IMPLEMENTASI KONTROLER PID PADA PLC UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

Transkripsi

1 IMPEMENASI ONROER PADA PC UNU PENGAURAN ECEPAAN MOOR DC Josaphat Pramudijanto dan Handy Wicaksono Jurusan eknik Elektro FI, Institut eknologi Sepuluh Nopember ampus IS, Surabaya 60, Indonesia. Abstrak: ontroler merupakan kontroler yang sampai sekarang masih banyak digunakan di dunia industri. Hal yang krusial pada disain kontroler ini ialah menentukan parameter kontroler atau tuning. arena sangat banyak metode tuning yang telah dikembang kan maka perlu ditetapkan metode terbaik yang memenuhi kriteria performansi yang kita inginkan dan masih ada dalam jangkauan keterbatasan plant. PC merupakan perangkat kontrol yang sering digunakan pada kontrol sekuensial, bisa melakukan algoritma kontrol pada salah satu sekuennya. Algoritma dituliskan dalam bahasa basic dimasukkan pada modul ASCII. Dengan mengin tegrasikan PC sebagai kontroler dan motor DC sebagai plant, kita dapat menganalisa metode metode tuning yang diterapkan ke pengaturan kecepatan motor DC. ata kunci : kontroler, PC.. PENDAHUUAN ontroler adalah kontroler berumpanbalik yang paling populer di dunia industri karena memberikan performa kontrol yang baik meski mempunyai algoritma sederhana yang mudah dipahami [Willis, 999]. Hal krusial dalam desain kontroler ialah tuning kontroler. Pada tahun 94, Ziegler-Nichols mengembangkan metode kurva reaksi yaitu tuning berdasar respon open loop sistem. Selain itu juga dikembangkan metode osilasi (close loop tuning) yang bisa menangani plan yang mengandung integrator (tidak stabil). Setelah itu pada tahun 967 dikembangkan metode tuning yang bertujuan meminimasi nilai integral kesalahan [Smith dan Corripio, 997]. emudian muncul metode tuning yang berdasar model plan. Metode pertama ialah Direct Synthesis yang memerlukan model plan sebenarnya dan model plan yang diinginkan untuk mendapatkan parameter P, I, D dari kontroler. Metode berikutnya yang hampir sama ialah Internal Model Control yang dikembangkan oleh Garcia dan Morrari pada tahun 98. [Ray dan Oguinnake, 994]. Sementara itu Programmable ogic (PC) sebagai alat pengatur urutan proses secara digital, salah satunya dengan memanfaatkan modul ASCII yang bisa mengadaptasi pemrograman dalam bahasa BASIC [Omron, 988]. Penggunaan modul ASCII sebagai media belajar di dunia pendidikan masih sangat sedikit. Hutomo [Hutomo, 995] mencoba mengaplikasikan algoritma fuzzy pada modul ASCII PC 00H. Sementara pemahaman penggunaan kontroler memerlukan penanganan yang serius. arena itu, pada penelitian kali ini dicoba untuk mengimplementasikan kontroler pada modul ASCII untuk mengatur kecepatan motor DC. Meskipun implementasi kontroler dengan tuning tertentu telah dicoba oleh Chairuzzani [Chairuzzani dkk., 998] dengan hasil kurang memuaskan.. ONROER. ontroler ontroler merupakan salah satu komponen sistem yang berfungsi mengolah sinyal umpan balik dan sinyal referensi menjadi sinyal kontrol sedemikian rupa sehingga performansi sistem yang dikendalikannya sesuai dengan spesifikasi performansi yang diinginkan. ipe kontroler paling populer ialah kontroler. Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar. Persamaan kontroler dalam bentuk aplace : M ( s) = C ( E( s) + E( s) + DsE( s)) (.) I s. uning ontroler dengan Pendekatan Model Plan Aspek yang sangat penting dalam desain kontroler ialah tuning kontroler. Ziegler Nichols [Muhidin, 999] mengembangkan metode kurva reaksi pada plan dengan sistem lup terbuka dan hasil penalan parameter seperti tabel berikut:. abel. Paramater dengan metode kurva reaksi ipe ontroler p i d P / ~ 0 PI 0,9 / /0,3 0, / 0,5 Sedang tuning parameter dengan metode osilasi pada sistem lup tertutup didapatkan seperti tabel berikut: abel. Paramater dengan metode osilasi ipe ontroler p i d P 0,5 u PI 0,45 u / P u 0,6 u 0,5 P u 0,5 P u Selain itu, metode lain yang hampir serupa dengan kurva reaksi ialah metode Cohen Coon [Ray dan Oguinnake, 994] yang tampak pada tabel berikut :.

2 abel.3 Paramater dengan metode Cohen-Coon ontroler c i d P PI ( ) 0, ( ) 3 + 8( ) 3 + 6( ) 4 + ( ) Ogunnaike dan Ray [Ogunnaike dan Ray, 994] mengemukakan metode tuning kontroler dengan metode direct sinthesys yang mempunyai 3 variasi, yaitu: Smith Predictor PI = ; c = (.). ( r) ontroler komersial c = ; = ; I = (.3) D ( r + a) ontroler ideal + = ; c ( + ) r = + ; I = + d (.4) Garcia dan Morrari pada tahun 98 [Ogunnaike dan Ray, 994], mengembangkan metode Internal Model Control, dengan tuning parameter sebagai berikut:: + c = ; = + ; I = (.5) D ( λ + ) + di mana nilai λ > 0,5..3 uning ontroler dengan Optimasi dari ime- Integral Criteria uning yang dilakukan bertujuan untuk meminimasi integral error. abel.4 Parameter kontroler model pendekatan IAE ipe on - Res- troler c i d Pon 0,855 0,965 Set Point 0,308 [ 0,796 0,47 ] 0, ,738 Distur bance 0,38 0,84 3. PERANCANGAN MODE 3. Perencanaan perangkat keras eperluan perangkat keras untuk penelitian ini meliputi: modul ASCII (C00H-ASC0), modul DA (C00H-DA00), dan modul digital input (C00H-IM). Modul-modul tersebut merupakan modul pada PC yang berfungsi sebagai kontroler pada konfigurasi sistem 0,99 0,995 pengaturan kecepatan. Hubungan secara lengkap perangkat yang dipergunakan untuk penelitian ini bisa dilihat pada gambar berikut: PC C00H Programming Console PC ASC 0 IM PC DA 00 DRIVER AMPI FIER ADC PC 7 Pengukuran data Gambar 3. Rangkaian untuk penelitian 3. Perencanaan Perangkat unak Perencanaan perangkat lunak dilakukan dengan menyusun algoritma yang direalisasikan kedalam bahasa Basic, dan dimasukkan ke modul ASCII. Model kontroler digital yang digunakan mengacu pada implementasi yang dilakukan oleh Bennet [Bennet, 988] dengan ketentuan sebagai berikut: Persamaan kontroler digital : n ( e n en ) mn = c d + en + ek. t (3.) t i k= 0 Penggunaan Sampling time: 0,0 detik. Penambahan konstanta manipulated variable (MV) saat steady state supaya tidak terjadi keadaan sinyal kontrol =0 saat error =0. MV yang diberikan = 3,5 V. Mengatasi integral windup atau integral saturation dengan membatasi besarnya komponen integral atau sinyal kontrol yaitu antara,5 8 V. 3.3 Implementasi uning ontroler Dengan hasil pengukuran model plan dan memasukkan nilai nilai parameter kontroler berdasar macam macam metode tuning yang telah dijelaskan sebelumnya, berikut dapat dilihat hasil perhitungan parameter kontroler. abel 3. Parameter kontrol berdasar metode tuning No Metode p i d Ziegler Nichols : urva Reaksi 34,37 0, 0,08 Ziegler Nichols : Osilasi 4,00 0,68 0,04 3 Cohen Coon : urva Reaksi 45,38 0,3 0,00 4 IAE : Set Point Changing 0,058,08 0,0 5 IAE : Disturbance Input 38,43 0,60 0,0 MOOR DC ACHO MEER

3 No Metode p i d 6 PI Smith Predictor,894,604-7 Commercial,794,604 0,08 8 Ideal,86,63 0,08 9 Internal Model Control,86,63 0,08 4. HASI PENGUURAN DAN ANAISA 4. Percobaan est I Percobaan ini dilakukan dengan memberikan perubahan set point pada plan yang telah running dan steady. Dari hasil percobaan test I ini metode metode berikut: Metode Ziegler Nichols : urva Reaksi Metode Ziegler Nichols : Osilasi Metode Cohen Coon Metode IAE Set Point Metode IAE Disturbance terbukti memberikan respon yang buruk (terjadi osilasi terus menerus). Hal ini dikarenakan rasio / plan yang tidak memenuhi syarat seperti yang disampaikan oleh Ogunnaike [Ogunnaike & Ray, 994] dan Smith. [Smith & Corripio, 997]. Sedang keempat metode yang termasuk Model Based menunjukkan hasil yang cukup bagus, dan dapat dilihat pada tabel berikut. abel 4. Hasil Percobaan est I No Metode Akurat* Error SS. (V) Maximum Overshoot (%) Rise ime (det.) Settling ime (det.) anpa kontroler idak,06-0,54, Smith Predictor Commercial Ideal IMC Ya 0,44 Ya 0,44 3,9 (0,56 V) 3,9 (0,56 V) 0,54 0,9 0,7,6 Ya 0,44-0,36 0,54 Ya 0,44-0,36 0,54 * Akurat : berada dalam pita akurasi 5 % ontroler memberikan perbaikan yang signifikan pada plan tanpa kontroler, error steady state yang besar menjadi nyaris 0. Hasil keseluruhan yang diberikan nyaris sama. Jika dibanding simulasi, respon sistem masih mengandung error steady state. 4. Percobaan est II Percobaan ke dua ini dilakukan dengan memberikan disturbance pada plan yang telah running dan steady. Berikut ini tabel hasil pengukuran percobaan test II. abel 4. Hasil Percobaan est II No. Metode Waktu embali (det) anpa kontroler - Smith Predictor,5 No. Metode Waktu embali (det) 3 Commercial 3,60 4 Ideal,88 5 IMC,88 Pemberian kontroler menghasilkan waktu kembali kurang dari 3,6 detik.. ontroler Smith Predictor memberikan hasil yang sedikit lebih baik. 5. ESIMPUAN Dari hasil percobaan yang dilakukan pada penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :. Implementasi kontroler pada modul ASCII- PC C00H untuk mengatur kecepatan motor DC dapat dilakukan dengan beberapa pendekatan berikut : Penggunaan persamaan kontroler digital. Menggunakan sampling time 0,0 detik. Memberikan konstanta untuk keadaan zero error (MV=3,5 V). Memberi batas saturasi motor (,5 V 8 V). Metode tuning kontroler yang dapat dipakai untuk pengaturan kecepatan motor DC yaitu : Metode Smith Predictor Metode Commercial Con. Metode Ideal Metode Internal Model Yang mampu menghasilkan respon akurat, error steady state dan maximum overshoot relatif kecil (di bawah 5 %), dan rise time - settling time relatif cepat (di bawah 0,7 detik dan,6 detik). 3. Untuk penggunaan kontroler lewat komputer, metode Ideal memiliki pendekatan model yang paling ideal dan kriteria performansi yang cukup baik (memberi akurasi, error steady state : 0,44 detik, maximum overshoot : 0, rise time : 0,36 detik, dan settling time : 0,54 detik). DAFAR PUSAA Annexe, 998. Methode D identification De Strejc, <UR: pra.htm>. Bennet, S., 988. Real ime Computer Control : An Introduction, Prentice Hall Inc. Chairuzzaini dkk., 998. Metode Ziegler-Nichols pada Sistem ontrol Servo Posisi Berbasis omputer IBM-PC, <UR: elektro/kend5.html>. Hutomo, H., 995. Perencanaan dan Pembuatan Fuzzy ogic Unit dengan Memakai ASCII Unit pada PC C00H dan Salah Satu Aplikasinya, ugas Akhir SS. Johnson, C. D., 997. Process Control Instrumentation echnology, Prentice Hall Inc.

4 elic, M., 999. s in Nineties, Corning Incorporated Science and echnology Division Corning, New York. Ogata,., 997. eknik ontrol Automatik I, Penerbit Erlangga. Ogunnaike, B.A., dan Ray, W.H., 994. Process Dynamics, Modelling and Control, Oxford University Press. Smith, C.A., dan Corripio, A.B., 997. Principles And Practice of Automatic Process Control, John Wiley and Sons Inc. Willis, M. J., 999. Proportional-Integral-Derivative Control, <UR: pid.pdf>.., 988. Sysmac Programmable C00H Operation Manual, OMRON.., 988. Sysmac C00H Analog I/O Units Operation Guide, OMRON.., 99. C00H-ASC0 ASCII Unit, OMRON. DAFAR RIWAYA HIDUP Josaphat Pramudijanto dilahirkan di Pasuruan. ulus dari bidang studi eknik Sistem Pengaturan Jurusan eknik Elektro IS tahun 989. esempatan mengikuti program S di AI hailand diselesaikan pada bulan Desember 997. Bidang PC merupakan salah satu bidang yang ditekuni saat ini, selain topik yang terkait dengan implementasi suatu metoda pada plan riil. Handy Wicaksono dilahirkan di renggalek, 4 Juni 980. Pendidikan dasar sampai menengah ditempuh sampai tahun 998 di kota ini juga. amat dari SMUN I renggalek dan diterima di jurusan eknik Elektro IS pada tahun yang sama. ulus dari bidang studi eknik Sistem Pengaturan Jurusan eknik Elektro IS dan ikut wisuda pada bulan Maret 003.

5