Perancangan Sistem Kontrol Posisi Miniatur Plant Crane dengan Kontrol PID Menggunakan PLC

88 ISSN 1979-2867 (print) Electrical Engineering Journal Vol. 5 (215) No. 2, pp. 88-17 Perancangan Sistem Kontrol Posisi Miniatur Plant Crane dengan Kontrol PID Menggunakan PLC E. Merry Sartika dan Hardi Sumali Jurusan Teknik Elektro, Universitas Kristen Maranatha, Bandung Jl. Suria Sumantri 65, Bandung 4164, Indonesia erwanimerry@gmail.com; hardi.sumali@gmail.com Abstrak: Crane merupakan alat bantu mekanis untuk memindahkan benda dari suatu titik ke titik lainnya. Pengontrolan crane masih banyak dilakukan oleh manusia, sehingga keahlian operator sangat berperan dalam pengendalian sebuah crane. Keterbatasan tersebut diharapkan dapat diatasi dengan menggunakan pengendali seperti PLC. Pada penelitian, dibuat sebuah miniatur tower crane yang dikontrol dengan metode PID menggunakan PLC agar dapat memindahkan benda dari satu titik ke titik yang diinginkan dengan ayunan seminimal mungkin dan waktu yang relatif singkat. Metode tuning Ziegler Nichols digunakan sebagai tuning awal untuk mendapatkan acuan nilai parameter, dilanjutkan dengan metode tuning Trial and Error untuk mendapat nilai paramater PID yang lebih baik. Pengontrolan dapat dilakukan secara langsung melalui panel box yang berisi PLC, inverter dan komponen-komponen pengontrol lainnya. Selain melalui panel box, pengontrolan juga dapat dilakukan menggunakan software Vijeo Citect SCADA. Melalui software Vijeo Citect SCADA, pengamatan dan pengolahan data dapat langsung diambil dan diolah. Berdasarkan hasil percobaan, pengontrolan miniatur plant crane pada sumbu horizontal lebih cocok menggunakan pengontrol PD dengan nilai parameter Kp = 25 dan Td =,2, sedangkan pada sumbu vertikal lebih cocok menggunakan pengontrol P dengan nilai parameter Kp =,1. Pengendalian posisi beban dengan menggunakan cara direct menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan cara step by step. Kata kunci: Crane, PID, PLC, SCADA Abstract: Crane is a mechanical tool to move objects from one point to another. Nowadays, many crane still controlled by human, then operator ability take play an important role to control movement of the crane. PLC expected to overcome this limitation. In this research was made a miniature of tower crane that controlled by PLC using PID method to be able move object from one point to the desired point with minimum swings and a relatively short time. Ziegler Nichols tuning method uses as the initial tuning to obtain the reference value of the parameter. Trial and error method used to get better value of the PID parameter. Control can be done directly through the panel box containing PLC, inverter and other control components. Besides panel box, control can also be performed using Vijeo Citect SCADA. Through Vijeo Citect SCADA software, observation and data processing can be retrieved and processed. Based on the experiment, controlling of miniature plant crane on horizontal axis more suitable using PD controller with parameter value of Kp = 25 and Td =.2, and on vertical axis more

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 89 suitable using P controller with parameter value of Kp =.1. Load position control using direct method performs better result than step by step method. Keywords: Crane, PID, PLC, SCADA I. PENDAHULUAN Crane merupakan alat bantu mekanis untuk memindahkan benda dari suatu titik ke titik lainnya. Crane bekerja dengan menggunakan tali sebagai pemindah benda, oleh sebab itu, kemungkinan terjadi ayunan pada benda yang diangkat oleh crane sangat besar. Disamping itu operator sangat berperan dalam pengendalian sebuah crane agar dapat memindahkan benda dari suatu titik ke titik lain dalam waktu relatif singkat dan mencapai tujuan tanpa berayun. Untuk membantu operator dalam mengendalikan pergerakan benda, dapat digunakan sensor dan controller pada crane tersebut. Controller ada bermacam-macam jenisnya, mulai dari microcontroller, PLC, dan lain-lain. Controller yang digunakan pada dunia indsutri diharapkan stabil, tahan lama, dan mudah untuk dimodifikasi. PLC merupakan controller yang memenuhi semua kriteria tersebut. Pengontrol PID banyak digunakan di industri karena mudah diimplementasikan. Selain itu untuk menentukan nilai parameter PID tidak dibutuhkan model dari plant yang akan dikontrol. Karena plant crane yang digunakan tidak memiliki persamaan model maka pengontrol PID dapat diimplementasikan untuk mengontrol plant crane. Maka pada penelitian ini, dibuat sebuah miniatur tower crane yang dikontrol dengan metode PID menggunakan PLC agar dapat memindahkan benda dari satu titik ke titik yang diinginkan dengan ayunan seminimal mungkin dan waktu yang relatif singkat. II. PERANCANGAN Pada perancangan akan dibahas tentang perancangan miniatur plant crane, perancangan sistem kontrol miniatur plant crane, dan penalaan PID untuk mengontrol pergerakan crane ke arah sumbu horisontal dan sumbu vertikal. II.1. Perancangan Miniatur Plant Crane Jenis crane yang dibuat adalah tower crane. Struktur crane menyerupai huruf T. Tower crane dapat digerakkan pada porosnya (rotasi). Dimensi dari crane terlihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, sedangkan realisasinya ditunjukkan pada Gambar 2. Dimensi keseluruhan minatur plant crane memiliki tinggi 3 cm, panjang 34 cm, lebar 2 cm. Bahan yang digunakan untuk rangka tower crane ini adalah besi, memiliki empat buah kaki penopang sebagai fondasi dan dua tali baja sebagai penahan jib dan counter jib. [1]

9 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 (a) (b) (c) Gambar 1. Plant crane (a) tampak samping (b) tampak depan (c) tampak atas Gambar 2. Plant miniatur tower crane

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 91 II.2. Perancangan Sistem Kontrol Miniatur Plant Crane Blok sistem kontrol miniatur Plant Crane ditunjukkan pada Gambar 3. Target posisi adalah set point dari posisi yang diinginkan, posisi crane dibaca terus menerus oleh sensor untuk dibandingkan dengan target posisi, sehingga error dapat dibaca oleh pengontrol PID yang diolah dalam controller PLC yang kemudian akan mengeluarkan sinyal kontrol untuk mengatur inverter agar menggerakkan putaran motor pada crane agar bergerak menuju target posisi yang diinginkan. Gambar 3. Blok sistem kontrol miniatur Plant Crane Untuk dapat menggeser arah horizontal dan vertikal dibutuhkan konversi dari keluaran aktuator menjadi posisi beban crane. Masing-masing sumbu memiliki aktuator yang berbeda cara kerja, sehingga dibutuhkan cara konversi yang berbeda pula. Pada sumbu horizontal, aktuator menggerakkan roda pada sebuah rel. Untuk mendeteksi posisi pada sumbu horizontal, digunakan kawat yang memiliki hambatan kemudian diberi tegangan. Tegangan yang terbaca akan berubah sebanding dengan pergerakan beban crane pada sumbu horizontal. Pada sumbu vertikal, aktuator menggerakkan gulungan tali beban. Untuk mendeteksi posisi pada sumbu vertikal, tali beban dirancang agar dapat menggerakkan rotary encoder. Putaran pada rotary encoder akan sebanding dengan pergerakan tali beban. Pengontrolan untuk mencapai set point (posisi) dilakukan dengan dua cara. Cara pertama adalah cara step-by-step yaitu dengan menggerakkan aktuator pada sumbu horizontal terlebih dahulu. Setelah set point untuk sumbu horizontal tercapai, dilanjutkan dengan menggerakkan aktuator sumbu vertikal. Diagram alir cara step-by-step ditunjukkan pada Gambar 4. Cara kedua adalah cara direct yaitu dengan menggerakkan aktuator pada kedua sumbu secara bersamaan. Diagram alir cara direct ditunjukkan pada Gambar 5. Pada perancangan sistem kontrol miniatur Plant Crane, diterapkan pengontrol PID untuk mengontrol pergerakan beban sehingga mencapai posisi yang diinginkan. Nilai parameter PID dapat ditentukan dengan berbagai metoda, namun pada penelitian ini dipilih metoda tuning Ziegler Nichols sebagai tuning awal, dilanjutkan dengan metoda tuning Trial and Error untuk menala nilai paramater PID yang terbaik.

92 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 Gambar 4. Diagram alir cara step-by-step

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 93 Gambar 5. Diagram alir cara direct II.3. Penalaan PID Sumbu Horisontal Data pengamatan untuk miniatur tower crane untuk sumbu horisontal dibagi menjadi 4 bagian, yaitu penentuan persamaan linear untuk posisi, analisa Ziegler Nichols, penalaan saat diberi aksi kontrol proporsional, dan penalaan saat diberi aksi kontrol proporsional dan derivatif.

94 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 A. Penentuan persamaan linear untuk posisi. Posisi pada sumbu horizontal dideteksi menggunakan sensor kawat. Sensor kawat memiliki keluaran tegangan yang mewakili posisi dari benda pada sumbu horizontal. Untuk menentukan persamaan linear pada sumbu horizontal, dilakukan pengambilan data dengan cara mencatat hasil pergerakan motor hingga beban mencapai posisi yang diinginkan. Dari data tersebut, dapat dilihat kelinearan dari hasil pembacaan sensor kawat pada sumbu horizontal. Hasil data pengamatan terdapat pada Tabel 1. cm TABEL 1. DATA PENGAMATAN PEMBACAAN ADC TERHADAP POSISI HORISONTAL Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Percobaan 4 Pembacaan ADC Selisih Pembacaan ADC Selisih Pembacaan ADC Selisih Pembacaan ADC 24 24 24 24 Selisih 1 37 13 37 13 37 13 37 13 2 5 13 5 13 5 13 5 13 3 63 13 63 13 63 13 63 13 4 77 14 77 14 76 13 76 13 5 9 13 9 13 9 14 9 14 6 13 13 13 13 13 13 13 13 7 117 14 117 14 116 13 117 14 8 13 13 13 13 13 14 13 13 9 143 13 143 13 143 13 143 13 1 157 14 156 13 157 14 157 14 11 17 13 17 14 17 13 17 13 12 183 13 183 13 183 13 183 13 13 196 13 196 13 196 13 196 13 14 21 14 21 14 21 14 21 14 15 223 13 223 13 223 13 223 13 16 236 13 236 13 236 13 236 13 Rata-rata selisih 13,25 13,25 13,25 13,25 Dari Tabel 1, terlihat hasil pembacaan cukup linear. Persamaan garis untuk menentukan posisi dapat dibuat dengan menggunakan regresi linear [2], dengan x adalah hasil pembacaan ADC dan y adalah posisi horisontal (cm), maka persamaan regresi linear pembacaan ADC terhadap posisi horisontalnya adalah,75191 17,61617. B. Analisa Ziegler Nichols. Keluaran plant miniatur crane bila diberi input step ditunjukkan Gambar 6. Pada Gambar 6 dapat disimpulkan bahwa keluaran plant berupa integrator, sehingga dipilih metode Ziegler Nichols untuk mencari nilai parameter PIDnya. Namun karena plant sudah bersifat integrator maka peran pengontrol integral pada PID tidak diperlukan. Metode Ziegler Nichols dapat digunakan untuk penalaan parameter pada sistem yang memiliki respon step open-loop berupa integrator dengan time-delay. [3]

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 95 (1) Dengan menggunakan teori Ziegler Nichols dapat ditentukan K = 1/14 dan θ = 1. 2 15 CM 1 5 3 6 9 1215182124 Gambar 6. Keluaran plant crane miniatur bila diberi input step Untuk mencari nilai parameter PID, dapat digunakan Tabel 2. TABEL 2. PENALAAN ZIEGLER NICHOLS METODE OPEN LOOP C. Hasil penalaan saat diberi aksi kontrol proporsional Dari teori Ziegler Nichols didapatkan nilai awal sebagai acuan untuk penalaan dengan metode trial and error [4], sehingga perlu mencoba beberapa nilai parameter kontrol yang berbeda-beda untuk mendapatkan hasil penalaan yang baik. Dari Tabel 2 dan dengan nilai K = 1/14 dan dan θ = 1, maka didapatkan nilai Kc awal sebesar 14. Respon closed loop untuk nilai Kc = 14 ditunjukkan Gambar 7. Respon transien dari sistem: delay time 18, rise time 35, peak time 35, maximum overshoot 1,25%, settling time 33. Nilai Kc = 14 dirasa kurang baik, sehingga dipilih nilai Kc = 2 sebagai nilai awal.

96 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 2 15 cm 1 5 6 12 18 24 29 35 41 47 53 59 Set Point Gambar 7. Grafik pembacaan posisi beban untuk nilai Kp = 14 Respon closed loop untuk panjang tali beban pada sumbu vertikal sebesar 5 cm dan nilai Kc = 2 ditunjukkan Gambar 8 dan Gambar 9. Set point horisontal diubah sebanyak 2 kali, yaitu pada 8 cm dan 16 cm. derajat 2 15 1 5 5 1 15 2 Sumbu Y Sumbu Z 5 115225335445555 Gambar 8. Grafik ayunan horisontal (Kc = 2) cm 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Set Point Posisi Aktual 6 121824336424854 Gambar 9. Grafik posisi Horisontal (Kc = 2)

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 97 Dari Gambar 8 terlihat ayunan dari beban. Pada Gambar 9 menunjukkan bahwa untuk set point pertama, delay time 7, rise time 15, peak time 15, maximum overshoot 5%, settling time 13. Untuk set point kedua, delay time 7, rise time 13, peak time 13, maximum overshoot 2,5%, settling time 13. TABEL 3. HASIL PENALAAN PID UNTUK KC DENGAN 2 KALI PERUBAHAN SET POINT Panjang tali sumbu vertikal (cm) 5 1 5 1 5 1 Nilai Kc 2 2 25 25 3 3 Delay time 1 () 8 9 8 8 7 8 Rise time 1 () 16 17 16 16 14 16 Peak time 1 () 16 17 17 17 15 18 Maximum overshoot 1 (%) 5 3,75 5 3,75 2,5 2,5 Settling time 1 () 13 15 15 15 14 16 Delay time 2 () 7 8 8 8 7 8 Rise time 2 () 13 17 15 15 13 15 Peak time 2 () 13-15 19 13 15 Maximum overshoot 2 (%) 2,5,625 1,25,625 2,5 Settling time 2 () 13 16 14 14 11 14 TABEL 4. HASIL PENALAAN PID UNTUK KC DENGAN 1 KALI PERUBAHAN SET POINT Panjang tali sumbu vertikal (mm) 5 1 5 1 5 1 Nilai Kc 2 2 25 25 3 3 Delay time () 13 15 13 14 13 13 Rise time () 26 31 24 29 27 28 Peak time () 26 31 24 29 27 28 Maximum overshoot (%) 1,25 3,75 1,25,625 1,875,125 Settling time () 25 29 23 27 25 27 Tabel 3 dan Tabel 4 menunjukkan hasil data pengamatan untuk penalaan pengontrol P pada sumbu horisontal. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa panjang tali pada sumbu vertikal tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kestabilan sistem secara keseluruhan. Dari beberapa nilai Kc yang diuji coba, dipilih nilai Kc = 25. D. Hasil penalaan saat diberi aksi kontrol proporsional dan derivatif. Setelah mendapatkan nilai Kc, maka ditambahkan nilai Ki dan Td. Pada penelitian ini, jika plant diberikan aksi kontrol integral menyebabkan sistem menjadi tidak stabil (plant sudah bersifat integrator), sehingga hanya ditambahkan aksi kontrol derivatif. Respon closed loop untuk panjang tali beban pada sumbu vertikal sebesar 5 cm dan nilai Kc = 25 dan Td =.1 ditunjukkan Gambar 1 dan Gambar 11. Set point horisontal diubah sebanyak 1 kali, yaitu pada 16 cm.

98 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 2 1 derajat 1 2 5 115225335445555 Sumbu Y Sumbu Z Gambar 1. Grafik ayunan horisontal (Kc & Td) 2 15 cm 1 5 6 121824336424854 Set Point Gambar 11. Grafik posisi vertikal (Kc & Td) Gambar 1 terlihat ayunan dari beban. Gambar 11 menunjukkan karakterisitik respon transien dari sistem dengan input step adalah delay time 14, rise time 29, peak time 29, maximum overshoot,625%, settling time 28. TABEL 5. HASIL PENALAAN PID UNTUK BEBERAPA NILAI TD Panjang tali sumbu vertikal (cm) 5 1 5 1 5 1 Nilai Td,1,1,2,2,3,3 Delay time () 14 14 14 14 14 15 Rise time () 29 29 3 3 32 31 Peak time () 29 29 3-32 32 Maximum overshoot (%),625 1,25,625 1,25,625 Settling time () 28 27 27 28 28 27 Pada Tabel 5 dapat diambil kesimpulan nilai Td =,2 memiliki performansi yang paling baik. Untuk sumbu horisontal nilai parameter PID yang digunakan adalah Kc = 25 dan Td =,2.

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 99 II.4. Penalaan PID Sumbu Vertikal Data pengamatan untuk miniatur tower crane untuk sumbu vertikal dibagi menjadi 4 bagian, yaitu: penentuan persamaan linear untuk posisi, analisa Ziegler Nichols, penalaan saat diberi aksi kontrol proporsional, dan penalaan saat diberi aksi kontrol proporsional dan derivatif. A. Penentuan persamaan linear untuk posisi. Posisi pada sumbu vertikal dideteksi menggunakan rotary encoder. Rotary encoder mendeteksi pergeseran tali pada sumbu vertikal berbanding lurus dengan jumlah putaran pada rotary encoder. Untuk menentukan persamaan linear pada sumbu vertikal, dilakukan pengambilan data dengan cara mencatat hasil pergerakan tali hingga beban mencapai posisi vertikal yang diinginkan. Dari data tersebut, dapat dilihat kelinearan dari hasil pembacaan rotary encoder pada sumbu vertikal. Pembacaan dilakukan dengan cara memberikan nilai pembacaan rotary encoder yang diinginkan kemudian dibandingkan dengan hasil keluarannya. Hasil data pengamatan terdapat pada Tabel 6. Input (x) Posisi (cm) TABEL 6. HASIL PEMBACAAN ROTARY ENCODER Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 ADC Posisi ADC Posisi ADC Selisih Selisih (y) (cm) (y) (cm) (y) 1 11 7 11 71 11 7 Selisih 2 22 128 58 22 128 57 22 128 58 3 31 181 53 31 182 54 31 181 53 4 41 236 55 41 235 53 41 236 55 5 52 291 55 52 293 58 52 291 55 6 61 345 54 61 346 53 61 345 54 7 72 4 55 71 4 54 72 4 55 8 81 454 54 81 455 55 81 454 54 9 92 51 56 91 511 56 92 511 57 1 11 565 55 11 565 54 11 565 54 11 111 62 55 112 62 55 111 62 55 12 121 675 55 122 675 55 121 675 55 13 131 728 53 131 73 55 131 728 53 14 141 785 57 141 783 53 141 784 56 15 152 839 54 151 839 56 152 839 55 16 161 893 54 161 894 55 161 893 54 17 171 947 54 171 949 55 171 948 55 18 181 11 54 181 12 53 181 12 54 Rata-rata selisih 54,76 54,76 54,82 Dari data Tabel 6 terlihat hasil pembacaan cukup linear. Tiap kenaikan 1 pulse pada rotary encoder tali bergerak rata-rata 54,76. Persamaan garis untuk menentukan posisi dapat dibuat dengan menggunakan regresi linear [3], dengan x adalah hasil pembacaan ADC dan y adalah posisi horisontal, maka persamaan regresi linearnya adalah 5,559 13,8579. B. Analisa Ziegler Nichols Sumbu Vertikal Keluaran plant crane miniatur bila diberi input step ditunjukkan Gambar 12.

1 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 mm 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 Gambar 12. Grafik pembacaan posisi beban respon step open loop vertikal Dari Gambar 12 dapat disimpulkan keluaran plant berupa integrator sehingga dipilih teori Ziegler Nichols untuk mencari nilai parameter PIDnya. Namun karena plant sudah bersifat integrator maka peran pengontrol integral pada PID tidak diperlukan. Dengan menggunakan teori Ziegler Nichols dapat ditentukan K = 1/7. dan θ =. Dari Tabel 2 dan dengan nilai K = 1/7 dan dan θ =, maka nilai Kc awal tidak dapat ditentukan. Berdasarkan pengamatan dari Gambar 11, respon sistem terlihat sangat cepat sehingga dapat mengakibatkan osilasi, maka dipilih nilai awal Kc =,3 agar sistem mengalami peredaman. C. Hasil Penalaan Saat Diberi Aksi Kontrol Proporsional Dari teori Ziegler Nichols didapatkan nilai awal sebagai acuan, selanjutnya diperlukan mencoba beberapa nilai parameter kontrol yang berbeda-beda untuk mendapatkan hasil penalaan yang baik menggunakan metode trial and error [5]. Respon closed loop untuk set point 1 mm dan nilai Kc =,3 ditunjukkan Gambar 13, dan Gambar 14. derajat 4 3 2 1 1 2 3 4 3 6 9 12 15 18 21 24 27 Sumbu Y Sumbu Z Gambar 13. Grafik ayunan vertikal (Kc =,3)

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 11 mm 12 1 8 6 4 2 3 6 9 121518212427 Set Point Gambar 14. Grafik posisi vertikal (Kc =,3) Dari Gambar 13 terlihat ayunan dari beban. Dari hasil data pengamatan pada Gambar 14, delay time 4, rise time 8, peak time 8, maximum overshoot,4%, settling time 7. TABEL 7 HASIL PENALAAN PID UNTUK NILAI KC YANG BERBEDA Kc =,3 Kc =,2 Kc =,1 Delay time () 4 4 4 Rise time () 8 8 8 Peak time () 8 8 - Maximum overshoot (%),4,9 Settling time () 7 7 7 Error steady state (%),2,4,2 Tabel 7 menunjukkan hasil data pengamatan untuk penalaan pengontrol P pada sumbu vertikal. Dari beberapa nilai Kc yang diuji coba, maka dipilih nilai Kc =,1 yang paling mempunyai kinerja yang paling baik. D. Hasil Penalaan Saat Diberi Aksi Kontrol Proporsional dan Derivatif Setelah mendapatkan nilai Kc, maka ditambahkan nilai Ki dan Kd. Pada penelitian ini, jika plant diberikan aksi kontrol Integral menyebabkan sistem menjadi tidak stabil (plant bersifat integrator), sehingga hanya ditambahkan aksi kontrol derivatif. Respon closed loop untuk set point 1 mm dengan nilai Kc =,1 dan Td =,1 ditunjukkan Gambar 15, dan Gambar 16.

12 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 derajat 3 2 1 1 2 3 4 4 8 121622428 Sumbu Y Sumbu Z Gambar 15. Grafik ayunan vertikal (Kc=,1&Td=,1) mm 12 1 8 6 4 2 4 8 121622428 Set Point Gambar 16. Grafik posisi vertikal (Kp=,1 & Td=,1) Dari Gambar 15 terlihat ayunan dari beban. Dari hasil data pengamatan pada Gambar 16, delay time 4, rise time 8, settling time 7. TABEL 8. HASIL PENALAAN DENGAN BEBERAPA NILAI TD UNTUK KC =,1 Td =,1 Td =,2 Td =,3 Delay time () 4 5 4 Rise time () 8 11 11 Peak time () - - 11 Maximum overshoot (%),4 Settling time () 7 8 7 Error steady state (%),2,7,4 Dari Tabel 8 dapat diambil kesimpulan nilai Td =,1 memiliki performansi yang paling baik. Namun demikian, hasil penalaan dengan menambahkan pengontrol derivatif tidak menghasilkan performansi yang lebih baik dibanding dengan pengontrol proporsional saja. Maka untuk sumbu vertikal digunakan pengontrol P saja dengan nilai Kc =,1.

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 13 III. DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS Bab ini membahas mengenai kinerja miniatur tower crane berdasarkan algoritma PLC serta hasil perancangan miniatur tower crane. Setelah nilai parameter didapat, maka diterapkan pengendalian cara step-by-step dan direct. Cara step-by-step adalah dengan menggerakkan beban pada sumbu horisontal terlebih dahulu, baru kemudian sumbu vertikal. Cara direct adalah menggerakkan beban pada kedua sumbu secara bersamaan. Koordinat posisi diberikan dalam bentuk (x,y) dengan x adalah set point beban pada sumbu horisontal dalam cm dan y adalah set point beban pada sumbu vertikal dalam mm. Nilai parameter yang digunakan untuk sumbu horisontal adalah Kc = 25 dan Td =,2. Nilai parameter yang digunakan untuk sumbu vertikal adalah Kc =,1. III.1. Pengendalian Step-by-Step Respon step closed loop untuk set point dengan koordinat (16,1) ditunjukkan Gambar 17, Gambar 18, Gambar 19, dan Gambar 2. derajat 4 3 2 1 1 2 3 6 121824336424854 Sumbu Y Sumbu Z Gambar 17. Grafik ayunan beban step-by-step cm mm 2 4 6 8 1 12 1 2 Gambar 18 Grafik posisi step-by-step

14 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 cm 18 16 14 12 1 8 6 4 2 6 12 18 24 3 36 42 48 54 Set Point Gambar 19. Grafik posisi horisontal step-by-step mm 12 1 8 6 4 2 6 12 18 24 3 36 42 48 54 Set Point Gambar 2. Grafik posisi vertikal step-by-step Percobaan dilakukan sebanyak 3 kali. Hasil pengamatan respon transien dari sistem dapat dilihat pada Tabel 9 dan Tabel 1. TABEL 9. HASIL RESPON STEP CLOSED LOOP CARA STEP-BY-STEP SUMBU HORISONTAL Horisontal Coba 1 Coba 2 Coba 3 delay time () 14 14 14 rise time () 29 31 3 peak time () - 31 3 max overshoot (%) -,625,625 settling time () 26 27 27 TABEL 1. HASIL RESPON STEP CLOSED LOOP CARA STEP-BY-STEP SUMBU VERTIKAL Vertikal Coba 1 Coba 2 Coba 3 delay time () 4 4 4 rise time () 8 8 8 peak time () - 8 - max overshoot (%) -,4 - settling time () 7 7 7 error steady state (%),2,4,7

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 15 III.2. Pengendalian Cara Direct Respon step closed loop untuk set point dengan koordinat (16,1), ditunjukkan Gambar 21, Gambar 22, Gambar 23, dan Gambar 24. derajat 35 25 15 5 5 15 25 5 115225335445555 Sumbu Y Sumbu Z Gambar 21. Grafik ayunan cara direct cm mm 2 4 6 8 1 12 1 2 Gambar 22. Grafik posisi cara direct 2 15 cm 1 5 6 12 18 24 3 36 42 48 54 Set Point Gambar 23. Grafik posisi horisontal direct

16 ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 5, NO. 2, APRIL 215 mm 12 1 8 6 4 2 6 121824336424854 Set Point Gambar 24. Grafik posisi vertikal direct Percobaan dilakukan sebanyak 3 kali. Hasil pengamatan respon transien dari sistem dapat dilihat pada Tabel 11 dan Tabel 12. TABEL 11. HASIL RESPON STEP CLOSED LOOP CARA DIRECT SUMBU HORISONTAL Horisontal Coba 1 Coba 2 Coba 3 delay time () 14 13 14 rise time () 3 29 29 peak time () - - - max overshoot (%) - - - settling time () 27 26 27 TABEL 12. HASIL RESPON STEP CLOSED LOOP CARA DIRECT SUMBU VERTIKAL Vertikal Coba 1 Coba 2 Coba 3 delay time () 4 4 4 rise time () 8 8 8 peak time () - - - max overshoot (%) - - - settling time () 7 7 7 error steady state (%),2,2,2 Dari data pengamatan yang telah diambil, dapat disimpulkan pengendalian beban cara direct memiliki hasil yang lebih baik dibandingkan dengan pengendalian beban cara step-bystep. Beban pada pengendalian beban cara direct memiliki waktu ayun yang lebih sedikit. Selain itu, pengendalian beban cara direct memiliki waktu yang lebih singkat dalam mencapai koordinat yang diinginkan. Dari Gambar 17 dan Gambar 21, grafik pembacaan posisi pada sumbu horisontal mudah terganggu oleh getaran terutama pada cara step-by-step. Hal ini terlihat pada saat motor horisontal mati dan motor vertikal aktif. Getaran yang dihasilkan motor vertikal saat aktif mempengaruhi pembacaan posisi pada sumbu horisontal

PERANCANGAN SISTEM KONTROL POSISI MINIATUR PLANT CRANE... 17 IV. KESIMPULAN 1. Pengontrolan beban miniature plant crane pada sumbu horizontal berdasarkan hasil pengamatan lebih cocok menggunakan pengontrol PD dengan nilai parameter Kc = 25 dan Td =,2, sedangkan pada sumbu vertikal lebih cocok menggunakan pengontrol P dengan nilai parameter Kc =,1. 2. Pengontrolan beban cara step-by-step dan direct dapat diaplikasikan pada miniatur plant crane. Pengendalian beban dengan cara direct lebih baik dibanding dengan cara step-bystep. Pengendalian beban dengan cara direct memiliki waktu yang lebih singkat untuk mencapai set point yang diinginkan pada kedua sumbunya serta memiliki ayunan beban yang lebih sedikit DAFTAR REFERENSI [1] H. Sumali, Perancangan dan Realisasi Sistem Kontrol pada Miniatur Plant Crane dengan Kontrol PID Menggunakan PLC, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Kristen Maranatha, Bandung, 213. [2] S. C. Chapra and R. P. Canale, Numerical Methods for Engineers. Singapore: McGraw-Hill, 1989. [3] B. W. Bequette, Process Control: Modeling, Design, and Simulation. New Jersey: Prentice Hall PTR., 22. [4] K. Ogata, Modern Control Engineering. New Jersey: Prentice-Hall, 1997.