Jurusan Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh November 2013

Transkripsi

1 DENGAN MENGGUNAKAN KONTROL LOGIKA FUZZY (FLC) DAN KONTROL ON/OFF Oleh: Bela Nurlia ( ) Dosen Pembimbing: Drs. Suharmadi Sanjaya, Dipl.Sc.,M.Phil. NIP Jurusan Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh November 2013

2 Pendahuluan Usaha Budidaya Tambak Kualitas Air Tambak Cuaca alam Cegah Gagal Panen Kontrol

3 Rumusan Masalah Permasalahan dalam Tugas Akhir ini adalah : 1. Bagaimana menganalisa parameter kualitas air tambak yang tepat agar kualitas air tambak tetap terjaga? 2. Bagaimana simulasi model kualitas air tambak yang tepat untuk mengetahui kontrol kualitas air pada tambak?

4 Batasan Masalah Permasalahan dalam Tugas Akhir ini akan dibatasi ruang lingkupnya, yaitu : 1. Pada tugas akhir ini dikontrol model kualitas air tambak. Parameter kualitas air yang dikontrol adalah temperatur dan salinitas. Hal ini disebabkan parameter dissolved oxygen (DO) dipengaruhi oleh temperatur dan salinitas. Sehingga dengan menjaga nilai temperatur dan salinitas maka nilai DO juga akan terjaga. 2. Fuzzy Logic Controller (FLC) diterapkan untuk mengontrol nilai temperatur menggunakan kincir air dengan variabel input berupa nilai temperatur dalam derajat celcius dan variabel output berupa sinyal kontrol tegangan yang menggerakkan kecepatan motor kincir air. Sedangkan ON/OFF Controller diterapkan untuk mengontrol nilai salinitas menggunakan pompa. Sinyal kontrol akan menghidupkan pompa jika nilai diatas atau dibawah parameter yang diijinkan dan akan mematikan pompa jika nilai berada di antara range yang diijinkan.

5 Batasan Masalah 3. Tidak membahas konstruksi teknologi tambak. 4. Data ikan yang digunakan untuk simulasi adalah parameter kualitas air ikan patin. Data didapatkan dari Dinas Kelautan dan Perikanan kabupaten Sidoarjo.

6 Tujuan Tujuan dalam tugas akhir ini adalah dapat membuat simulasi kontrol parameter kualitas air tambak yang tepat dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) untuk mengontrol nilai temperatur dan ON/OFF Controller untuk mengontrol nilai salinitas air tambak.

7 Manfaat Manfaat yang ingin diperoleh dari tugas akhir ini adalah untuk memperoleh kontrol kualitas air tambak yang tepat. Dengan mengetahui kontrol kualitas air pada tambak diharapkan dapat mempermudah budidaya tambak dengan mengurangi terjadinya gagal panen pada tambak dan meningkatkan kecepatan produksi hasil panen.

8 Tinjauan Pustaka Tambak 1. Pengertian Tambak adalah merupakan bangunan air yang dibangun pada daerah pasang surut yang diperuntukkan sebagai wadah pemeliharaan ikan atau udang dan memenuhi syarat yang diperlukan sesuai dengan sifat biologi hewan yang dipelihara [2]. 2. Sejarah Perkembangan Tambak Tambak sudah ada sejak jaman kerajaan Majapahit. Indonesia menjadi produsen udang papan atas di dunia yaitu pada tahun 1994 mampu mencapai angka produksi > ton/tahun

9 Tinjauan Pustaka Sistem Kontrol Tambak Pengertian Sistem Kontrol Sistem kontrol merupakan sebuah perangkat yang digunakan untuk mengatur suatu proses untuk mencapai tujuan dari sistem itu. Komponen utama dari suatu sistem kontrol adalah pengendali, aktuator dan umpan balik (feedback). Saat ini telah banyak berkembang berbagai sistem kontrol yaitu seperti on off, PID (Proportional Integral Differential), fuzzy, algoritma genetik dan lain sebagainya [7]

10 Tinjauan Pustaka Sistem Kontrol Tambak ON/OFF Sistem kontrol ON/OFF sering disebut juga bang bang control, adalah kontrol yang paling dasar dalam robotik. Input sensor dan sinyal output pada aktuator dinyatakan hanya dalam dua keadaan, yaitu ON/OFF atau logika 1 dan 0.

11 Tinjauan Pustaka Sistem Kontrol Tambak Logika Fuzzy Pembuatan kontroller logika fuzzy dilakukan dengan beberapa tahap sebagai berikut [8]: Menentukan himpunan fuzzy Input dan ouput kontroller fuzzy menggunakan himpunan yang didefinisikan secara matematis sebagai berikut:, 2.1 Himpunan fuzzy mempunyai semesta pembicaraan. Dalam semesta pembicaraan terdapat anggota yang menjadi pembicaraan dan dikarakterisasi oleh sebuah fungsi keanggotaan (membership function) yang memiliki nilai pada interval 0,1

12 Tinjauan Pustaka Sistem Kontrol Tambak Menyusun basis aturan (rule base) Basis aturan adalah aturan aturan fuzzy dalam bentuk relasi dua atau lebih variabel fuzzy seperti contoh berikut ini: if x is A then y is B dimana A dan B adalah linguistic values yang didefinisikan dalam rentang variabel X dan Y. Pernyataan x is A disebut antecedent atau premis. Pernyataan y is B disebut consequent atau kesimpulan. Menentukan metode implikasi, agregasi, dan defuzzifikasi

13 Tinjauan Pustaka Model Kualitas Air Tambak 1. Temperatur Diberikan model persamaan temperatur sebagai berikut: Φ Φ Φ Φ 2.3 Φ 11,4 dengan

14 Tinjauan Pustaka Model Kualitas Air Tambak 1. Temperatur Lanjutan.. Keterangan : T : Temperatur air tambak ( C) in : Laju perpindahan energi yang masuk ke tambak (Watt) out : Laju perpindahan energi yang keluar tambak (Watt) A : Luas penampang tambak (m 2 ) h : Kedalaman tambak (m) : Kerapatan air tambak (kg/m 3 ) c : Panas spesifik air tambak (J/kg C) U i T T a T e : Koefisien panas (W/m 2 C) : Temperatur air tambak ( C) : Temperatur lingkungan ( C) : Temperatur sedimen tambak ( C) A : Luas penampang tambak (m 2 ) : Luas dinding dan dasar tambak (m 2 ) N : Jumlah aerator P aer : Daya aerator (W) V : Volume tambak (m 3 )

15 Tinjauan Pustaka Model Kualitas Air Tambak 2. Salinitas Dimana : S : Konsentrasi garam air tambak (kg/m 3 ) Q in : Laju aliran volume air payau yang masuk ke tambak (m 3 /s) S in : Konsentrasi garam air payau yang masuk ke tambak (kg/m 3 ) Q out : Laju aliran volume air tambak yang keluar (m 3 /s) k s : Koefisien laju penurunan atau penambahan larutan (1/s)

16 Tinjauan Pustaka Model Kualitas Air Tambak 3. Dissolved Oxygen 2.8 Dimana: K L a : Koefisien perpindahan massa (oksigen) secara keseluruhan yang dipengaruhi oleh temperatur (s 1 ). Secara keseluruhan yang dipengaruhi oleh temperatur, berdasarkan persamaan van t Holff Arrhenius berikut: 2.9 bernilai , untuk aerator mekanik = O : Konsentrasi oksigen dalam tambak (mg/l) O s : Konsentrasi jenuh oksigen dalam tambak (mg/l), merupakan fungsi dari temperatur dan salinitas dengan menggunakan tabel berikut ( Copyright Sensorex Corporation)

17 Tinjauan Pustaka Model Kualitas Air Tambak Lanjutan.. Tabel 2. Nilai konsentrasi jenuh oksigen berdasarkan temperatur dan salinitas

18 Metode Penelitian Studi Literatur Kesimpulan dan Saran Penulisan laporan Tugas Akhir Pengambilan Data Analisa Hasil Simulasi Kontrol Logika Fuzzy dan ON/OFF Simulink Model Kualitas Air Tambak

19 Analisa dan Pembahasan Karakteristik pembenihan dan pembesaran ikan Patin ditunjukkan pada tabel 3 dibawah ini. Tabel 3. Batas Syarat Kualitas Air pada Ikan Patin Kisaran Optimal No Komponen Pembenihan Pembesaran 1 Salinitas ppt ppt 2 Suhu Dissolved Oxygen >4mg/l Sumber : Dinas Perikanan dan Kelautan Sidoarjo >5mg/l

20 Analisa dan Pembahasan Asumsi Konstruksi Tambak Gambar 4.1.a Ilustrasi Konstruksi Tambak Tampak dari Samping Kanan Gambar 4.1.b Ilustrasi Konstruksi Tambak Tampak dari Samping Kiri Keterangan gambar: 1. Box Control 2. Sensor Temperatur, Salinitas dan Dissolved Oxygen 3. Jalur masuk air 4. Jalur keluar air

21 Analisa dan Pembahasan Pembuatan Algoritma Kontrol Logika Fuzzy 1. Temperatur Algoritma kontrol yang dibangun untuk mengontrol temperatur yaitu Fuzzy Logic Controller (FLC). Alat yang digunakan untuk pengontrolan nilai temperatur yaitu kincir air (aerator). Kincir air disini memiliki peran yang sangat penting, pada keadaan tertentu ketika suhu mengalami penurunan atau peningkatan kincir air perlu digerakkan secara tepat. Jadi apabila kadar oksigen terlarut (Dissolved Oxygen) berada pada kriteria yang tidak diinginkan perlu dilakukan tindakan yaitu dengan menggunakan kincir air (aerator) atau alat sirkulasi air yang mampu memutarkan oksigen dari udara ke dalam air secara cepat dan dalam jumlah besar [8].

22 Analisa dan Pembahasan Pembuatan Algoritma Kontrol Logika Fuzzy Lanjutan... Variabel input dari Fuzzy Logic Controller (FLC) pada temperatur berupa nilai temperatur dalam derajat celcius dengan 5 fungsi keanggotaan yaitu : positif besar (PB), positif kecil (PK), nol (N), negatif kecil (NK), dan negatif besar (NB). Sedangkan variabel output berupa sinyal kontrol tegangan yang menggerakkan kecepatan motor kincir air dalam prosentase dengan 5 fungsi keanggotaan yaitu sangat lambat (SL), lamban (L), medium (M), cepat (C), dan sangat cepat (SC).

23 Analisa dan Pembahasan Pembenihan Ikan Patin Pembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada pada range antara C Tabel 4. Tabel Membership Input Temperatur Gambar 3. Fungsi Keanggotaan Input Pembenihan Temperatur

24 Analisa dan Pembahasan Pembenihan Ikan Patin Lanjutan 1 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 32 34

25 Analisa dan Pembahasan Pembenihan Ikan Patin Pembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada pada range antara C Tabel 5. Tabel Membership Output % Kecepatan Gambar 4. Fungsi Keanggotaan Ouput Pembenihan % Kecepatan

26 Analisa dan Pembahasan Pembenihan Ikan Patin Lanjutan 1 25 ; ; ; ; ; 50 0 ; ; ; ; 75 3 ; ; ; ;

27 Analisa dan Pembahasan Pembesaran Ikan Patin Pembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada pada range antara C Tabel 6. Tabel Membership Input Temperatur Gambar 5. Fungsi Keanggotaan Input Pembesaran Temperatur

28 Analisa dan Pembahasan Pembesaran Ikan Patin Pembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada pada range antara C 1 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 30 32

29 Analisa dan Pembahasan Pembesaran Ikan Patin Pembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada pada range antara C Tabel 7. Tabel Membership Output % Kecepatan Gambar 6. Fungsi Keanggotaan Ouput Pembesaran % Kecepatan

30 Analisa dan Pembahasan Pembesaran Ikan Patin Lanjutan 1 25 ; ; ; ; ; 50 0 ; ; ; ; 75 3 ; ; ; ;

31 Analisa dan Pembahasan Pembuatan Algoritma Kontrol Logika Fuzzy Tabel Aturan Fuzzy Tabel 8. Tabel Aturan Fuzzy

32 Analisa dan Pembahasan Pembuatan Algoritma Kontrol ON/OFF 2. Salinitas Algoritma kontrol yang digunakan untuk mengontrol nilai salinitas adalah algoritma kontrol ON/OFF. Sinyal kontrol akan menghidupkan pompa jika nilai salinitas di atas 35 ppt atau di bawah 15 ppt, sehingga air dari tandon akan mengalir. Sinyal kontrol akan mematikan pompa jika nilai salinitas berada pada range ppt.

33 Parameter Model Simulink Untuk membangun model simulink kualitas air tambak digunakan parameter model simulasi tambak sebagai berikut:

34 Model Simulink 1. Temperatur Dengan menggunakan model persamaan (2.1), (2.2) dan (2.3) dapat dibuat model simulink temperatur sebagai berikut:

35 Model Simulink 2. Salinitas Persamaan model model salinitas pada (2.4) dapat dibuat model simulinknya sebagai berikut:

36 Model Simulink 3. Dissolved Oxygen Persamaan model dari Dissolved Oxygen pada (2.5) dapat dibuat model simulinknya sebagai berikut:

37 Hasil Simulasi 1. Temperatur Gambar 7. Hasil simulasi temperatur tanpa menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF

38 Hasil Simulasi 1. Temperatur (1) (2) Gambar 8. Hasil simulasi temperatur menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF

39 Hasil Simulasi 2. Salinitas Gambar 9. Hasil simulasi salinitas tanpa menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF

40 Hasil Simulasi 2. Salinitas (1) (2) Gambar 10. Hasil simulasisalinitas menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF

41 Hasil Simulasi 3. DO Gambar 11. Hasil simulasi Dissolved Oxygen (DO) tanpa menggunakan Fuzzy Log Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF

42 Hasil Simulasi 3. Dissolved Oxygen (DO) (1) (2) Gambar 12. Hasil simulasi Dissolved Oxygen (DO) menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF

43 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat ditarik adalah sebagai berikut: 1. Hasil simulasi tanpa menggunakan fuzzy logic controller (FLC) dan ON/OFF Controller menunjukkan bahwa parameter kualitas air meliputi temperatur, DO, dan salinitas menjadi tidak terkontrol yaitu nilainya berada di luar batas syarat dari kriteria yang diberikan pada masa dan pada masa pembesaran ikan Patin.

44 Kesimpulan LANJUTAN.. 2. Hasil simulasi menggunakan fuzzy logic controller (FLC) dan ON/OFF Controller dimana artinya kincir air dan pompa dinyalakan terlihat bahwa Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFF menunjukkan bahwa parameter kualitas air meliputi temperatur, DO, dan salinitas menjadi terkontrol yaitu nilainya berada pada batas syarat yang ditentukan yaitu temperatur sebesar 28,004 C untuk masa pembenihan dan sebesar 28,008 C untuk masa pembesaran, salinitas sebesar 25,004 ppt dan Dissolved Oxygen (DO) sebesar 7,004 ppm untuk masa pembenihan dan masa pembesaran.

45 Kesimpulan LANJUTAN.. 3. Dengan menjaga nilai temperatur dan salinitas, maka secara tidak langsung nilai Dissolved Oxygen (DO) juga akan terjaga. 4. Hasil grafik pada masa pembenihan dan pembesaran menggunakan fuzzy logic controller (FLC) dan ON/OFF Controller menampilkan grafik yang sama dikarenakan temperatur yang diberikan pada fuzzy logic controller (FLC) untuk pembenihan dan pembesaran memiliki perbedaan interval yang tidak terlalu jauh.

46 Saran Penggunaan fuzzy logic controller (FLC) dan on/off controller menghasikan kontrol kualitas air tambak yang lebih baik daripada tidak menggunakan kontrol. Pada Tugas Akhir ini hanya dibahas tiga parameter kontrol kualitas air, maka untuk penelitian selanjutnya dapat ditambahkan untuk kontrol kualitas air tambak pada parameter lainnya seperti ph atau alkalinitas.

47 Daftar Pustaka [1] Akhmad Mustafa. (2008). Disain, Tata Letak, dan Konstruksi Tambak. Media Akuakultur Volume 3 Nomor 2. Balai Riset Perikanan Budidaya Air Payau, Maros. [2] Fowler, P., Baird, D., Bucklin, R., Yerlan, S., Watson, C., Chapman, D. (1994). Microcontrollers in Recirculating Aquaculture Systems. Florida Cooperative Extension Service, Institute of Food and Agricultural Sciences. University of Florida. [3] Katherine Indriawati, ST, MT. (2008). Pembuatan Modul Kontrol Kualitas Air Tambak Udang sebagai Sarana Pembelajaran Teknik Budidaya Udang. Surabaya. LPPM ITS. [4] Anonim. (2012). Lokasi, Desain dan Konstruksi Tambak. Pusat Penyuluhan Perikanan Badan Pengembangan SDM Kelautan dan Perikanan. Kementerian Kelautan dan Perikanan. [5] Intan Triyanti. (2012). Perancangan dan Implementasi Algoritma Robot Cerdas Pemadam Api DU 112. Bandung. Universitas Komputer Indonesia.

48 Daftar Pustaka [6] Dewapur. (2008). Sistem Pengendalian. pengendalian/ diakses tanggal 20 Januari [7] Jang, J.S.R., Sun, C.T., Mizutani, E. (1997). Neuro Fuzzy and Soft Computing. Prentice Hall International, New Jersey. [8]Sitanggang,M.(2002). Mengatasi Penyakit dan Hama pada Ikan Hias. Jakarta.

49