SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE

Transkripsi

1 SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE SKRIPSI Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Disusun Oleh : MUHAMMAD ITMAMUL HUDA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO 2017 i

2 HALAMAN PERSETUJUAN Skripsi yang diajukan Oleh: Nama : Muhammad Itmamul Huda NIM : Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto Judul : Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive Telah diterima dan disetujui oleh: Purwokerto,... Juli 2017 ii ii

3 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Muhammad Itmamul Huda NIM : Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto Menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa Skripsi ini adalah hasil karya saya dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar serta bukan hasil penjiplakan dari karya orang lain. Demikian pernyataan ini saya buat dan apabila kelak di kemudian hari terbukti ada unsur penjiplakan, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku. iii iii

4 HALAMAN PENGESAHAN Skripsi yang diajukan Oleh : Nama : Muhammad Itmamul Huda NIM : Program Studi Fakultas Perguruan Tinggi Judul : Teknik Elektro : Teknik : Universitas Muhammadiyah Purwokerto : Sistem Scada Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive Telah dipertahankan di depan dewan penguji DEWAN PENGUJI Penguji 1 Penguji 2 Penguji 3 M. Taufiq Tamam, S.T., M.T. NIK Winarso, S.T., M.Eng. NIK Arif Johar Taufiq, S.T., M.T. NIK Ditetapkan di : Purwokerto Tanggal :... Juli 2017 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto M. Taufiq Tamam, S.T., M.T. NIK iv iv

5 MOTTO Jangan Menunda Sesuatu Yang Dapat Dilakukan Saat Itu Juga v

6 SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE Muhammad Itmamul Huda 1, Wakhyu Dwiono 2, Itmi Hidayat Kurniawan 3 INTISARI Dalam pengendalian proses di industri, PLC dan SCADA seringkali digunakan untuk memonitoring dan mengontrol kerja dari suatu alat yang dianggap sangat penting peranannya terhadap sistem. Peracangan sistem SCADA pada penelitian ini bertujuan untuk memonitoring dan mengendalikan kecepatan putar motor induksi 3 fasa. Penentuan konstanta PID dalam PLC sistem SCADA dilakukan dengan menggunakan metode tuning ziegler nichols 2 dan trial and error. Berdasarkan hasil percobaan, metode tuning ziegler nichols 2 tidak dipergunakan dalam pengujian kecepatan putar lebih lanjut, karena hasil percobaan respon dengan osilasi berkesinambungan yang tidak setabil dengan osilasi sebesar 0,14 0,2 Hz dan sulit untuk menentukan penguatan PID. Percobaan menggunakan tuning trial and error dengan set point 1000 RPM, nilai Kp=1, Ti=95 dan Td=0 didapatkan nilai maximum overshoot yang kecil (14,7%), rise time 8 detik dan nilai IAE sebesar 7611 dengan karakteristik sistem yang stabil. Hasil pengujian unjuk kerja sistem kendali untuk plant kecepatan motor induksi 3 fasa menunjukkan bahwa performansi sistem kendali menggunakan metode tuning trial and error memiliki nilai rise time yang cepat, nilai overshoot yang cukup kecil dan karakteristik sistem yang stabil. Kata kunci: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error vi

7 SCADA SYSTEM FOR INDUCTION MOTOR SPEED CONTROL USING VARIABLE SPEED DRIVE Muhammad Itmamul Huda 1, Wakhyu Dwiono 2, Itmi Hidayat Kurniawan 3 ABSTRACT PLC and SCADA are often used for monitoring and controlling the industrial process because they are playing an important role. SCADA system design on this research aims to monitor and control the rotational speed of 3 phase induction motor. The determination of PID constants in SCADA system PLC used method tuning ziegler nicols 2 and trial and error. Based on the experimental results, ziegler nichols 2 tuning method is not used in the rotational speed further testing, because the experimental results show the continuous unstable oscillations with frequency about of 0.14 to 0.2 Hz that is difficult to determine reinforcement PID. Experiment using trial and error tuning with set point about 1000 RPM, with value Kp=1, Ti=95 and Td=0 shows a small overshoot maximum value (14.7%), rise time 8 seconds and the value of IAE of Results of testing the performance of the control system for plant 3-phase induction motor speed indicates that the performance of the control system using the method of trial and error tuning has a fast rise time value, overshoot value that is small enough and stable enough. Keywords: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error vii

8 KATA PENGANTAR Puji Syukur kepada Allah SWT atas rahmat, karunia, dan hidayah-nya, sehingga Skripsi yang berjudul Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive dapat diselesaikan dengan baik. Penyusunan Skripsi ini sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan strata 1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto. Bantuan dan dukungan dari berbagai pihak sangat membantu dalam terselesaikannya Skripsi ini. Oleh karena itu ucapan terima kasih kepada: 1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya, sehingga dapat menyelesaikan Skripsi. 2. Keluarga, Ayah Chudaefah dan Ibu Siti Asyah yang selalu memberikan semangat, memberikan dukungan serta selalu mendoakan selama proses skripsi dilaksanakan. 3. Bapak M. Taufiq Tamam, S.T.,M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto yang telah mengesahkan Skripsi ini. 4. Bapak Winarso, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto dan dosen pembimbing akademik mahasiswa angkatan Bapak Wakhyu Dwiono, S.T,.M.T. selaku dosen pembimbing I dalam penyusunan Skripsi ini. 6. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan., S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing II dalam penyusunan Skripsi ini. 7. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Skripsi ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, diharapkan adanya masukan berupa kritik dan saran yang bersifat membangun, sehingga dapat bermanfaat dimasa mendatang. Kritik dan saran dapat disampaikan kepada penyusun secara langsung ataupun melalui viii

9 Semoga hasil Skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Purwokerto, 06 Juni 2017 Muhammad Itmamul Huda ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv MOTTO... v INTISARI... vi ABSTRACT... vii KATA PENGANTAR...viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR SINGKATAN...xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan Skripsi... 5 BAB II DASAR TEORI Tinjauan Pustaka Sensor Photodioda Optocoupler Motor Induksi 3 Fasa Variable Speed Drive Generator AC 3 Fasa Lampu Pijar Programmable Logic Controller (PLC) Proportional Integral Derivatif (PID) x

11 2.10 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) BAB III PERANCANGAN SISTEM Gambaran Umum Diagram Blok Perancangan Sensor Kecepatan/Photodioda Pengendali PLC TWIDO TWDLCAE40DRF Driver Motor Induksi 3 Fasa Diagram Alir Sistem Perancangan Perangkat Lunak (Software) Perancangan Sistem SCADA BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Analisa Umum Analisa Ladder Diagram PLC Pengujian Komunikasi Data Pengujian Sinyal Output Photodioda Pada Sensor Kecepatan Kalibrasi Pengukuran Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Tanpa PID Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Dengan Algorotma PID Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Trial and Error Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Ziegler Nichols Uji Coba Kecepatan Putar Motor Induksi Menggunakan Beban Pengujian Keseluruhan SCADA BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Simbol dan bentuk photodioda... 7 Gambar 2.2 Rangkaian photodioda... 8 Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler... 9 Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler Gambar 2.5 Motor induksi 3 fasa Gambar 2.6 Penampang stator dan rotor motor induksi 3 fasa Gambar 2.7 Diagram blok inverter Gambar 2.8 Skematik diagram generator AC 3 fasa Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar Gambar 2.10 Icon TwidoSuite Gambar 2.11 Tampilan menu TwidoSuite Gambar 2.12 Pilihan project management Gambar 2.13 Mengisikan nama project dan directory Gambar 2.14 Layar setting PLC Gambar 2.15 Tampilan pertama editor ladder diagram Gambar 2.16 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC Gambar 2.17 Blok fungsi timer Gambar 2.18 Blok fungsi counter Gambar 2.19 Blok fungsi fast counter Gambar 2.20 Blok fungsi PWM Gambar 2.21 Sistem pengendali PID Gambar 2.22 Arsitektur SCADA Gambar 2.23 Tampilan citect exploler Gambar 2.24 Tampilan citect project editor Gambar 2.25 Tampilan citect graphics builder Gambar 3.1 Diagram blok sistem monitoring dan pengendali motor induksi Gambar 3.2 Rangkaian sensor kecepatan/photodioda Gambar 3.3 Rangkaian driver motor induksi Gambar 3.4 Diagram alir sistem xii

13 Gambar 3.5 Diagram alir dalam PLC Gambar 3.6 Pengaturan komunikasi pada TwidoSuite dan Vijeo Citect Gambar 3.7 Tampilan monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA Gambar 4.1 Arsitektur monitoring dan pengendalaian kecepatan putar motor induksi Gambar 4.2 Ladder diagram pada rung 0 dan rung Gambar 4.3 Ladder diagram pada rung 2 dan rung Gambar 4.4 Ladder diagram pada rung Gambar 4.5 Ladder diagram pada rung Gambar 4.6 Ladder diagram pada rung Gambar 4.7 Ladder diagram pada rung Gambar 4.8 Ladder diagram pada rung Gambar 4.9 Komunikasi SCADA yang tehubung ke jaringan ethernet Gambar 4.10 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor 326 RPM Gambar 4.11 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor 1002 RPM Gambar 4.12 Data pengamatan kalibrasi pengukuran kecepatan motor induksi.. 69 Gambar Respons sistem kendali tanpa menggunakan algoritma PID Gambar 4.14 Output trace PID pada TwidoSuite Gambar 4.15 Diagram blok pengendali PID menggunakan PLC Gambar 4.16 Konfigurasi fungsi kendali input PID pada PLC Twido Gambar 4.17 Konfigurasi fungsi kendali output PID pada PLC Twido Gambar 4.18 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = Gambar 4.19 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = Gambar 4.20 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 2 dan Ti = Gambar 4.21 Kurva respon sistem kendali proportional integral derivatif xiii

14 (PID) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1, Ti = 99 dan Td = Gambar 4.22 Kurva respon sistem dengan osilasi berkesinambungan Gambar 4.23 Sinyal PWM output dari PLC Gambar 4.24 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 tanpa beban Gambar 4.25 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 menggunakan beban Gambar 4.26 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA Gambar 4.27 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA(motor berputar ke kanan) Gambar 4.28 Kondisi motor berputar ke kiri Gambar 4.29 Uji coba menurunkan kecepatan putar pada set point 550 RPM Gambar 4.30 Uji coba menaikan kecepatan putar pada set point 1300 RPM Gambar 4.31 Kondisi motor pada posisi STOP/berhenti xiv

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Daftar tipe instruksi compare block Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi aritmatika Tabel 3.1 Pengalamatan input dan output PLC Tabel 3.2 Daftar memori ladder diagram pada sistem SCADA Tabel 4.1 Alat Penguji Sistem Tabel 4.2 Data pengukuran kecepatan putaran motor induksi Tabel 4.3 Performansi sistem kendali PID dengan tuning trial and error Tabel 4.4 Penentuan nilai Kp, Ti dan Td Metode Ziegler Nichols Tabel 4.5 Uji coba kecepatan putar motor menggunakan beban xv

16 DAFTAR SINGKATAN SCADA = Supervisory Control And data Acquisition VSD = Variable Speed Drive PLC = Programable Logic Controler ms = mili second KHz = Kilo Hertz RTU = Remote Terminal Unit MTU = Master Terminal Unit HMI = Human Machine Interface PWM = Pulse Width Modulation LED = Light Emiting Diode IR LED = Infra Red Light Emiting Diode AC = Alternating Current DC = Direct Current RPM = Rotary Per Minute EMF = Electro Motoris Force IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor VDC = Volt Direct Current ma = mili Ampere AVR = Automatic Voltage Regulator I/O = Input/Output CPU = Central Processing Unit RAM = Random Access Memory ROM = Read Only Memory EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory TTL = Transistor Transistor Logic CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor LD = Ladder Diagram IL = Instruction List Languages SL = Statement List xvi

17 SFC GL HL N0 NC PID Kp Ti Td DAS Tr Mo Ts M MW INT PC IP adres FC TM MF CMD IAE = Squential Function Chart = Grafcet Languages = High Level Languages = Normaly Open = Normaly Close = Proportional Integral Derivatif = Konstanta proportional = Konstanta integral = Konstanta derivatif = Data Acquisition System = Rise time = Maximum overshoot = Setling Time = Memory bit = Memory Word = Iteger = Personal Computer = Internet Protocol = Fast Counter = Timer = Memory Float = Command Promt = Integral Absolut Error xvii