LAPORAN AKHIR PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM KENDALI DIGITAL PADA PLANT SUHU Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat mata kuliah Sistem Kendali Digital DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA Di Jurusan Teknik Elektro Oleh Fauzi Firmansyah 131311046 POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2015
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN AKHIR
PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM
KENDALI DIGITAL PADA PLANT SUHU
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat
mata kuliah Sistem Kendali Digital
DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Di Jurusan Teknik Elektro
Oleh
Fauzi Firmansyah
131311046
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015
i
Abstraksi
Didalam kehidupan sehari-hari kita selalu membutuhkan suhu atau temperatur.
Suhu tersebut dihasilkan oleh pemanas atau pendingin diantaranya matahari, api,
AC dan lain-lain. Suhu yang dibutuhkan pun berbeda-beda tergantung untuk apa
kita menstabilkan suhu tersebut. Perkembangan teknologi saat ini memungkinkan
kita mampu mengendalikan suhu yang dihasilkan. Teknologi yang digunakan
adalah sistem kendali. Dalam sistem kendali ini memungkinkan kita untuk
mengendalikan sesuatu baik itu suhu, posisi atau lainya. Dalam mata kuliah
sistem kendali digital ini penulis menemukan sesuatu hal yang baru untuk
mempelajari sistem pengendalian panas. Sesuatu yang baru tersebut digunakan
untuk mengendalikan suhu seperti yang kita inginkan. Diantaranya penggunaan
metode ziegler nichols I dan II, Simulink pada Matlab, Script matlab, dan
Arduino. Pada praktikum sistem kendali ini plant suhu yang dikendalikan
menunjukan suhu sesuai set point atau titik yang kita inginkan dengan
menggunakan parameter P, I, dan D dalam pengendaliannya. Sistem kendali ini
diterapkan pada industri-industri diantaranya untuk memanaskan suhu tanki dalam
pengolahan minyak.
Kata kunci : sistem kendali digital, suhu, arduino.
Abstract
In our life, we always need temperature. That temperature produced by heater or
cooler such as sun, fire, air conditioner, etc. Temperature that needed is defferent
depend of for what we are stabilize that temperature. Advancement of technology
today make us be able to controlling temperature. That technology is control
system. In control system, make us be able to controlling something like
temperature, position, or other. In control system subject writer found something
new to learn about controlling temperature. There are Ziegler Nichols I and II
method, simulink on Matlab, Script Matlab, and Arduino. At practice, the
temperature plant showing the temperature is equal to set point using P, I and D
parameters in controlling. The industries already applying control system such as
to heating tank in oil processing.
Keyword : Digital Control System, Temperature, Arduino
ii
Kata Pengantar
Puji syukur penullis panjatkan kepada Allah SWT karena atas rahmat-Nya
penulis dapat menyelesaikan “Laporan Akhir Perancangan dan Realisasi Sistem
Kendali Digital pada Plant Suhu”.Sholawat serta salam semoga tetap tercurah
ke Nabi Muhammad SAW. Terimakasih kepada orang tua penulis, bapak Sukirno
S.Pd dan Ibu Atmi Kusmiyati, atas doa yang tak pernah putus mendoakan anakmu
ini hingga sukses. Tak lupa penulis sampaikan terimakasih kepada Bapak
Feriyonika S.T, M.Sc.Eng yang telah memberkan bimbingan pada mata kuliah
Sistem Kendali Digital kepada penulis. Terimakasih kepada saudara Aditya
Gumilar yang telah menjadi partner dalam praktikum SKD ini.
Pada Laporan Praktikum Sistem Kendali Digital ini berisi kumpulan dari
praktikum yang telah dilakukan selama semester 4. Pada praktikum yang telah
dilakukan, penulis menggunakan metode ziegler nichols I dan II, Simulink pada
Matlab, Script matlab, dan Arduino.
Penulis sadar laporan akhir ini belum sempurna. Penulis akan menerima
segala bentuk kritik dan saran untuk memperbaiki laporan ini. Penulis berharap
laporan ini dapat berguna bagi dunia elektronika khususnya bidang sistem
kendali.
Bandung, 6 Juli 2015
Penulis,
Fauzi Firmansyah
iii
Daftar Isi
Abstraksi i
Kata pengantar ii
Daftar Isi iii
Daftar Tabel iv
Daftar Gambar v
Daftar Lampiran vi
BAB I Pendahuluan 1
BAB II Landasan Teori 3
2.1. Sistem Kendali 3
2.2. Kendali PID 4
2.3. Teknik Tuning Manual 5
2.4. Plant Temperatur 6
BAB III Metoda dan Proses Penyelesaian 8
3.1. Ziegler Nichols Tipe 1 8
3.2. Ziegler Nichols Tipe 2 10
3.3. Script Matlab 12
3.4. Arduino 13
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 14
4.1. Data 14
4.2. Pembahasan 20
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 22
5.1. Kesimpulan 22
5.2. Saran 22
Daftar Pustaka vii
Lampiran
iv
Daftar Tabel
Tabel II.1 Tuning Manual PID 5
Tabel III.1. Parameter Ziegler Nichols tipe 1 9
Tabel III.2. Parameter Ziegler Nichols tipe 2 11
v
Daftar Gambar
Gambar II.1. Sistem Kendali Loop Terbuka 4
Gambar II.2. Sistem Kendali Loop Tertutup 4
Gambar II.3. Metode Pemuaian 7
Gambar II.3. Metode Pemuaian 7
Gambar III.1. Simulink 8
Gambar III.2. Perancangan modul sistem kendali temperatur open loop 8
Gambar III.3. Respon natural dari plant temperature 9
Gambar III.4. Simulink 10
Gambar III.5. Perancangan modul sistem kendali temperatur open loop 10
Gambar III.6. Respon natural dari plant temperature 11
Gambar III.7. Flowchart Script Matlab 12
Gambar III.8. Flowchart arduino 13
Gambar IV.1. Respon sistem kendali dengan menggunakan PID 14
Gambar IV.2. Respon sistem kendali dengan menggunakan PID
hasil tuning manual 14
Gambar IV.3. Respon dengan PID hasil perhitungan 14
Gambar IV.4. Respon sistem kendali dengan menggunakan PID
hasi tuning manual 15
Gambar IV.5. Respon kendali suhu dengan menggunakan PID
sebelum dituning 16
Gambar IV.6. respon kendali suhu setelah dituning manual 17
Gambar IV.7. respon kendali suhu yang ditampilkan pada
serial monitor arduino 18
Gambar IV.8. Respon kendali suhu dengan shield LCD 19
vi
Daftar Lampiran
Lampiran I Arduino Uno Reference Design
Lampiran II Datasheet Arduino
1
BAB I
PENDAHULUAN
Sistem kendali merupakan bagian yang terintegrasi dari sistem kehidupan
modern saat ini. Sebagai contoh kendali pesawat, robot, suhu ruang, mesin cuci,
dan lain sebagainya. Dengan sistem kendali memungkinkan adanya sistem yang
stabil, akurat dan tepat waktu. Sistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan
antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan
menghasilkan tanggap sistem yang diharapkan. Sistem kendali dibedakan menjadi
kendali manual dan otomatis.
Sistem pengendalian otomatis banyak memberikan keuntungan bagi
manusia. Selain dapat mempercepat waktu kerja, pengendalian otomatis juga
dapat mengurangi kesalahan yang dilakukan oleh manusia (human error) dan
meningkatkan efektifitas kerja. Salah satu aplikasi pengendalian otomatis yang
dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah pengendalian suhu. Suhu
sebuah ruangan perlu dikendalikan dan tetap terjaga agar dapat dimanfaatkan
untuk keperluan tertentu[1].
Kontoller PID merupakan kontroller berumpan balik terdiri dari 3 jenis
pengaturan yang saling dikombinasikan, yaitu P Controller P (Proportional),
Controller D (Derivative), dan Controller I (Integral) yang masing – masing
secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem,
menghilangkan offset, dan menghasilkan perubahan awal yang besar. Kontroller
PID merupakan jumlahan dari keluaran kontroller proportional, keluaran
kontroller integral dan keluaran kontroller derivative. Karakteristik kontroller PID
sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar ketiga parameter dari P, I dan D.
Penyetelan konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan sifat dari
masing – masing elemen . Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat
disetel lebih menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan
memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan.
Parameter-parameter tersebut tidak bersifat independen, sehingga pada saat salah
satu nilai konstantanya diubah, maka mungkin sistem tidak akan bereaksi seperti
yang diinginkan [2].
2
Pada praktikum yang telah dilakukan penulis menggunakan algoritma PID
untuk diterapkan pada modul plant temperatur. Metode metode yang digunakan
anatara lain Ziegler Nichols tipe 1 (open loop) dan tipe 2 (closed loop). Dengan
metode tersebut penulis dapat menentukan parameter PID, selanjutnya parameter
tersebut dimasukan kedalam modul PID, dan ke dalam program untuk kemudian
diproses. Respon yang ditampilkan dianalisa sesuai dengan tabel tuning manual
PID, kemudian nilai-nilai parameter PID hasil tuning manual dimasukan kembali
ke modul PID dan program arduino sehingga respon menjadi lebih baik dari
sebelumnya.
3
BAB II
LANDASAN TEOR1
2.1. Sistem Kendali
Sistem kendali atau sistem kontrol (control system) adalah suatu alat
(kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari
suatu sistem. Istilah sistem kendali ini dapat dipraktekkan secara manual untuk
mengendalikan stir mobil pada saat kita mengendarai/menyetir mobil kita,
misalnya, dengan menggunakan prinsip loloh balik. Dalam sistem yang otomatis,
alat semacam ini sering dipakai untuk peluru kendali sehingga peluru akan
mencapai sasaran yang diinginkan. Banyak contoh lain dalam bidang industri /
instrumentasi dan dalam kehidupan kita sehari-hari di mana sistem ini dipakai.
Alat pendingin (AC) merupakan contoh yang banyak kita jumpai yang
menggunakan prinsip sistem kendali, karena suhu ruangan dapat dikendalikan
sehingga ruangan berada pada suhu yang kita inginkan.[3]
Secara umum sistem kendali dibagi menjadi dua yaitu: sistem kendali loop
terbuka dan sistem kendali loop tertutup
2.1.1. Sistem Kendali Loop Terbuka
Sistem kontrol loop terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak
mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka
keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukkan.
Dalam suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan
dengan masukan acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan
operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Dengan
adanya gangguan, sistem control terbuka tidak dapat melaksanakan tugas yang
sesuai diharapkan. Sistem kontrol terbuka dapat digunakan hanya jika hubungan
antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal