BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor DC (Direct Current) Brushless atau disebut dengan Motor BLDC (Brushless Direct Current Motor) sangat banyak digunakan dalam berbagai macam aplikasi industri saat ini. Salah satu aplikasi penggunaannya yaitu pada aplikasi belt conveyor. Belt conveyor menggunakan Motor BLDC karena memiliki efisiensi tinggi, torsi yang tinggi, kecepatan yang tinggi dan dapat divariasikan, dan biaya perawatan yang rendah dibandingkan penggunaan Motor DC atau Motor Induksi. Penggunaan Motor BLDC pada belt conveyor diperlukan sebuah sistem pengendalian yang tepat untuk mengendalikannya karena berperan penting dalam proses produksi di industri. Contohnya pada industri semen yang menggunakan penggerak belt conveyor di proses finish mill. Pada proses tersebut, belt conveyor tidak dapat berjalan stabil dikarenakan pada saat material yaitu clinker 80%, trash 17% dan gypsum 3% berada di atasnya (Sari, 2010). Karena material yang turun bisa mencapai 204 ton per jam, sehingga Motor BLDC sebagai penggerak harus bisa berputar sesuai dengan kecepatan yang diharapkan agar belt conveyor tidak bergerak menjadi semakin lambat atau semakin cepat (tidak stabil). Bagaimanapun diperlukan suatu perancangan sistem pengendalian kecepatan Motor BLDC pada aplikasi belt conveyor agar berjalan sesuai dengan kecepatan yang diharapkan. Salah satu jenis pengendalian kecepatan Motor BLDC adalah menggunakan kendali proportional integral derivative (PID). Penggunaan tersebut karena struktur sederhana yang dapat dengan mudah dipahami dan dilaksanakan. Kendali PID termasuk kendali konvensional atau klasik yang masih populer di industri hingga saat ini karena efektifitasnya luar biasa, implementasinya mudah dan aplikasinya sangat luas. Masalah utama kendali PID adalah tala (tuning), yaitu menentukan nilai parameter Kp, Ki dan Kd agar diperoleh performansi sistem yang optimal. Karena perancangan penalaan kendali PID bersifat konseptual intuitif, tetapi akan sulit 1
2 dalam prakteknya, jika beberapa (dan sering bertentangan) tujuan seperti transien pendek dan stabilitas tinggi yang harus dicapai (Ang, 2005). Umumnya proses penalaan masih dilakukan dengan metode secara classical tuning yang dapat memakan waktu. Perkembangan proses tuning PID diawali dengan pengembangan metode penalaan konvensional, seperti Ziegler Nichols, Chien Hrones Reswick, Cohen Coon, Astrom Hagglund, Poulin Pomerleau, dan sebagainya. Tetapi, metode metode ini kurang optimal karena menggunakan asumsi sistem memiliki dinamika minimum, linear dan no-disturbance. Pada kenyataannya penggunaan Motor BLDC pada aplikasi belt conveyor adalah nonlinear, time-varying dan kompleks. Perkembangan teknologi komputasi melahirkan metode komputasi lunak yang membuka jalan baru bagi metode penalaan modern. Metode penalaan modern ini dirancang untuk sistem yang kompleks, nonlinear, time-varying seperti yang banyak ditemui di proses industri (Alridjajis, 2010). Salah satu metode penalaan modern terbaru adalah Bacterial Foraging Optimization Algorithm (BFOA) yang di usulkan oleh Passino (2010). BFOA merupakan pendatang baru ke dalam keluarga algoritma optimasi yang terinspirasi dari alam. Selama lebih dari lima dekade terakhir ini, algoritma optimasi seperti Genetic Algorithm (GA), Evolutionary Programming (EP), Evolutionary Strategies (ES) dan lainnya yang menarik inspirasi dari evolusi dan genetika alam telah mendominasi bidang algoritma optimasi. Algoritma baru baru ini yang terinspirasi swarm alami seperti Particle Swarm Optimization (PSO), Ant Colony Optimization (ACO) telah menemukan cara mereka ke dalam domain ini dan membuktikan efektivitasnya. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka dirumuskanlah permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana menerapkan komputasi lunak (soft computing) untuk mendapatkan nilai konstanta penalaan kendali PID yang akan di implementasikan pada Motor DC Brushless sebagai penggerak belt conveyor.
3 1.3 Batasan Masalah Pada penelitian ini, diberikan beberapa batasan masalah yaitu: a. Motor yang digunakan adalah Motor DC Brushless (Motor BLDC) b. Belt conveyor digunakan hanya sebatas untuk mensimulasikan kecepatan motor BLDC dan memberikan gangguan beban. c. Sistem kendali kecepatan pada motor DC Brushless sebagai penggerak belt conveyor menggunakan sistem kendali PID. d. Sensor kecepatan ditempatkan pada Motor BLDC. e. Dimensi kecepatan pada belt conveyor menggunakan rpm (revolutions per minute). f. Batas kecepatan maksimum belt conveyor adalah 150 rpm. g. Batas beban maksimum pada belt conveyor adalah 1000 g. h. Metode penalaan pengendalian PID menggunakan metode Bacterial Foraging Optimization Algorithm (BFOA). i. Pengujian dilakukan terhadap kendali kecepatan belt conveyor. j. Hasil pengujian hanya melihat hasil tanggapan rise time, settling time, overshoot dan steady-state error pada kecepatan belt conveyor. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah merancang algoritma Bacterial Foraging Optimization yang digunakan untuk mendapatkan konstanta parameter Kp, Ki dan Kd. Hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan hasil yang optimal pada proses penalaan (tuning) kendali PID Motor DC Brushless sebagai penggerak belt conveyor agar menjaga kecepatan belt conveyor menjadi stabil meskipun terdapat perubahan beban. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah mampu memberikan kontribusi mengenai tentang optimalisasi tuning pengendalian PID pada kendali kecepatan Motor DC Brushless terutama yang di aplikasikan pada belt conveyor atau aplikasi bidang industri lainnya.
4 1.6 Metodologi Penelitian Metodologi dan alur pelaksanaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1) Menentukan topik yang akan dipilih dengan cara mengindentifikasi masalah yang ada disertai konsultasi dengan dosen pembimbing. 2) Dicari solusi dari masalah masalah yang telah dipilih. 3) Pengumpulan data dilakukan dengan pengkajian dan pembelajaran lebih lanjut terhadap sistem yang akan dibuat, yaitu dengan cara: a. Studi literatur, yaitu mempelajari artikel, makalah, jurnal, karya ilmiah, situs internet, serta buku buku yang terkait dengan belt conveyor, motor BLDC, metode algoritma Bacterial Foraging Optimization, komunkasi serial Arduino dan Matlab/Simulink, pemodelan tuning dan real-time monitor, dan sistem kendali. b. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan dosen lain yang sesuai bidang mengenai rancangan sistem dan inovasi inovasi yang akan diterapkan. 4) Membuat belt conveyor, perancangan metode algoritma Bacterial Foraging Optimization, perancangan model kendali pada motor BLDC dengan Arduino dan Matlab/Simulink, membuat komunikasi serial Arduino dan Simulink, dan perancangan sistem kendali PID menggunakan metode algoritma Bacterial Foraging Optimization pada motor BLDC sebagai penggerak belt conveyor. 5) Selanjutnya adalah simulasi penalaan (tuning) dan real time monitor data dari motor BLDC sebagai penggerak belt conveyor. 6) Pengambilan data data pengujian yang akan di ambil hanyalah kecepatan pada belt conveyor yang menggunakan motor BLDC. 7) Tahap terakhir adalah analisa data yang diperoleh. Dari proses ini dapat ditarik kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan. 1.7 Sistematika Penulisan Garis besar penulisan laporan penelitian ini terdiri dari tujuh bab, yaitu:
5 BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi penguraian tentang latar belakang dan permasalahan yang dikaji, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penelitian yang dilakukan serta sistematika penulisan laporan penelitian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang penelitian penelitian terdahulu seputar pengendalian PID pada motor DC Brushless, metode BFOA dan hal hal yang berkaitan dengan sistem yang dibangun. BAB III LANDASAN TEORI Berisi penjelasan serta teori teori yang berkaitan dengan sistem yang diteliti dalam penelitian ini. BAB IV ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM Berisi analisis dilakukannya penelitian yang dilakukan, serta perancangan sistem yang dibuat, meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. BAB V IMPLEMENTASI SISTEM Berisi tentang implementasi dari perancangan dalam bentuk nyata terhadap kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN Berisi hasil pengujian sistem yang dilakukan meliputi pengamatan atas kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Hasil pengujian kemudian di analisis dan dibahas hasil beserta kinerjanya. BAB VII PENUTUP Berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran saran pengembangan penelitian selanjutnya.