PARAMETER UTAMA KONTROL PID MESIN TETAS TELUR OTOMATIS

PARAMETER UTAMA KONTROL PID MESIN TETAS TELUR OTOMATIS Yovi Litanianda Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Ponorogo Jl. Budi Utomo No 10 Ponorogo, 63471 Email: yovionline@gmail.com ABSTRAK Mesin penetas telur berfungsi untuk mengerami telur menggantikan induk unggas. Mesin tetas telur yang saat ini ada bekerja dengan cara ON/OFF (ON saat temperatur dibawah set poin dan OFF saat temperatur diatas set poin). Kontrol yang hanya mengenal dua keadaan ini menyebabkan terjadinya fluktuatif suhu didalam mesin tetas. Stabilitas temperatur sangat menentukan keberhasil penetasan telur. Kontrol PID digunakan untuk mengatasi kondisi temperatur yang fluktuatif tersebut. Algoritma PID akan menentukan seberapa besar pemanasan yang diperlukan agar temperatur di dalam mesin sesuai set poin dengan mempertimbangkan parameter proporsional, integral dan derivatif.penentuan parameter PID secara trial and error menyulitkan bagi para pemula yang ingin mengaplikasikan kontrol PID berbasis mikrokontroler. Berdasarkan hasil penelitian, didapati fakta bahwa respon perubahan suhu relatif lambat sehingga nilai parameter Ti dan Td menjadi kurang berpengaruh dan kita dapat fokus pada penentuan parameter Kp sebagai parameter utama yang memiliki pengaruh paling besar terhadap perubahan suhu. Kata kunci: kontrol, PID, Mesin Tetas Telur. PENDAHULUAN Secara alami penetasan telur dilakukan dengan cara pengeraman oleh induknya dengan cara induk menghangatkan telur dengan panas tubuhnya hingga terjadi kondisi ideal untuk telur menetas. Pada proses ini kestabilan suhu memegang peran penting terhadap keberhasilan proses penetasan. Jika kondisi cuaca berubah maka suhu induk ayam akan secara otomatis menyesuikan, jika cuaca dingin suhu tubuh induk akan naik dan begitu juga jika kebalikannya, sehingga kondisi ideal pengeraman dapat selalu dipertahankan. Jumlah telur yang mampu dierami seekor induk sangat terbatas. Oleh karena itu upaya untuk memperbanyak jumlah telur yang ditetaskan dilakukan dengan tindakan penetasan buatan. Penetas buatan umumnya menggunakan listrik sebagai pemanas dengan suhu yang dikendalikan.kontrolmesintetasbiasanyamenggunakantermoregulator/bimetal. Sistemkontrolini hanya perlu disetelpadasuhu yang diinginkan, lalupemanas bekerja hingga suhu tersebut tercapai. Proses iniditunjukkansepertigambar di bawahini: thermoregulator Gambar sistem kontrol ON/OFF Sisteminidisebutkontrol ON/OFF karenakerjacontrolernya 100 % ON atau 100 % OFF. Hanya dikenalnya dua kondisi tersebut menyababkan saat temperatur mencapai set poin barulah pemanas (heater) mati (supply arus diputus), namun saat itu suhu pemanas masih cukup tinggi sehingga walau telah dimatikan proses pemanasan masih berlangsung selama beberapa saat. Keadaan ini dapat menyebabkan suhu ruang penetas dapat naik beberapa derajad diatas set poin secara tak terkendali. Kondisi ini dinamakan over shoot. Kontrol secara otomatis akan menyalakan kembali pemanas saat suhu turun mencapai titk tertentu dibawah 151

Purwokerto, 28 November 2015, ISBN 978-602-14355-0 -2 set point namun karena pemanas memerlukan waktu respon untuk menjadi panas kembali sebelum memanaskan ruangan memungkinkan terjadi kondisi dimana suhu sempat turun beberapa derajad dibawah set poin. Kondisi ini dinamakan under shoot. Adanya kondisi over shoot dan under shoot membuat suhu aktual mesin penetas sebenarnya tidaklah stabil sesuai set poin, tetapi akan selalu berada di sekitar set poin (fluktuatif). Secara grafik kondisi ini dapat digambarkan sebagai berikut: Gambar respon kontrol ON/OFF Permasalahan diatas tidakakan terjadi jika kontrol dapat menyesuaikan pemanasan menurut kondisi aktual yang diperlukan. Agar kontrol dapat melakukan penyesuaian pemanasan, kontrol perlu kita lengkapi dengan kemampuan berfikir (algoritma), salah satunya control PID. Kontrol PID akan mempertimbangkantemperatur set poin (merupakan suhu ideal yang kita tentukan ), suhuu aktual dalam ruangan, dan ditambah dengan 'kesalahan suhu'. Kesalahan ini dapat berasal dari berubahnya kondisi ruangan penetas seperti akibat perubahan jumlah telur, jenis telur yang mengisi ruangan itu atau juga dapat karena perubahan cuaca lingkungan disekitar ruangan penetas tersebut. Kesalahan suhu ini ditentukan dari persamaan internal yang disebut Algoritma PID. Algoritma inilah yang kemudian akan menentukan sistem perlu seberapa banyak memanaskann ruangan pada skala 0-100%. Saat suhu ruang semakin dekat dengan suhu set poin, kontrol PID akan makin mengurangi besarnya pemanasan. Jika PID telah disesuikan ( tuning) dengan baik, maka hasilnya suhu ruang penetas akan berada pada suhu yang kita inginkan sepanjang hari. Mesin tetas telur pada prinsipnya berupa sebuah ruangan yang temperatur dan kelembabannya dapat kendalikan. Sumber panas yang digunakan saat ini menggunakan lampu pijar ataupun elemen pemanas tenaga listrik. Mesin tetas yang ditenagai dari listrik, pemanasannya akan dengan mudah dikendalikan hanya dengan mengendalikan aliran listrik ke pemanasnya. Kontrol PID dapat dibuat menggunakan modul mikrokontroler antara lain dengann modular duino. Arduino merupakan sebuah kit elektronik berisi mikrokontroler berjenis AVR yang dirancang khusus untuk memudahkan setiap orang dalam belajar atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali. Arduino didesain untuk dihubungkan dengan sensor yang akan memberikan informasi keadaan obyek atau lingkungan di sekitarnya dan kemudian mengolah informasi tersebut untuk kemudian menghasilkan suatu aksi. Proses inii akan dilakukan berulang-ulang. Siklusnya adalah masukan (input) > proses >keluaran (output). Jadi Arduino merupakan sebuah computer kecil yang mempunyai indra untuk mendeteksi keadaan disekelilingnya dan kemudian beraksi sesuai nalar yang telah kita tanamkan di dalam otak -nya. PID ( Proportional Integral Derivative) merupakan salah satu algoritma(nalar) pengontrol yang terdiri dari tiga komponen, yaitu komponen Proporsional (P), komponen Integral (I) dan komponen Derivatif (D). Ketiga komponen ini saling melengkapi satu sama lain, sehingga kelemahan-kelemahann pada salah satu komponen dapat ditutupi oleh komponen yang lain. Pengontrol PID akan mengeluarkan aksi control dengan membandingkan kesalahan atau error yang merupakan selisih dari process variable dan setpoint, yang akan digunakan sebagai masukan pengontro luntuk mengeluarkan sinyalkontrol. Secara umum bentuk persamaan pengontrol PID dapat dinyatakan oleh persamaan 2.1 berikut: 152 mv(t)= manipulated variable keluaran dari pengontrol PID = penguatan proporsional K p T i T d = waktu integral = waktu derivatif e(t) = error = setpoint keluaran

METODE PENELITIAN Penelitian ini merupakan ekperimen untuk menghasilkan kontrol temperatur mesin tetas telur sesuai algoritma PID. Alatinidirencanakansesuaidenganbagan prinsip kerja alat seperti gambar dibawah ini. Gambar Diagram blok sistem Alat dan bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini terdiri dari bahan yang berkaitan dengan kontrol secara langsung antara lain sebagai berikut: - Mikro kontroler sebagai pengolah dan penyimpan algoritma PID - Sensor temperatur sebagai inputan kontroler - LCD display untuk menampilkan temperatur set dan temperatur proses - Solid state relay atau Thyristor untuk mengatur tegangan masukan heater Cara kerja pengontrol suhu pada mesin ini akan dirancang sesuai flowchart berikut: START Ukur Temp Ruang&hitung temp eror (temp reuang-set point) Temp eror> TempPuncak Y Simpan % Output PID N Hitungkenaikan Output PID (misal 100%) danakumulasikandgnpenguatan Integral I=Isebelumnya+(100%-starting PID output Tungguwaktukenaikanberakhir Ukur Temp Ruang&hitungulang Temp error Temp eror< Temp Puncak N Y Hitungnilai output baru PID denganmenggunakankomponen P Y Temp erorpadanilai off N Hitungnilai output baru PID denganmengupdatekomponen P dan I GambarFlowchart kerja kontrol Setelah dilakukan perakitan alat, pemrograman kontroler maka dilakukan pengujian kinerja alat dengan cara menyambungkan TPR (Thyristor Power Regulator) ke pemana smesin tetas. 153

HASIL DAN PEMBAHASAN Sistemkontroltemperaturiniterdiridari 3 bagian, antaralainbagian input, kontrol, dan output. Input berupabesarsuhu yang berasaldari sensor DHT 11. KontrolberupamodularduinounoberbasisMikrokontroller AT-Mega 328, sebagai output berupathyristorsebagaipower kontrolkeelemen heater dengan metode PWM. Nilai temperatur yang diterima dari DHT11akan dikalkulasi oleh mikrokontroler dengan perhitungan logika PID untuk kemudian ditentukan besarnya daya yang diatur oleh power kontrol ke elemen pemanas. Seiring dengan kenaikan temperatur yang dideteksi oleh sensor, maka control akan melakukan penyesuian dengan cara mengurangi besar daya pemanasan hingga tercapai temperatur yang telah diseting. Saat temperatur set telah tercapai maka kontrol akan memberikan pemanasan dengan arus yang kecil dengan tujuan hanya mengkompensasi perubahan kondisi lingkungan yang terjadi dan berefek pada turunnya temperature ruang. Kinerja diatas hanya dapat dicapai jika kerja logika PID telah sesuai. Kerja PID akan optimal jika parameter Kp, Ti dsn Td telah sesuai. Untuk mendapatkan nilai parameter tersebut pada penelitian ini digunakan metoda penalaantrial and Error. Trial and error ini dilakukan berdasarkan perkiraan dan pengecekan. Pada metoda ini, pengontrolan proprotional sangat berperan, sedangkan integral dan derivative berfungsi memperbaiki output yang diinginkan. Ada beberapa nilai praktis untuk menentukan parameter control Kc, Ti, dan Td yang diperoleh dari hasil trial and error. Parameter Kp dengan nilai gain yang rendah digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dengan aksi integrasi yang besar karena semakin besar parameter Kp maka proses pemanasan diawal akan lebih cepat. Keterbatasan kemampuan heater akan membuat nilai parameter Kp tidak dapat dibuat terlalu besar.parameter Td (Derivative) tidak digunakan karena untuk membuat persamaan menjadi lebih sederhana dan karena kenaikan suhu bukanlah proses yang sangat cepat maka fungsi peredaman oleh parameter Td dapat diabaikan.penggunaan parameter Ti akan mempengaruhi over shot yang bakal terjadi pada saat proses pemanasan awal. Oleh karena parameter Ti berpengaruh pada proses over shoot maka sebaiknya nilainya cukup besar untuk membantu kecepatan pemanasan awal tetapi cukup juga cukup kecil untuk menghindari terjadinya overshot berlebihan. Jika Pengontrolan hanya menggunakan pengontrol P, control pemanas akan memberi daya penuh 100% hingga level suhu mencapai 75%.Jika menggunakan pengontrolan Pi, nilai parameter yang digunakan Kp = 2 ~ 50 dan Ti = 1 ~ 5 menit.karena temperatur memiliki karakteristik respon yang lambat terhadap perubahan temperature aktual maka pengontrolan PID yang dapat diterapkan berada pada rentang nilai berikut : Kp : 2 ~ 50; Ti : 2 ~ 10 menit; Td : 0 ~ 5 menit. Berikut ini tampilan grafik suhu mesin tetas yang mengunakan kontrol PID 40 39.5 39 38.5 38 37.5 37 36.5 36 35.5 35 34.5 34 33.5 33 32.5 32 31.5 31 30.5 30 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Gambarsuhu kerja kontrol PID Sebagai pembanding, juga dilakukan pengukuran jika kontrol di set dengan prinsip kerja ON/OFF. Jika menilik teori mengenai kontrol ON/OFF maka akan diperoleh nilai output suhu yang tidak akan stabil, tetapi selalu berfluktuatif diantara nilai set point. Dengan suhu set point 38 0 C maka diperoleh hasil suhu mesin tetas akan berada pada kodisi antara 37,5 0 C sampai dengan 38,5 0 C hal ini sesuai dengan yang ditunjukan pada grafik suhu mesin tetas sebagai dibawah ini. 154

40 39.5 39 38.5 38 37.5 37 36.5 36 35.5 35 34.5 34 33.5 33 32.5 32 31.5 31 30.5 30 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 GambarGrafikkontrol ON/OFF Listing program fungsi PID yang digunakan sebagai berikut: while (1) { // Place your code here kp=50; kd=0; ki=1; suhu=(float)read_adc(7)/2; lcd_gotoxy(0,0); sprintf(tampil,"suhu = %0.1f ",suhu); lcd_puts(tampil); lcd_gotoxy(0,1); sprintf(tampil,"suhu = %0.1f ",count); lcd_puts(tampil); /* count=38 - suhu; count_1=count-count_1; data=100+(kp*(float)count)+(count*kd)+(count_1*ki); */ if(suhu>38) { data=0; } if(suhu<38) { data=255; } delay_ms(1000); printf("%0.1f\r",suhu); }; 155

KESIMPULAN Dari proses yang telah dilakukan ada beberapa poin yang dapat disimpulkan yaitu : Dari ketiga parameter, maka jika hanya ingin memperoleh kontrol yang dapat mengurangi fluktuatif suhu mesin tetas dapat dilakukan dengan fokus pada parameter Kp sedang parameter yang lain dapat diabaikan asal nilainya masih wajar. Pada penelitian ini dengan mempertimbangkan kemampuan pemanas dan dimensi ruaung tetas maka diperoleh nilai Kp yang optimal sebesar 50 sedang Ti dan Td dapat disi dengan nilai dari 1 sampai 20. Kegiatan menala parameter PID dilakukan berulang kali dan apabila terjadi perubahan beban yang mengakibatkan perubahan gain dari loop pengontrolan maka perlu dilakukan penalaan ulang. Sehingga operator tidak dapat begitu saja mengasumsikan bahwa sekal ditalamaka performansi pengontrol akan baik untuk setiap kondisi operasi. Oleh karenaitu, sangat disarankan untuk mendapatkan hasil yang akurat perlu pengembangan teknik penalaan yang baik misal menggunakan aturan-aturan Ziegler-Nichols, penalaang ainscheduling dan Auto-tuning, dan Penalaan PI menggunakan expert system. DAFTARPUSTAKA Bin Mohd Adid, Abu Musa. 2008. Development of Egg Incubator System for Various Types of Eggs. Thesis. Bachelor of Electrical Engineering (Hons.) (Electronics) Faculty of Electrical & Electronics Engineering. Universiti Malaysia Pahang. Malaysia. Bret Comnes & A. La Rosa, (2013), Arduino PID Example Lab,Portland State University. Gunawan, Hanafi, (1999), Prinsip-PrinsipElektronik,Erlangga, Jakarta. Paimin, Fari B, (2014), Mesin Tetas, Penebar Swadaya, Jakarta. Setiawan, Iwan, (2008), Kontrol PID Untuk Proses Industri, Elek Media Komputindo, Jakarta. Timmis, Harold, (2011), Practical ArduinoEngginnerring, Springer Science+Business Media, New York. 156