RANCANG BANGUN SISTEM AUTOPILOT BERBASISIKAN PROGRAMABLE AUTOMATIC CONTROLLER NI CompactRIO UNTUK APLIKASI PENGUJIAN MODEL KAPAL

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM AUTOPILOT BERBASISIKAN PROGRAMABLE AUTOMATIC CONTROLLER NI CompactRIO UNTUK APLIKASI PENGUJIAN MODEL KAPAL Yuniati 1), A. A. Masroeri 2), Aulia Siti Aisjah 3) dan Chandra Permana 4) 1) Program Studi Magister Teknik Sistem dan Pengendalian Kelautan Fak. Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Sukolilo, Surabaya, 60111, Indonesia 2) Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember 3) Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember 4) Laboratorium Hidrodinamika Indonesia BPPT ABSTRAK Dalam merencanakan suatu kapal sangat penting untuk dapat memperhitungkan besarnya gerakan kapal yang akan dihadapi oleh kapal dalam pelayarannya guna menghindari kapal terbalik. Salah satu sarana untuk dapat memprediksikan daya guna desain suatu kapal dan bangunan lepas pantai terhadap gangguan dari lingkungan luar ( gelombang, arus dan angin) sebagai medianya adalah sarana pengujian model. Untuk memperoleh hasil pengujian yang akurat, diperlukan keleluasaan dalam melakukan manoeuver pada model yang diuji dengan merubah sudut rudder untuk mengubah heading model kapal. Pada pengujian model kapal ini, sistem kontrol autopilot dibutuhkan untuk mengendalikan heading kapal dan bisa melakukan maneuover secara otomatis sesuai dengan sekuense pengujian yang sudah ditentukan. Response yang cepat dan tepat dari sistem kontrol autopilot ini sangat berpengaruh pada keakuratan pengujian model kapal ini. Pada penelitian ini dirancang sebuah metode system control dengan menggunakan CompactRIO NI crio yang menjalankan program Autopilot. Penelitian dilakukan secara simulasi dengan uji zig-zag model dan dari hasil penelitian didapatkan bahwa system kontrol ini berfungsi dan mampu melakukan lintasan zig-zag sesuai yang diharapkan. Kata kunci: Autopilot, CompactRIO NI crio, Uji zig-zag Model, Respon Kemudi. PENDAHULUAN Suatu kapal harus mampu memberikan respon secara tepat di laut lepas ataupun di pelabuhan terutama saat kapal melakukan manouver baik untuk menghindari tabrakan dengan kapal lain maupun saat merapat di dermaga. Untuk pelayaran di perairan terbatas sangat penting untuk dapat memperkirakan turning behaviour (sifat-sifat belok) dari suatu kapal pada berbagai sudut belok kemudi. Dengan demikian manouverability suatu kapal harus diuji pada tahap perencanaan awal. Percobaan-percobaan manouvering sangatlah penting bagi perencanaan kapal, khususnya untuk perencanaan peralatan kemudi. Percobaan ini juga dapat memberikan informasi pada awak kapal dan crew yang akan mengoperasikan kapal yang sebenarnya. Ada tiga macam percobaan manouver yang dapat dilakukan yaitu: zig-zag, turning dan spiral dimana setiap percobaan dilakukan pada kecepatan yang dikehendaki. Pada percobaan zig-zag dilaksakan dengan cara free sailing, sehingga diperlukan sistim propulsi model yang dapat dikontrol sedemikian rupa agar dapat dicapai kecepatan D-7-1

2 model yang dikehendaki dan untuk itu juga diperlukan sistim kemudi guna mengendalikan model. Sistem baru untuk mengatur lintasan model sesuai rencana pengujian perlu dikembangkan dengan mengembangkan sistem kontrol yang melibatkan respon feedback yang berfungsi untuk mengatur kemudi model. Respon yang cepat dan tepat diperlukan sebuah model uji dalam operasionalnya. Respon yang cepat dan tepat tersebut nantinya akan berpengaruh terhadap biaya (cost) pengujian dan hasil pengambilan data pada proses pengujian model uji di kolam pengujian. Untuk kepentingan tersebut tentunya dibutuhkan pemilihan sistem kontrol yang tepat. Para peneliti sebelumnya menggunakan berbagai metode sistem kontrol untuk mengatur/mencapai target lintasan ( track keeping) yang di inginkan, diantaranya dengan menggunakan logika fuzzy (Vukic, et al. 2010), penggabungan kendali konvensional PID dan Fuzzy Gain Scheduling (Aulia Siti A, 2012). Sedangkan pada penelitian ini dirancang sebuah pengembangan metode sistem kontrol menggunakan CompactRIO NI crio. Diharapkan dari sistem kontrol ini akan mampu meningkatkan keakurasian dan kecepatan respon kemudi. METODE Penelitian yang dilakukan secara garis besar terbagi atas tiga tahapan, yaitu penelitian pendahuluan, perancangan dan implementasi. Tahap Pendahuluan Tahap penelitian pendahuluan dilakukan dengan melakukan studi pustaka, identifikasi dan perumusan masalah. IMO telah merekomendasikan beberapa kriteria standar untuk manuverabilitas kapal. Kriteria tersebut harus dipenuhi oleh sebuah kapal saat beroperasi baik di perairan yang dalam (deep water) maupun di perairan terbatas atau beroperasi di sekitar pelabuhan atau di perairan yang dangkal (restricted and shallow water). Untuk lebih jelasnya perhatikan Tabel 1. Tabel 1. Standar Manuverabilitas Kapal oleh IMO (Resolusi MSC 137 (76)2002) Ability Test Criteria Turning ability Turning test with max. Rudder Angle (35 deg.) Advance <4,5 L Tactical Diameter <5,0 L Initial turning ability Stopping ability Course-keeping and yaw-checking ability 10 0 / 10 0 Z-test Distance ship run before 2 nd rudder execution < 2,5 L Stopping test with full Track reach < 15 L astern 10 0 / 10 0 Z-test 1 st Overshoot <10 0 (L/U<10 <(5+0,5 (L/U)) 0 (10s<L/U<30s) <20 0 (30s<L/U) 2nd Overshoot <25 0 (L/U<10s) <(17,5+0,75(L/U)) 0 (10s<L/U<30s) <40 0 (30s<L/U) D-7-2

3 Zig-zag Manuver Test Maneuver yang digunakan dalam percobaan di kolam uji mengikuti rekomendasi dari maneuvering trial code of ITTC (1975) and the Imo circular MSC 389 (1985). Gambar 1. Zig-zagManeuver (Sumber : IMO Resolusi MSC 137 (76) 2002) Beberapa pengukuran penting dari Zig-zag Maneuver ini antara lain: Overshoot angle adalah jumlah dari pertambahan heading setelah kemudi berbalik. Sudut yang besar akan membuat juru mudi mengalami kesulitan dalam memutuskan kapan akan menggunakan kemudi untuk memeriksa putaran. Sudut tersebut tidak bergantung pada panjang kapal. Waktu untuk membalikkan kemudi pertama dan perubahan maksimal heading pertama. Waktu akan proporsional terhadap panjang. Sudut overshoot yang tetap dan periode berputar sekali dalam kondisi stabil dapat tercapai. Sebuah tes zig-zag harus dimulai untuk kedua bagian star board dan port side dan dengan menerapkan sudut kemudi. Dua jenis tes zig-zag standar, adalah 10 o /10 o dan 20 o /20 o. Tes zig-zag 10 o /10 o menggunakan sudut kemudi 10 o pada kedua sisi dengan heading 10 o. Sedangkan tes zig-zag 20 o /20 o menggunakan sudut kemudi 20 o pada heading 20 o. Informasi penting yang akan diperolah dari tes ini adalah sudut over shoot, waktu perubahan awal ke execute kedua dan waktu untuk memeriksa yaw. Tahap Perancangan Tahap perancangan sistem kontrol yang dilakukan pada penelitian ini adalah melakukan rancang bangun sistem autopilot menggunakan NI CompactRIO dengan bahasa pemrograman LabVIEW FPGA. Peralatan pendukung yang digunakan untuk melihat hasil daripada perancangan ini meliputi : a. Gyro 3DM-GX1, yang berfungsi untuk mendeteksi besar arah sudut penyimpangan dan arah model. Gambar 2. Gyro 3DM-GX1 D-7-3

4 b. Servo Motor HS 5646 WP, sebagai motor penggerak rudder Gambar 3. Gyro 3DM-GX1 c. CompactRIO NI crio 9012, merupakan peralatan yang berfungsi sebagai controller dan data logger. Gambar 4. CompactRIO NI crio d. Analog Input 9205, yang berfungsi untuk menghubungkan peralatan masukan dalam hal ini gyro yang memberikan input masukan yang mewakili nilai suatu parameter. e. Analog Output 9401, yang berfungsi untuk menampilkan nilai parameter pada simulator yang mewakili nilai parameter tersebut. Pada penelitian ini sistem propulsi dan plant diabaikan, sehingga yang menjadi fokus analisa adalah sistem kontrol autopilot berbasiskan simulasi dengan menggerakkan/memberi input pada kemudi kemudian dilihat apakah respon daripada gyro sesuai dengan input yang telah diberikan atau tidak. Gyro - + Compact RIO Propulsi Plant Gambar 5. Blok Diagram Perancangan Sistem Kontrol Gambar 6. Peralatan Ukur Sistem Kontrol Autopilot dengan NI CompactRIO 9012 D-7-4

5 Tahap Implementasi Setelah tahap perancangan selesai tahap selanjutnya adalah tahap implementasi dilakukan dengan melakukan uji zig-zag. Pengerjaan penelitian ini difokuskan pada pengambilan data output pengujian zig-zag yang berbasiskan simulasi. a. Persiapan pengujian Mempersiapkan semua peralatan ukur yang akan dipakai dalam proses pengujian dengan melakukan uji fungsi peralatan ukur secara terpisah dengan sistem. - Pengecekan fungsi alat ukur gyro. - Pengecekan fungsi alat ukur servo motor rudder. b. Proses pengambilan data Setelah dilakukan cek fungsi pada masing-masing parameter peralatan ukur, maka sistem siap untuk melakukan proses pengambilan data. Hal awal yang penting untuk diperhatikan adalah perlunya pengecekan interkoneksi jaringan LAN antara controller compactrio NI crio dengan Laptop (interface). HASIL DAN DISKUSI Gambar 7. Window Interface Hasil Perancangan Sistem Kontrol Kemudi Setelah dilakukan tahapan pengambilan data pengujian hasil perancangan, selanjutnya dilakukan tahapan analisa atas output yang keluar. Kegiatan ini bertujuan untuk mengetahui sejauh mana perancangan yang telah dibuat apakah sesuai dengan yang diharapkan atau tidak. Hasil pengujian yang telah dilakukan ditampilkan secara time serie dalam bentuk grafik row data masing-masing pengukuran yang sudah dilakukan. Output daripada hasil pengukuran dapat dilihat pada Grafik 1 dan 2 dimana axis x merupakan nilai waktu, axis y kanan merupakan nilai sudut yaw dan axis y kiri merupakan nilai sudut rudder. Dari output hasil pengukuran uji zig-zag ini dapat dilihat adanya kecenderungan bahwa respon gyro dan servo rudder tidak serempak namun ada perbedaan beberapa waktu. Overshoot angle atau jumlah dari pertambahan heading setelah kemudi berbalik relatif kecil, baik untuk hasil pengujian zig-zag dengan sudut 10 derajat maupun 20 derajat. D-7-5

6 Grafik 1. Hasil Pengukuran Uji Zig-zag dengan Sudut Kemudi 10 Derajat D-7-6

7 KESIMPULAN Grafik 2. Hasil Pengukuran Uji Zig-zag dengan Sudut Kemudi 20 Derajat Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagi berikut: a. Telah dihasilkan sebuah rancangan metode sistem kontrol dengan menggunakan CompactRIO NI crio untuk menjalankan program autopilot. b. Pada pengujian zig-zag sistem kontrol ini berfungsi dan mampu melakukan lintasan zig-zag sesuai yang diharapkan. DAFTAR PUSTAKA Abdul Ghoni Choliq, (2009), Perancangan Kontrol Maneuvering Pada Kapal Cepat Tipe FPB-38 Dengan Metode PI. Aulia Siti Aisjah, (2010), Fuzzy Autopilot for Tracking Optimizing in Karang Jamuang- Tanjung Perak. Aulia Siti Aisjah, (2012), Perancangan Strategi Kendali FGS-PID untuk Meningkatkan Performa Manuver Outopilot Kapal Perang. Eddy Setyo Koenhardono, (2005), Perancangan Peralatan untuk Free Running Model Test yang Dapat Dioperasikan dari Jarak jauh. Hidroudyne S & E b.v, (1998), Manual Book of Manoeuvering Ocean and Engineerng Basin. Int. J.Appl. Math. Comput. Sci, (2010), Nonlinier Controller Design of Ship Autopilot. Operating Instructions and Specifications CompactRIO NI crio-9012/9014 ITTC-Recommended Procedures, (2002), Testing and Extrapolation Methodes Manoeuvrability Free-Sailing Model Test Procedure. Jasmin Velagica,*, Zoran Vukicb, Edin Omerdic,(2001),Adaptive fuzzy ship autopilot for track-keeping. Jonk, A. and A. Rem. (1989), Hydrodynamic Optimization in Ship Design with Regard to Manoeuverability. MARIN, Wageningen, Nederlands. MARIN, Introduction Seakeeping, Manouvering and Ocean engineering : Environment. D-7-7