2 =0:.1:5 % =rry dengn step 0.1 b=0:1:25 % b=rry dengn step 1 c=.*b % c=perklin sclr dengn rry d=*b % d=perklin rry dn trnspose b e= *b % e= perklin trnspose dengn b Ltihn 4 x=0::5 % x = vrible dengn =vribel y=sin (2*pi*x) % y=vribel plot (x,y) xlbel ( sumbu x ) ylbel ( sumbu y ) title ( fungsi sinus ) Ltihn 3 x=0:0.01:5 % x = vrible dengn step 0.01 y=sin (2*pi*x) % y=vribel plot (x,y) xlbel ( sumbu x ) ylbel ( sumbu y ) title ( fungsi sinus ) 5

6 BAB-3 MODELING DAN SIMULASI PENGATURAN MOTOR DC I. Tujun 1. Mengethui bgin-bgin penyusun motor DC 2. Memhmi desin motor DC dn bebn. 3. Memodelkn dn mensimulsikn motor DC sert mengmti respon ts msukn step untuk loop terbuk. II. Alt dn Bhn 1. Personl Komputer 2. Softwre mtlb Modul prktikum III. Dsr Teori Motor DC sering digunkn dlm sistem control yng memerlukn dy poros yng cukup besr kren motor DC juh lebih efisien dri pd motor servo du fs. Motor DC mempunyi medn-medn yng dieksitsi secr terpish. Motor DC dpt dibedkn ts motor DC medn tetp dengn pengontroln jngkr dn motor DC rus jngkr tetp dengn pengontroln medn. Dengn mengethui prmeter fisik dri perltn yng kn kit control dpt dibut model mtemtis dri sistem (motor) yng kn dikendlikn. Tinju motor DC dengn pengontroln jngkr yng ditunjukkn gmbr 1 di bwh ini. E I E b T θ J f I f Gmbr 1. Digrm skemtik motor DC dengn pengontroln jngkr Pd sistem dits, prmeter-prmeter yng berkitn dengn motor dlh : - R = Thnn kumprn jngkr, ohm - L = Induktnsi kumprn jngkr, henry - I = Arus kumprn jngkr, Ampere - I f = Arus medn, mpere - E = Tegngn yng dikenkn pd jngkr, volt - E b = Gy gerk listrik blik, volt 6

7 - θ = Perputrn motor (sudut), rdin - T = Torsi yng diberikn oleh motor, N-m - J = Momen inersi dri motor dn bebn, Kg-m2 - f = Koefisien gesekn pd poros motor, N-m/rd/det Torsi motor (T) berbnding lurus dengn hsil kli rus jngkr I dn flux celh udr (ψ), dimn flux celh udr berbnding lurus dengn rus medn, I f ψ = K T = Kψ I 1 f I f (1) (2) dimn K 1 dn k f dlh konstnt. Pd motor DC dengn pengontroln jngkr, rus medn dijg konstn. Untuk rus medn konstn mk fluks menjdi konstn sehingg torsi berbnding lurus dengn rus jngkr : T = KI (3) untuk fluks yng konstn, tegngn terinduksi, E b berbnding lurus dengn keceptn sudut, sehingg : E b = K b dθ dt (4) dimn K b dlh konstnt gy gerk listrik blik. Berdsrkn hukum Kirchoff, persmn untuk rngkin jngkr dlh : di L + RI + Eb = E dt (5) Arus jngkr menghsilkn torsi yng mendptkn perlwnn dri inersi dn gesekn, sehingg diperoleh persmn : 2 d θ dθ j + f = T = KI dt dt (6) Setelh diperoleh persmn mtemtis seperti di ts kemudin dicri fungsi trnsferny dengn menggnti semu derivtive dengn opertor lplce s, sehingg diperoleh persmn fungsi trnsfer sebgi berikut : K sθ ( s) = E b ( L ( js s+ R ) I 2 b ( s) ( s) + E + fs) θ ( s) = KI b ( s) = E ( s) ( s) (7) (8) (9) 7

8 Dengn mengeleminsi I (s) kit peroleh fungsi trnsfer loop terbuk, dimn keceptn putr (θ) dlh output dn tegngn (E ) dlh input sebgi berikut : θ K ( s) = 2 E s[ L Js + ( L f + R J ) s+ R f + KK b ] (10) Induktnsi, L, pd rngkin jngkr pd umumny dlh kecil dn dpt dibikn. Jik L dibikn, mk fungsi trnsfer motor DC dpt disederhnkn menjdi : θ ( s) = E Km s( T s+ 1) m (11) dimn : K m = R f K + KK b = konstnt pengutn motor (sensitivits) T m = R R J f + KK b = kons tn t wktu motor Persmn (11) dpt dimodifiksi jik kit ingin menytkn keceptn (sudut) motor sebgi output, kren : ω = dθ dt (12) mk ω(s) = s θ(s) sehingg persmn (11) menjdi : ω K m ( s) = E T s+ 1 m (13) merupkn persmn fungsi trnsfer orde-1 Dengn mengethui fungsi trnsfer sutu lt yng dpt direpresentsikn dlm mtlb, mk kn dpt dibut sutu opersi lt tersebut. Dlm percobn ini kn dicob mensilmulsikn keceptn motor DC jik mendpt msukn tegngn berbentuk step menggunkn fungsi trnsfer yng sudh didpt. Contoh ksus : Simulsikn pengturn posisi dn keceptn motor DC dengn memberikn input step jik dikethui prmeter motor sebgi berikut : 8

9 - R = 0,2 ohm - L = dibikn - J = 5,4 x 10-5, kg-m 2 - f = 4 x 10-4, N-m/rd/det - K = 6 x 10-5, N-m/mpere - K b = 5,5 x 10-2 volt-det/rd IV. Lngkh Kerj 1. Hitunglh konstnt pengutn motor dn konstnt wktu motor 2. Dptkn fungsi trnsfer untuk posisi dn keceptn motor 3. Tentukn Numertor dn denumertorny dn rncnglh progrm pliksiny untuk simulsi pengturn motor DC 4. Hidupkn computer dn jlnkn progrm MATLAB 5. Setelh tmpil WINDOW COMMAND progrm MATLAB, kit but perinthperinth WINDOW COMMAND dri MATLAB dengn menggunkn M-File. 6. Tulislh progrm yng sudh dirncng, kemudin jlnkn 7. Amti dn mengnlis output dri kurv yng nd peroleh 9

10 BAB-4 PENGENDALI PID I. TUJUAN Mhsisw memhmi krkteristik pengendli proporsionl, proposionl plus integrl, proporsionl plus turunn dn pengendli proporsionl plus integrlo plus turunn dn pengruh pengendli terhdp sistem (plnt). II. PERALATAN 1. Modul pengendli PID 2. Osiloskop 3. Power suply III. DASAR TEORI Sutu pengendli membndingkn hrg yng sebenrny dri kelurn plnt dengn hrg yng diinginkn, menentukn devisi dn menghsilkn sutu sinyl kendli yng kn memperkecil devisi smpi nol tu sutu hrg yng kecil. Gmbr 1 menunjukkn digrm blok sistem pengendlin. r(t) e(t) Pengendli m(t) Plnt y(t) Gmbr 1. Digrm blok sistem kendli Cr pengendli menghsilkn sinyl kendli disebut ksi pengendlin. Ad 6 ksi pengendlin : 1. Pengendli 2 posisi tu on-off 2. Pengendli proporsionl 3. Pengendli integrl 4. Pengendli proporsionl plus integrl (PI) 5. Pengendli proporsionl plus turunn (PD) 6. Pengendli proporsionl plus integrl plus turunn (PID) Dri gmbr 1, m(t) merupkn sinyl kelurn pengendli, e(t) merupkn sinyl keslhn penggerk. Hubungn m(t) dn e(t) sesui dengn jenis ksi pengendlin. Pd pengendli proporsionl, sinyl m(t) merupkn hsil pengutn sinyl e(t). Pd pengendli integrl, sinyl m(t) merupkn hsil integrsi sinyl e(t). Demikin jug untuk ksi pengendli PD dn PID. Secr mtemtis, ksi pengendlin msing-msing tersebut di ts dlh sebgi berikut : Kendli Proporsionl m ( t) = Kp e( t) Kp : kepekn proporsionl tu pengutn Respon pengendli proporsionl untuk msukn e(t) berup sinyl tngg stun ditunjukn oleh gmbr 2. Kendli Integrl Pd pengendli integrl. hrg kelurn pengendli m(t) diubh dengn lju yng sebnding dengn sinyl keslhn penggerk e(t) 10

11 dm( t) = Ki. e( t) dt m( t) = Ki t 0 e( t) dt K i : konstnt integrsi Jik hrg e(t) diduklikn, mk hrg m(t) berubh dengn lju perubhn menjdi dukli semul. Jik keslhn penggerk nol, mk hrg m(t) tetp. Respon pengendli integrl untuk msukn e(t) berup sinyl tngg stun ditunjukkn oleh gmbr 2. E(t) m(t) Sinyl keslhn t m(t) Respon pengendli t Respon pengendli t m(t) t Respon pengendli PI Gmbr 2. Respon pengendli proporsionl dn integrl terhdp sinyl tngg stun Proporsionl plus Integrl Kp m( t) = Kp e( t) + e( t) dt Ti t 0 Kp Ti = Ki= Kons tn t / pengu tn int egrsi 11

12 Kp : menytkn kepekn proporsionl tu pengutn Ti : wktu integrl Respon pengendli PI untuk msukkn sinyl tngg stun ditunjukkn oleh gmbr 2. Kendli Proporsionl plus Turunn de( t) m( t) = Kp. e( t) + Kp. Td dt Kp. Td = Kd = Kons tn t / pengu tn turunn Kp : kepekn proporsionl Td : Wktu turunn Besr kelurn pengendli sebnding dengn lju perubhn sinyl keslhn penggerk. Respon pengendli untuk sinyl keslhn berup fungsi rmp ditunjukkn oleh gmbr 3. Aksi kendli turunn mempunyi krkter untuk mendhului. e(t) Sinyl msukn t m(t) Respon kendli PD t m(t) Respon kendli t Pengendli PID Gmbr 3. Respon kendli PD dn PID untuk sinyl keslhn berup fungsi rmp de( t) Kp m( t) = Kp. e( t) + Kp. Td + dt Ti t 0 e( t) dt Kp : Pengutn Td : wktu turunn Ti : Wktu integrl Respon pengendli PID untuk sinyl keslhn berup fungsi rmp ditunjukkn oleh gmbr 3. 12

13 IV. LANGKAH PERCOBAAN A. Krkteristik Plnt 1. But rngkin RC (R = 100 ohm, C = 10 nf) sebgi sistem Plnt 2. Beri Plnt dengn tegngn tertentu sebgi msukn 3. Amti kelurn plnt dengn osiloskop. Gmbr bentuk msukn dn kelurn sebgi fungsi wktu 4. Ukur wktu nik (Tr), wktu turun (Td), wktu penetpn/settling time (Ts) dn mksimum overshoot (Mp) B. Pengendli Proporsionl 1. But rngkin sistem kendli, seperti ditunjukkn oleh gmbr 4, tnp pengendli integrl dn turunn 2. Psng setting point kemudin mti kelurn pengendli dn plnt dengn osiloskop. Atur pengutn Kp. Gmbr bentuk kelurn dn ukur prmeterprmeter seperti di sebutkn dlm point A.4 3. Nikkn dn turunkn setting point untuk mengtur sinyl keslhn C. Pengendli Integrl 1. But rngkin sistem kendli seperti ditunjukkn oleh gmbr 4, nmun tnp pengendli proporsionl dn turunn 2. Lkukn seperti lngkh B.2 dn B.3 dengn pengturn Ki D. Pengendli Proporsionl plus Integrl 1. But rngkin seperti gmbr 4 tnp pengendli turunn 2. Lkukn seperti lngkh B.2 dn B.3 E. Pengendli Proporsionl plus Turunn 1. But rngkin seperti gmbr 4 tnp pengendli integrl 2. Lkukn seperti lngkh B.2 dn B.3 F. Pengendli Proporsionl plus Integrl plus Turunn 1. But rngkin seperti gmbr 4 2. Lkukn seperti lngkh B.2 dn B.3 G. But pembhsn untuk tingkh lku msing-msing sistem berdsrkn hsil pengukurn prmeter-prmeter sistem. 13

14 BAB-7 PROGRAMMABLE LOGIK CONTROLLER (PLC) I. Tujun : 1. Mhsisw dpt mengenl perngkt kers dn perngkt lunk PLC 2. Mhsisw dpt memprogrm dengn bhs ldder digrm. 3. Mhsisw dpt menerpkn untuk pliksi kontrol berbsis PLC II. Teori dsr. PLC pertm kli dikenlkn sebgi lt kendli otomtis pd thun wlny PLC dimksudkn sebgi lt yng bekerj secr elektronis untuk menggntikn pnel rely. St itu PLC hny bekerj untuk kondisi ON- OFF untuk pengendlin motor, solenoid, dn ctutor. Alt ini mmpu mengmbil keputusn yng lebih bik disbnding rely bis. St ini PLC sudh menjdi lt yng cerds, yng merupkn kebutuhn utm di industri modern. PLC modern dpt sebgi lt yng dpt mengkuisisi dt dn menyimpnny, membut lporn, menjlnkn opersi mtemtis yng kompleks, mengendlikn motor servo,motor stepper,megdkn dignosis keslhn sendiri dengn trouble shootingny,berkomuniksi dengn PLC lin dn komputer minfrme. PLC sebenrny sutu system elektronik digitl yng dirncng dpt mengendlikn mesin dn proses dengn mengimplementsikn fungsi nlr, kendlisekuensil, opersi pewktun (timing), pencchn (counting), dn ritmtik. PLC tidk lin dlh komputer digitl,sehingg mempunyi prosesor,unit memori, unit kontrol dn unit I/O. tetpi PLC berbed dengn komputer dlm beberp hl,yitu PLC dirncng untuk berd dilingkungn industri yng mungkin bnyk debu,pns, bnyk goncngn dn sebginy. Kemudin PLC hrus dpt diprogrm tnp pengethun pemrogrmn khusus dn sebgin besr PLC tidk mempunyi monitor, nmun dilengkpi dengn system interfce yng mengethui sttus progrm yng sedng berjln. Sebgin besr PLC dpt melkukn opersi sebgi berikut : - Rely logic - Pencchn - Pewktun - Pengurngn - Penggesern - Penmbhn - Penguncin - Pembndingn - Mnipulsi dt - Opersi BCD - Antr muk AC - Kendli PID - Antrmuk Anlog - Antrmuk DC 14

15 Opersi-opersin tersebut membut PLC sngt bergun bgi pliksi pengendlin di industri. Beberp keuntungn penggunn PLC dlh : 1. Kehndln 2. Kebutuhn rung yng lebih kecil 3. Dpt diprogrm untuk pliksi bru 4. Dpt melkukn lebih bnyk fungsi 5. Lebih mudh diperbiki 6. Reltif murh. Sutu PLC bisny dilengkpi dengn konsol pemrogrm. Besrny PLC bisny ditentukn oleh bnykny titik msukn dn kelurn. Jumlh ini dpt mencpi rtusn msukn dn kelurn. Konsol pemrogrm merupkn lt Bntu untuk pemrogrmn PLC. Dengn lt ini seseorng dpt memsukkn progrm bru, memeriks progrm yng sedng berjln dn memeriks klu d keslhn. Sebgin besr PLC diprogrm dengn bhs pemrogrmn simbolik yng sngt mirip dengn digrm tngg (ldder) pd penggunn rely. Urutn pemrogrmn dri kiri ke knn dn dri ts ke bwh. Konfigursi sistem PLC dengn proses yng dikontrol dpt diliht pd gmbr 1. berikut. Proses yng dikendlikn Msukn Proses Interfce PLC Kelurn Proses Gmbr 1. konfigursi PLC sebgi system kontrol Sebgi msukn bgi PLC bis berup sklr pembts, tombol tekn, kontk rely, tupun sinyl nlog. Sedngkn kelurnny dpt berup lmpu, coil rely, solenoid, dn siny nlog / digitl. Antrmuk msukn berfungsi menerim sinyl dri proses tu mesin 15

16 yng dikendlikn dn mengubhny menjdi sinyl yng dpt dimengerti oleh PLC. Antrmuk kelurn mengubh sinyl kelurn PLC menjdi sinyl yng dpt dipki oleh proses tu mesin. Bisny ntrmuk msukn dn kelurn ini terpish. Prosesor dlh otkny PLC, disini beberp fungsi nlr (logic) dilkukn berdsrkn sinyl msukn dn menghsilkn sinyl kelurn yng sesui dengn yng diinginkn. Pemrogrmn PLC Pemrogrmn PLC bisny dilkukn dengn digrm ldder yng dpt dimsukkn lewt konsol pemrogrm tu komputer. Bgin penting dri tngg dlh rel, nk tngg,pencbngn, msukn, kelurn, pewktu dn pencch. Rel dlh gris verticl yng menggmbrkn sumber teng bgi rely dn system nlrny. Ank tngg dlh gris mendtr yng dpt berisi pencbngn, msukn dn kelurn. Msukn tergntung pd kondisiny, bis NO (normlly open) tu NC (normlly close), sementr kelurn bisny berup koil rely dn berd disebelh ujung knn nk tngg. Progrm ldder terdiri ts himpunn perinth yng dipki untuk mengendlikn mesin tu proses. Urutn logic yng dimsukkn ke mikrokontroller membentuk digrm ldder. Nlr ldder merupkn bhs pemrogrmn grfis yng menggmbrkn digrm rely listrik. Digrm ldder ini mengidentifiksi semu elemen dri rngkin elektromgnetis dn menggmbrknny secr grfis. Dlm digrm ldder ini semu lt msukn dihubungkn pd nk tngg, yng terhubung secr seri tu prllel. Elemen terkhir dri nk tngg dlh kelurn yng menerim ksi sebgi hsil dri kondisi msukn nk tngg. Dsr pemrogrm ldder. Instruksi dsr PLC 1. LOAD (LD) Perinth ini digunkn jik urutn kerj sutu sistem kontrol hny membutuhkn stu kedn logik. Logik ini mirip dengn kontk rely NO. Simbol : 16

17 2. LOAD NOT Perinth ini digunkn jik urutn kerj sistem kontrol hny membutuhkn stu kondisi logik. Logik ini mirip dengn kontk rely NC. Simbol : 3. AND Perinth ini digunkn untuk urutn kerj sistem kontrol yng lebih dri stu kondisi logik yng hrus terpenuhi semuny untuk mengelurkn stu output. Logik ini mirip dengn kontk rely NO. Simbol : 4. AND NOT Perinth ini digunkn untuk urutn kerj sistem kontrol yng lebih dri stu kondisi logik yng hrus terpenuhi semuny untuk mengelurkn stu output. Logik ini mirip dengn kontk rely NC. Simbol : 5. OR Perinth ini digunkn untuk urutn kerj sistem kontrol yng lebih dri slh stu kondisi logik yng hrus terpenuhi semuny untuk mengelurkn stu output. Logik ini mirip dengn kontk rely NO. Simbol : 6. OR NOT Perinth ini digunkn untuk urutn kerj sistem kontrol yng lebih dri slh stu kondisi logik yng hrus terpenuhi semuny untuk mengelurkn stu output. Logik ini mirip dengn kontk rely NC. Simbol : 17

18 7. OUT Jik kondisi logik terpenuhi, perinth ini digunkn untuk mengelurkn stu output. Logik ini mirip dengn kontk rely NO Simbol : Bit 8. OUT NOT Jik kondisi logik terpenuhi, perinth ini digunkn untuk mengelurkn stu output. Logik ini mirip dengn kontk rely NC Simbol : Bit 9. TIMER (TIM) dn COUNTER (CNT) Timer /counter pd PLC berjumlh 512 buh dengn nomor TC 000 smpi TC 511 tergntung tipe PLC). Jik stu nomor sudh dipki, mk nomor tersebut tidk bis dipki lgi sebgi timer/counter. Nili timer/counter pd PLC bersift menghitung mundur dri nili wl yng ditetpkn dn setelh tercpi niliny mk kontk NO timer/counter kn ON. Nili bilngn timer/counter berkisr dri dlm bentuk BCD berorde 100 ms. Simbol : TIMER : TIM N SV Timer ktif bil kondisi eksekusi ON dn reset bil OFF, pertm membc SV (orde 0,1 dtk) N : nomor timer ( ) SV : set vlue(word,bcd) (IO,AR,DM,HR,#) COUNTER : CP R CNT N SV CP : Count pulse R : Reset N : nomor timer ( ) SV : set vlue(word,bcd) (IO,AR,DM,HR,#) COMPARE-CMP (20) 18

19 DIFU(13)-diferentite UP CMP (20) Cp1 Cp2 Membndingkn Cp1 dn Cp2 dn hsil ke GR, EQ dn LE flg dlm re SR Cp1 : dt ke-1 yng dibndingkn dengn (IO,AR,DM,TC,LR,#) Cp2 : dt ke-2 yng dibndingkn dengn (IO,AR,DM,TC,LR,#) DIFU(13) B DIFU (13) menjdikn ON bit bertnd (B) stu siklus st kondisi diktifkn dri OFF ke ON (leding edge) B : Bit IO,AR,HR,LR DIFD (14)-Diferentite Down DIFU(14) B DIFU (14) menjdikn ON bit bertnd (B) stu siklus st kondisi diktifkn dri ON ke OFF (triling edge) B : Bit IO,AR,HR,LR ADD (30)-BCD Add ADD (30) Au Ad R ADD (30) menjumlhkn isi Au,Ad dn Cy, hsilny diletkkn di R. Crry (Cy =1, set) bil hsil jumlh > 9999 Au : Augend word (IO,AR,DM,HR,TC,LR,#) Ad : Addend word (IO,AR,DM,HR,TC,LR,#) R : Result word (IO,AR,DM,HR,TC,LR,#) SUB (31)-BCD Substrct ADD (30) Au Ad R SUB (30) mengurngi isi Su,dn Cy, hsilny diletkkn di R. Crry (Cy =1, set) bil hsil negtif dn hsil komlemen 10 diletkkn di R. Mi : Minuend word (IO,AR,DM,HR,TC,LR,#) S : Substrhend word (IO,AR,DM,HR,TC,LR,#) R : Result word (IO,AR,DM,HR,TC,LR,#) Hubungn msukn dn kelurn 19

20 PLC bekerj berdsrkn logik Boolen, dpt berbentuk AND (terhubung seri). Bil semu kondisi msukn terpenuhi pd nk tngg sebelum kelurn mk kelurn kn hidup. Msukn Seri Kelurn A B C Gmbr 2. logik AND Msukn Kelurn A C B Gmbr 3. Logik OR Msukn Kelurn A B C D Gmbr 4. Logik OR Percbngn Kelurn 20

21 Selin msukn, kelurn dpt jug dilkukn pencbngn / prllel,sehingg dpt mengendlikn beberp kelurn sekligus (gmbr 5.). Msukn Kelurn A C B D Gmbr 5. percbngn kelurn. Perngkt lunk SYSWIN21. Sistem PLC terhubung dengn port seril RS 232 pd sistem komuter sehingg dpt dihubungkn dengn port COM-1 tu COM-2. untuk membut digrm ldder dn menulisny diperlukn perngk lunk SYSWIN21 yng sudh terinstll di komputer. Unit Msukn CPU RS 232 CPM1A CPU units (PLC) Unit Kelurn Gmbr 6. hubungn unit PLC dengn Unit CPU mellui kbel RS232. Secr digrm hubungn input dn output PLC nmpk seperti gmbr PLC

22 Gmbr 7. unti PLC III. ALAT dn Bhn 1. PLC OMRON 2. Perg 3. PC 4. Konektor IV. Lngkh Kerj Contoh-1 Progrm sederhn Berdsrkn gmbr 7. jik diinginkn sklr (S1) berfungsi untuk menghidupkn lmpu (L1) sedngkn sklr (S2) berfungsi untuk menghidupkn lmpu (L2), mk bentuk digrm ldderny seperti gmbr 8. Pengujin Progrm Untuk menguji pkh ldder yng dibut sudh benr, mk perlu dilkukn pengujin sebgi berikut : 1. Pd menu Online, pilih DownLod progrm, dn muncul kotk dilog konfirmsi downlod tersebut, dn pilih Yes. 2. Proses downlod progrm kn dilkukn smpi selesi, kemudin pilih tombol Yes jik sudh selesi. 3. Klik menu Online, pilih mode dn kn muncul kotk dilog mode opersi, pilih Run untuk menjlnkn hsil progrm yng di downlod. 4. Berikn msukn dn mti kelurnny, pkh sesui dengn keinginn. 5. Ulngi lngkh 3 jik ingin merubh, membut progrm bru. 22

23 Gmbr 8. contoh ldder sederhn. Contoh-2, jik pd gmbr 7. sklr (S1) dileps mk lmpu (L1) kn mti, demikin jug dengn sklr (S1) jik sklr dileps mk lmpu (L2) mti. Bgimn jik diinginkn gr lmpu (L1) tu (L2) tetp menyl wlu sklr (S1) tu sklr (S2) dileps. Jwbn liht pd gmbr 9,dengn menmbh pengunci (ltch). Gmbr 9. ldder dengn ltch Tugs. 1. Berdsrkn gmbr 9, modifiksi gr lmpu mti dlm wktu tertentu, gunkn fungsi timer. 2. Bgimn merenckn dn mengpliksikn untuk lmpu llu lints. 23

24 Contoh pliksi fungsi Counter PLC Gmbr 10. ldder digrm pliksi fungsi counter. 24

25 Digrm di ts menunjukkn bhw counter-000 mencch sebnyk 5X jik diberi msukn (sklr S2 ditekn) yng terhubung dengn input mk lmpu kn menyl, jik sklr (S1) ditekn mk lmpu kn mti (direset). Contoh pliksi fungsi Timer PLC Gmbr 11.contoh pliksi fungsi timer 25

26 Dri gmbr 11. menytkn bhw jik sklr S1 ditekn, yng terhubung dengn input mk timer kn berjln kemudin Lmpu (L1) menyl. Tugs 1. Gunkn PLC untuk mengendlikn stu buh motor 3 fse 2. Gunkn PLC untuk mengendlikn du buh motor 3 fse untuk selng wktu tertentu motor (M-1) hidup kemudin mti dn diikuti hidupny motor (M2), motor kn berhenti jik tombol stop ditekn. R S T Stop Strt K1 K1 M V~ PLC Rely K1 Lmpirn : 26

27 Key Fkey Drwing Tool Escpe Selection tool (quote) F2 Drw open contct / (slsh) F3 Drw close contct - (hypen) F4 Drw horizontl br F5 Drw Vertikl short O F6 Drw output Q F7 Drw Negted output F F8 Drw Function T F9 Timer C F10 Drw Counter / Negted existing element Del Delete Element Referensi : Hrsono, Djiwo, Kumpuln Diktt dn Petunjuk Prktikum PLC, Sekolh Tingi Teknologi Nuklir Btn, Yogykrt,

28 , Diklt Peltihn Dsr PLC, Universits Gdjh Md, Yogykrt, September , Opertion Mnul Omron, OMRON, 1997, , User Mnul Omron,

29 PID ANALOG Tujun : 1. Memhmi dn membuktikn pengturn dengn kendli PID 2. Memperbiki sinyl kelurn sutu sistem menggunkn kendli PID Alt dn Bhn 1. Perngkt PID 2. Komponen filter RLC 3. Power Supply 4. Function Genertor (FG) 5. AVO / mulitmeter 6. CRO Teori dsr Keberdn kontroller dlm sebuh sistem kontrol mempunyi kontribusi yng besr terhdp prilku sistem. Pd prinsipny hl itu disebbkn oleh tidk dpt diubhny komponen penyusun sistem tersebut. Artiny, krkteristik plnt hrus diterim sebgimn dny, sehingg perubhn perilku sistem hny dpt dilkukn mellui penmbhn sutu sub sistem, yitu kontroler. Slh stu tugs komponen kontroler dlh mereduksi sinyl keslhn, yitu perbedn ntr sinyl setting dn sinyl ktul. Hl ini sesui dengn tujun sistem kontrol dlh mendptkn sinyl ktul senntis (diinginkn) sm dengn sinyl setting. Semkin cept reksi sistem mengikuti sinyl ktul dn semkin kecil keslhn yng terjdi, semkin biklh kinerj sistem kontrol yng diterpkn. Apbil perbedn ntr nili setting dengn nili kelurn reltif besr, mk kontroler yng bik sehrusny mmpu mengmti perbedn ini untuk seger menghsilkn sinyl kelurn untuk mempengruhi plnt. Dengn demikin sistem secr cept mengubh kelurn plnt smpi diperoleh selisih ntr setting dengn besrn yng ditur sekecil mungkin[rusli, 1997]. Kontroler Proposionl Kontroler proposionl memiliki kelurn yng sebnding/proposionl dengn besrny sinyl keslhn (selisih ntr besrn yng diinginkn dengn hrg ktulny) [Shron, 1992, 19]. Secr lebih sederhn dpt diktkn, bhw kelurn kontroller proporsionl merupkn perklin ntr konstnt proporsionl dengn msuknny. Perubhn pd sinyl msukn kn seger menyebbkn sistem secr lngsung mengubh kelurnny sebesr konstnt pengliny. Gmbr 1 Digrm blok kontroler proporsionl 29

30 Gmbr 1 menunjukkn blok digrm yng menggmbrkn hubungn ntr besrn setting, besrn ktul dengn besrn kelurn kontroller proporsionl. Sinyl keslhn (error) merupkn selisih ntr besrn setting dengn besrn ktulmy. Selisih ini kn mempengruhi kontroller, untuk mengelurkn sinyl positip (mempercept pencpin hrg setting) tu negtif (memperlmbt tercpiny hrg yng diinginkn). Kontroler proporsionl memiliki 2 prmeter, pit proporsionl (proportionl bnd) dn konstnt proporsionl. Derh kerj kontroller efektif dicerminkn oleh Pit proporsionl (Gunterus, 1994, 6-24), sedngkn konstnt proporsionl menunjukkn nili fktor pengutn terhdp sinyl keslhn, K p. Hubungn ntr pit proporsionl (PB) dengn konstnt proporsionl (K p ) ditunjukkn secr prosentsi oleh persmn berikut: Gmbr 2 menunjukkn grfik hubungn ntr PB, kelurn kontroler dn keslhn yng merupkn msukn kontroller. Ketik konstnt proporsionl bertmbh semkin tinggi, pit proporsionl menunjukkn penurunn yng semkin kecil, sehingg lingkup kerj yng dikutkn kn semkin sempit[johnson, 1988, 372]. Gmbr 2: Proportionl bnd dri kontroler proporsionl tergntung pd pengutn. Ciri-ciri kontroler proporsionl hrus diperhtikn ketik kontroler tersebut diterpkn pd sutu sistem. Secr eksperimen, penggun kontroller proporsionl hrus memperhtikn ketentun-ketentun berikut ini: 1. Klu nili K p kecil, kontroler proporsionl hny mmpu melkukn koreksi keslhn yng kecil, sehingg kn menghsilkn respon sistem yng lmbt. 2. Klu nili K p dinikkn, respon sistem menunjukkn semkin cept mencpi kedn mntbny. 30

31 3. Nmun jik nili K p diperbesr sehingg mencpi hrg yng berlebihn, kn mengkibtkn sistem bekerj tidk stbil, tu respon sistem kn berosilsi [Pkphn, 1988, 193]. Kontroler Integrl Kontroller integrl berfungsi menghsilkn respon sistem yng memiliki keslhn kedn mntp nol. Klu sebuh plnt tidk memiliki unsur integrtor (1/s ), kontroller proporsionl tidk kn mmpu menjmin kelurn sistem dengn keslhn kedn mntbny nol. Dengn kontroller integrl, respon sistem dpt diperbiki, yitu mempunyi keslhn kedn mntpny nol. Kontroler integrl memiliki krkteristik seperti hlny sebuh integrl. Kelurn kontroller sngt dipengruhi oleh perubhn yng sebnding dengn nili sinyl keslhn(rusli, 18, 1997). Kelurn kontroler ini merupkn jumlhn yng terus menerus dri perubhn msuknny. Klu sinyl keslhn tidk menglmi perubhn, kelurn kn menjg kedn seperti sebelum terjdiny perubhn msukn. Sinyl kelurn kontroler integrl merupkn lus bidng yng dibentuk oleh kurv keslhn penggerk- liht konsep numerik. Sinyl kelurn kn berhrg sm dengn hrg sebelumny ketik sinyl keslhn berhrg nol. Gmbr 3 [Ogt, 1997, 236] menunjukkn contoh sinyl keslhn yng disulutkn ke dlm kontroller integrl dn kelurn kontroller integrl terhdp perubhn sinyl keslhn tersebut. Gmbr 3 Kurv sinyl keslhn e(t) terhdp t dn kurv u(t) terhdp t pd pembngkit keslhn nol. Gmbr 4 menunjukkn blok digrm ntr besrn keslhn dengn kelurn sutu kontroller integrl. Gmbr 4: Blok digrm hubungn ntr besrn keslhn dengn kontroller integrl 31

32 Pengruh perubhn konstnt integrl terhdp kelurn integrl ditunjukkn oleh Gmbr 5. Ketik sinyl keslhn berlipt gnd, mk nili lju perubhn kelurn kontroler berubh menjdi du kli dri semul. Jik nili konstnt integrtor berubh menjdi lebih besr, sinyl keslhn yng reltif kecil dpt mengkibtkn lju kelurn menjdi besr (Johnson, 1993, 375). Gmbr 5 Perubhn kelurn sebgi kibt pengutn dn keslhn Ketik digunkn, kontroler integrl mempunyi beberp krkteristik berikut ini: 1. Kelurn kontroler membutuhkn selng wktu tertentu, sehingg kontroler integrl cenderung memperlmbt respon. 2. Ketik sinyl keslhn berhrg nol, kelurn kontroler kn berthn pd nili sebelumny. 3. Jik sinyl keslhn tidk berhrg nol, kelurn kn menunjukkn kenikn tu penurunn yng dipengruhi oleh besrny sinyl keslhn dn nili K i (Johnson, 1993, 376). 4. Konstnt integrl K i yng berhrg besr kn mempercept hilngny offset. Tetpi semkin besr nili konstnt K i kn mengkibtkn peningktn osilsi dri sinyl kelurn kontroler (Guterus, 1994, 7-4). Kontroler Diferensil Kelurn kontroler diferensil memiliki sift seperti hlny sutu opersi derivtif. Perubhn yng menddk pd msukn kontroler, kn mengkibtkn perubhn yng sngt besr dn cept. Gmbr 6 menunjukkn blok digrm yng menggmbrkn hubungn ntr sinyl keslhn dengn kelurn kontroller. Gmbr 6: BlokDigrm kontroler diferensil Gmbr 7 menytkn hubungn ntr sinyl msukn dengn sinyl kelurn kontroler diferensil. Ketik msuknny tidk menglmi perubhn, kelurn kontroler jug tidk menglmi perubhn, sedngkn pbil sinyl msukn berubh menddk dn menik (berbentuk fungsi step), kelurn menghsilkn sinyl berbentuk impuls. Jik sinyl msukn berubh nik secr perlhn (fungsi rmp), kelurnny justru merupkn fungsi step yng 32

33 besr mgnitudny sngt dipengruhi oleh keceptn nik dri fungsi rmp dn fktor konstnt diferensilny T d (Guterus, 1994, 8-4). Gmbr 7 Kurv wktu hubungn input-output kontroler diferensil Krkteristik kontroler diferensil dlh sebgi berikut: 1. Kontroler ini tidk dpt menghsilkn kelurn bil tidk d perubhn pd msuknny (berup sinyl keslhn). 2. Jik sinyl keslhn berubh terhdp wktu, mk kelurn yng dihsilkn kontroler tergntung pd nili Td dn lju perubhn sinyl keslhn. (Powel, 1994, 184). 3. Kontroler diferensil mempunyi sutu krkter untuk mendhului, sehingg kontroler ini dpt menghsilkn koreksi yng signifikn sebelum pembngkit keslhn menjdi sngt besr. Jdi kontroler diferensil dpt mengntisipsi pembngkit keslhn, memberikn ksi yng bersift korektif, dn cenderung meningktkn stbilits sistem (Ogt,, 1997, 240). Berdsrkn krkteristik kontroler tersebut, kontroler diferensil umumny dipki untuk mempercept respon wl sutu sistem, tetpi tidk memperkecil keslhn pd kedn tunkny. Kerj kontrolller diferensil hnylh efektif pd lingkup yng sempit, yitu pd periode perlihn. Oleh sebb itu kontroler diferensil tidk pernh digunkn tnp d kontroler lin sebuh sistem (Sutrisno, 1990, 102). Kontroler PID Setip kekurngn dn kelebihn dri msing-msing kontroler P, I dn D dpt sling menutupi dengn menggbungkn ketigny secr prlel menjdi kontroler proposionl plus integrl plus diferensil (kontroller PID). Elemen-elemen kontroller P, I dn D msing-msing secr keseluruhn bertujun untuk mempercept reksi sebuh sistem, menghilngkn offset dn menghsilkn perubhn wl yng besr(guterus, 1994, 8-10). Gmbr 8 menunjukkn blok digrm kontroler PID. 33

34 Gmbr 8 Blok digrm kontroler PID nlog Kelurn kontroller PID merupkn jumlhn dri kelurn kontroler proporsionl, kelurn kontroler integrl. Gmbr 9 menunjukkn hubungn tersebut. Gmbr 9 Hubungn dlm fungsi wktu ntr sinyl kelurn dengn msukn untuk kontroller PID Krkteristik kontroler PID sngt dipengruhi oleh kontribusi besr dri ketig prmeter P, I dn D. Penyeteln konstnt Kp, Ti, dn Td kn mengkibtkn penonjoln sift dri msing-msing elemen. Stu tu du dri ketig konstnt tersebut dpt disetel lebih menonjol dibnding yng lin. Konstnt yng menonjol itulh kn memberikn kontribusi pengruh pd respon sistem secr keseluruhn (Gunterus, 1994, 8-10). Filter nlog merupkn rngkin yng bergun untuk melkukn tpis frekuensi. Tergntung jenis filter yng digunkn dn rncngn filterny. Terdpt du jenis filter yitu filter ktif dn filter psif. Keduny tersusun ts miniml kombinsi komponen Resistor (R),Lilitn (L), dn Kpsitor (C). Low Pss Filter Orde-2 tu lebih memiliki komponen utm R, L, dn C. LPF ini hny meloloskn sinyl yng mempunyi frekuensi di bwh frekuensi upper cut off-ny. Sistem filter ktif terkdng menghsilkn sinyl kelurn yng tidk stbil. Dengn menggunkn rngkin pengendli yng disebut PID-elektronik, sinyl kelurn dpt ditur sedemikin rup sehingg sesui dengn stndr yng diinginkn. Anlisis rngkin filter ktif orde-2 dijelskn sebgi berikut: 34

35 Hukum Kirchoff untuk rngkin RLC : di 1 L + Ri + idt = ei dt C 1 idt = eo C Trnsformsi Lplce : 1 1 LsI ( s) + RIs ( ) + Is ( ) = Ei( s) C s 1 1 Is ( ) = Eo( s) C s dengn substitusi I ( s) = CsEo( s) ke persmn di ts diperoleh : LCs 2 Eo( s) + RCsEo( s) + Eo( s) = Ei( s) Fungsi Trnsfer : Eo 1 ( s) = Ei LCs 2 + RCs + 1 b Sensitivits: K = o = 1 o Frekuensi nturl : ω N = Koefisien redmn: ξ = o = o 2 1 LC = 2 RC LC Setip filter pd umumny memiliki sutu frekuensi tertentu yng dpt diloloskn yng bisny disebut dengn frekuensi Cut-Off. Andikn dlm sistem kendli, filter ini merupkn sebuh Plnt, mk dpt diperoleh krkteristikny dengn menggunkn konfigursi kendli P,PI,PD dn PID. Lngkh kerj 1. Terminl Setting Point (SP) pd blok kendli diberi msukn dri FG (gmbr 10). 2. Ukur pd msing-msing blok pkh fungsiny sudh berjln dengn bik (gmbr 10) digrm blok kendli PID. 3. Rngki plnt R,L,C msing-msing bernili R=100, L=2,5 mh dn C=10 nf, seperti gmbr Bentuklh struktur kendli P dn Atur potensio Kp, bgimn tnggpn wktuny, error stedy stte,rise time, dely time, overshoot,settling time, tegngn Output/input, dn ctt sert hitung nili Gin (K). 5. Ulngi dengn struktur kendli PI, Atur Kp dn Ki, ulngi lngkh Ulngi dengn struktur kendli PD, Atur Kp dn Ki, ulngi lngkh Ulngi dengn struktur kendli PID, Atur Kp dn Ki dn Kd,ulngi lngkh Berikn nlisis dn kesimpuln sudr. 35

36 P Set Point Σ I Σ Inv Plnt orde-2 RLC D Gmbr 10 digrm blok PID ANALOG Plnt orde-2 Gmbr 11. Skem Plnt Orde-2 36