BAB IITEORI PENUNJANG

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai teori-teori yang digunakan dalam penyelesaian proyek akhir ini, dintaranya sekilas tentang tanaman tomat, pembuatan miniatur greenhouse, karakteristik sensor suhu, kelembaban, cahaya yang digunakan, serta perangkat keras lain yang digunakan.

2.1. DASAR TEORI TOMAT2.1.1. Karakteristik Tomat

Klasifikasi botani tanaman bayam adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae (Tumbuh-tumbuhan)Divisi : Spermatophyta (tumbuhan berbiji)Subdivisi : Angiospermae (berbiji tertutup)Kelas : Dicotylodenae (biji berkeping satu) Ordo : Tubiflorae Famili : Solanaceae Genus : Lycopersicum Spesies : Lycopersicum esculentum Mill

2.1.2 Syarat Pertumbuhan Tomat Syarat tumbuh tanaman tomat adalah sebagai berikut: a) Tumbuh pada dataran rendah maupun dataran tinggi b) Suhu : 25-30 ° Cc) Kelembaban : 80%

2.2. LDR (Light Dependent Resistor) LDR atau light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. LDR dibuat dari Cadmium Sulfida yang peka terhadap cahaya. Seperti yang telah diketahui bahwa cahaya memiliki dua sifat yang berbeda yaitu sebagai gelombang elektromagnetik dan foton/partikel energi (dualisme cahaya). Saat cahaya menerangi LDR, foton akan menabrak ikatan Cadmium Sulfida dan melepaskan elektron. Semakin besar intensitas cahaya yang datang, semakin banyak elektron yang terlepas dari ikatan. Sehingga hambatan LDR akan turun saat cahaya meneranginya.

Gambar 2.1 Karakteristik LDR

Gambar 2.2 Simbol LDR

Gambar 2.3 Fisik LDR

Programmable Logic Controller (PLC) Sebuah PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relai yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian melakukan proses dan melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan keluarannya. Semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting penggunaan PLC untuk mempermudah proses-proses tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan). Selain itu sistem kontrol proses konvensional memiliki beberapa kelemahan, antara lain :

6

1) Perlu kerja keras saat dilakukan pengkabelan.2) Kesulitan saat dilakukan penggantian dan atau perubahan.3) Kesulitan saat dilakukan pelacakan kesalahan.4) Saat terjadi masalah, waktu tunggu tidak menentu dan

biasanya lama. Sedangkan penggunaan kontroler PLC memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan sistem kontrol konvesional, antara lain:1) Dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional,

jumlah kabel yang dibutuhkan bisa berkurang hingga 80 %.2) PLC mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan dengan

sistem kontrol proses konvensional (berbasis relay).3) Fungsi diagnostik pada sebuah kontroler PLC membolehkan

pendeteksian kesalahan yang mudah dan cepat.4) Perubahan pada urutan operasional atau proses atau aplikasi

dapat dilakukan dengan mudah, hanya dengan melakukan perubahan atau penggantian program, baik melalui terminal konsol maupun komputer PC.

5) Tidak membutuhkan spare part yang banyak.6) Ketahanan PLC jauh lebih baik dibandingkan dengan relay

auto- mekanik.

2.1.1. Komponen-Komponen PLC PLC sesungguhnya merupakan sistem mikrokontroller khusus untuk industri, artinya seperangkat perangkat lunak dan keras yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi dalam dunia industri. Elemen – elemen dasar sebuah PLC terdiri dari CPU, Memory, dan Perangkat Input/Output. Gambar dibawah menunjukkan elemen-elemen dari PLC

7

Gambar 2.1 Elemen – Elemen PLC

2.1.1.1. CPU (Central Processing Unit) CPU merupakan otak dari sebuah kontroller PLC. CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah mikrokontroller (versi mini mikrokomputer lengkap). Pada awalnya merupakan mikrokontroller 8-bit seperti 8051, namun saat ini bisa merupakan mikrokontroller 16 atau 32-bit.

2.1.1.2. Memori Memori digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol proses. Selain berfungsi untuk menyimpan sistem operasi, juga digunakan untuk menyimpan program yang harus dijalankan, dalam bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang telah dibuat oleh pemrogram. Sistem memori PLC dibagi berdasarkan tugas yang diberikan:1. Executive Memory, lokasi memori untuk menyimpan

kumpulan program secara permanen yang merupakan instruksi software, yaitu relay instruction, block transfer, dan math instruction. Lokasi memori ini tidak tersedia bagi pemakai tetapi memori ini yang menjalankan sistem.

2. Application Memory, lokasi memori untuk menyimpan kumpulan user program (program pemakai), yaitu area yang menyimpan ladder diagram, timer, dan data – data yang telah dimasukkan.

2.1.1.2.1. Tipe Memori PLC1. ROM (Read Only Memory)

ROM dirancang untuk menyimpan secara permanent yang telah fixed. Isinya masih bisa diuji dan dibaca tetapi tidak bisa dubah, ROM tidak memerlukan back up power untuk menjaga memorinya. Executive program biasanya disimpan di ROM.

8

2. RAM (Random Access Memory) RAM dikenal sebagai read write memori dan dirancang supaya informasi dapat ditulis dan dibaca dari lokasi manapun. Ada 2 jenis RAM, Volatile dan Non Volatile. Volatile memerlukan battery back up kalau power hilang sedangkan non volatile RAM akan menjaga programnya meskipun power hilang.

3. PROM (Programmable Read Only Memory) Memori ini biasanya digunakan untuk program yang diyakini benar untuk system control dengan PLC. Jika dibutuhkan perubahan algoritma pada sistem kontrol tersebut, maka PROM harus diganti (di upload) dengan program baru. PROM bisa digunakan sebagai back up permanen user program.

4. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) Memori ini mirip PROM, tetapi masih dapat dihapus dengan membuka jendela dibagian atas IC dengan disinari UV selama beberapa menit. EPROM bisa dipertimbangkan sebagai alat penyimpanan semi permanen sehingga akan menyimpan sebuah program secara permanen sampai dirasakan perlu adanya perubahan.

5. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Memori ini mirip EPROM, tetapi cara penghapusannya lebih fleksible. Cara penghapusan program dengan memberikan tegangan pada kedua kaki (pin) memori untuk proses burning. Hal ini berarti bahwa tipe memori ini bisa dipakai berulang.

2.1.1.3. Pemrograman PLC Kontroller PLC dapat diprogram melalui komputer, tetapi juga bisa diprogram melalui pemrograman manual, yang biasa disebut dengan konsol (console). Untuk keperluan ini dibutuhkan perangkat lunak, yang biasanya juga bergantung pada produk PLC-nya.

2.1.2. Operasional PLC Sebuah PLC bekerja secara kontinyu dengan cara men-scan program. Ibaratnya kita bisa mengilustrasikan satu siklus scan ini menjadi 3 langkah atau 3 tahap. Umumnya lebih dari 3 tetapi

9

secara garis besarnya ada 3 tahap sebagaimana ditunjukkan pada gambar dibawah.

Gambar 2.2 Proses Scanning Program PLC

Keterangan :

1. Periksa status masukan, pertama PLC akan melihat masing-masing status keluaran apakah kondisinya sedang ON atau OFF. Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubungkan dengan masukan pertama ON? Bagaimana dengan yang terhubungkan pada masukan kedua ? Demikian seterusnya, hasilnya disimpan ke dalam memori yang terkait dan akan digunakan pada langkah berikutnya.

2. Eksekusi Program, berikutnya PLC akan mengerjakan atau mengeksekusi program Anda (diagram tangga) per instruksi. Mungkin program Anda mengatakan bahwa masukan pertama statusnya ON maka keluaran pertama akan di-ON-kan. Karena PLC sudah tahu masukan yang mana saja yang ON dan OFF, dari langkah pertama dapat ditentukan apakah memang keluaran pertama harus di-ON-kan atau tidak (berdasarkan status masukan pertama). Kemudian akan menyimpan hasil eksekusi untuk digunakan kemudian.

3. Perbaharui status keluaran, akhirnya PLC akan memperbaharui atau mengupdate status keluaran. Pembaharuan

10

keluaran ini bergantung pada masukan mana yang ON selama langkah 1 dan hasil dari eksekusi program di langkah 2. Jika masukan pertama statusnya ON, maka dari langkah 2, eksekusi program akan menghasilkan keluaran pertama, sehingga pada langkah 3 ini keluaran pertama akan diperbaharui menjadi ON.

Setelah langkah 3, PLC akan menghalangi lagi scanning program-nya dari langkah 1, demikian seterusnya. Waktu scan didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan tiga langkah tersebut. Masing- masing langkah bisa memiliki waktu tanggap (response time) yang berbeda-beda, waktu total tanggap atau total response time adalah jumlah semua waktu tanggap masing-masing langkah.

2.2. PLC Allen Bradley Programmable Logic Controler (PLC) Allen Bradley merupakan salah satu jenis PLC yang banyak digunakan untuk keperluan otomasi di industri. Ada 2 macam bentuk PLC Allen Bradley yaitu bentuk compact dan bentuk modular. Untuk bentuk compact, PLCnya menggunakan system rak (CPU dan I/O jadi satu kesatuan) dengan kapasitas memori yang terbatas.

Gambar 2.3 Bentuk PLC Compact

Sedangkan untuk PLC bentuk modular terdiri dari modul CPU dan modul I/O (merupakan bagian yang terpisah-pisah).

11

Gambar 2.4 Bentuk PLC Modular

2.2.1. Modul PLC Allen Bradley Bentuk Modular Didalam 1 backplane ada yang bisa untuk 4, 7, 10, dan 13 modul. Pemilihan backplane disesuaikan dengan kebutuhan, semakin komplek system yang dibuat maka semakin banyak backplane yang digunakan. Apabila modul yang dibutuhkan lebih dari 13, maka harus menggunakan tambahan backplane karena tiap backplane maksimal untuk 13 modul saja.

2.2.1.1. Processor SLC 5/05 Kecerdasan PLC ditentukan oleh tipe prosesor (mikroprosesor) yang digunakan. Prosesor bertugas untuk memerintah dan mengontrol kegiatan-kegiatan di seluruh sistem. Prosesor tipe SLC 5/05(1747-L552C 5/05 CPU - 32K Mem) mempunyai kapasitas maksimum 28,672 instruction words.

2.2.1.2. Analog Input (1746-N14) Modul analog input ini terdiri dari 4 channel, input tiap channel dapat berupa tegangan dc maupun arus dc. Untuk merubah input tegangan atau arus digunakan dip switch yang letaknya berada pada sisi modul. Pada modul tipe ini range tegangannya +/- 10 V sedangkan range arus +/- 20 mA.

2.2.1.3. Analog Output (1746-NO41) Seperti modul analog input, modul ini juga terdiri dari 4 channel namun output tiap channelnya hanya berupa arus dc dengan range 4mA – 21mA.

2.2.1.4. Digital Input (746-IB16) Modul digital input mempunyai 16 terminal. Inputnya berupa tegangan dc dengan range 10-30 V.

12

2.2.1.5. Digital Output (1746-OW16) Modul digital output mempunyai 2 channel dengan 8 terminal output tiap channelnya. Outputnya dapat berupa tegangan dc dengan range 5-125 V atau berupa tegangan ac dengan range 5-265 V.

2.2.2. Instruksi-Instruksi PemrogramanInstruksi-instruksi pemrograman PLC tipe ini yakni :

Tabel 2.1 Tipe-tipe Relay Logic (Bit)

Type Nama Mnemonic

Relay Normally Close XIC

Logic (Bit) Normally Open XIO

Output Energize OTE

Output Latch OTL

Output Unlatch OTU

One Shot Rising OSR

Dimana :

1. Examine If Close (XIC)

Gambar 2.5 Instruksi XIC

Fun g si : Menentukan status bit B sebagai kondisi eksekusi untuk operasi selanjutnya di dalam suatu baris instruksi.

Contoh:

13

Gambar 2.6 Contoh Penggunaan Instruksi XIC

2. Examine If Open (XIO)

Gambar 2.7 Instruksi XIO

F u ngsi : Menentukan status dari invers bit B sebagai kondisi eksekusi untuk operasi selanjutnya di dalam suatu baris instruksi.

Contoh :

Gambar 2.8 Contoh Penggunaan Instruksi XIO

3. Output Energize (OTE)

14

Gambar 2.9 Instruksi OTE

F u ng s i : Status bit B ON untuk suatu kondisi eksekusi ON dan status bit B akan OFF untuk suatu kondisi eksekusi OFF.

Contoh :

Gambar 2.10 Contoh Penggunaan OTE

4. Pewaktu (Timer)

Timer pada jenis ini terdiri dari Timer On Delay (TON) dan Timer Off Delay (TOD). Alamat pada timer dimulai dari T4:00 sampai 39. Timer ini dilengkapi dengan bits yang terdiri dari EN (Timer Enable Bit), TT (Timer Timing Bit) dan DN (Timer Done Bit).

Simbol dari TON :

Gambar 2.11 Simbol TON

Time Base = satuan waktu yang digunakanPreset = waktu yang dibutuhkan untuk mengaktifkan

DN setelah EN aktifAccum = nilai timer, ketika Accum sama dengan

Preset, DN akan aktif

15

Contoh :

Gambar 2.12 Contoh Penggunaan TON

5. Pencacah (Counter) Counter terdiri dari 2 bagian yakni CTU (Counter UP) dan CTD (Counter Down). Simbol dari CTU:

Gambar 2.13 Simbol CTU

Preset = hitungan dimana DN akan aktifAccum = nilai counter, ketika Accum sama dengan

Preset, DN akan aktif

Contoh :

Gambar 2.14 Contoh Penggunaan CTU

6. Reset (RES) Digunakan untuk mereset nilai accum dari suatu counter hingga nilai menjadi nol (untuk CTU).

16

Contoh :

Gambar 2.15 Contoh Penggunaan RES

7. Add (ADD) Nilai pada source A ditambahkan dengan nilai pada source B dan disimpan pada Destination.

Gambar 2.16 Simbol ADD

Contoh :

Gambar 2.17 Contoh Penggunaan ADD

8. Move ( MOV ) Proccessor meng-copy nilai pada source ke alamat tujuan destination

17

Gambar 2.18 Simbol MOV

Contoh :

Gambar 2.19 Contoh Penggunaan MOV

9. Jump to Subroutine (JSR) Jika kondisi pada rung untuk instruksi JSR adalah true, maka processor akan jump ke subroutine dengan nomor yang bersesuaian.

Gambar 2.20 Simbol JSRContoh :

Gambar 2.21 Contoh Penggunaan JSR

10. Subroutine (SBR) Target dari subroutine diidentifikasi oleh nomor file yang dimasukkan dalam instruksi JSR.

Contoh :

18

Gambar 2.22 Simbol SBR

11. Return from Subroutine (RET) Instruksi output ini menandakan akhir dari subroutine atau akhir dari eksekusi subroutine sehingga scanning dilanjutkan ke rung setelah rung yang memanggil subroutine ini.

Contoh :

Gambar 2.23 Simbol RET

2.2.3. RSLinx RSLinx merupakan software yang digunakan untuk setting komunikasi antara PLC dengan PC. Secara singkat setting komunikasinya adalah sebagai berikut:1. Menjalankan RSLinx kemudian klik menu communication, lalu

masuk ke menu RSWho seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Disitu akan ditemukan driver yang sudah aktif. Pada percobaan ini dipakai AB_DFI-1, DH-485.

19

Gambar 2.24 Menu Window RSWho

2. Bila AB_DFI-1, DH-485 tersebut belum ada maka untuk membuatnya dengan cara berikut (pada contoh ini menggunakan AB_DFI-2, DH-485). Pada menu communication, klik configure driver kemudian pilih driver RS-232 DFI Devices lalu klik Add New. Setelah di klik kemudian akan muncul menu Add New RSLinx Driver lalu ketik nama driver yang baru. Hasilnya seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.25 Window Pengisian New RSLinx Driver

3. Setelah itu akan muncul menu configure RS-232 DFI Device. Kemudian setting semua menu, atau untuk lebih mudah pilih Auto-configure setelah itu klik OK.

20

Gambar 2.26 Window Configure RS-232 DF1 Device

2.2.4. RSView32 RSView32 adalah salah satu software HMI yang memungkinkan monitoring data-data yang ada di lapangan, dalam hal ini data dari sensor dan tranducer yang ada di lapangan yang di kontrol oleh PLC. PLC dikomunikasikan dengan RSView32 dan RSView32 akan menampilkan data-data tersebut dalam tampilan yang memudahkan operator untuk mengamati jalannya proses yang ada di lapangan. Kelebihan lain dari penggunaan software ini adalah efektivitas dan keamanan dari proses kontrol dan monitoring. Berikut adalah setting supaya RSView bisa dihubungkan dengan PLC :1. Mengatur konfigurasi komunikasi antara PC (Personal

Computer) dengan PLC (Programmable Logic Controller) menggunakan software RSLinx.

2. Menjalankan software RSLogix lalu membuka ladder yang telah dibuat atau membuat ladder baru.

3. Men-download ladder yang aktif ke PLC. 4. Menjalankan software RSView lalu membuka project yang

telah dibuat atau membuat project baru. 5. Me-run project tersebut untuk monitoring data dari PLC.

Agar project yang dibuat dapat online dengan PLC, terlebih dahulu kita menentukan channel yang sedang aktif.

Gambar 2.27 Tampilan Window Dari Sub Sistem Channel

Setelah itu dibuat node untuk system yang telah dibuat :

21

Gambar 2.28 Tampilan Window Node

Maka project yang telah dibuat telah online dengan PLC, dengan mengisi tag database. Pada data source dipilih type device, pada node

name ketikkan node yang telah dibuat dan pada address ketikkan input atau output yang diperlukan atau yang telah digunakan dalam RSLogix. Untuk type tag-nya pilih digital. Pada object yang akan dimonitoring di animasi dengan tag yang telah dibuat.

Jadi dapat dikatakan, software RS Logix berfungsi sebagai pemrogram / pengendali PLC, sedangkan RS View berfungsi sebagai visualisasi / monitoring data-data dari plant (PLC).

PENGENDALIPengendali merupakan komponen system yang berfungsi mengolah informasi yang berasal dari sinyal state (state sistem, state input, state output) menjadi sinyal kontrol sedemikian rupa sehingga karakteristik dinamik sistem hasil desain memenuhi spesifikasi performansi tertentu.Dalam perencanaan sebuah sistem kendali, hal pertama yang harus dilakukan adalah mendefinisikan struktur sistem tersebut secara tepat. Perencanaan ini biasanya dilakukan agar memenuhi terhadap spesifikasi berikut:- ketelitian- kecepatan memberi jawaban- lonjakan yang diinginkan- settling time paling lama

22

- stabilitasJika sebuah sistem kendali stabil dan hanya memerlukan perbaikan respon (misalnya mengurangi atau menghilangkan error steady state atau memperbesar kecepatan respon) maka yang dilakukan adalah alat-alat kontrol jenis P (proportional), I (Integral), D (Differential). Sebaliknya jika pada perencanaan permulaan telah membuktikan ketidak stabilan atau mendekati tidak stabil sewaktu mencoba memperbaiki sistem respon tersebut, maka dalam sistem harus ditambahkan peralatan kompensasi. Peralatan ini berfungsi untuk mengubah penguatan atau sudut fasa agar dapat menghasilkan perbaikan terhadap gain margin dan phase margin. Dengan demikian perbaikan sistem kontrol dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan kontroler dan teknik kompensasi.Alat-alat kendaliAlat-alat kendali (controller) menghasilkan konfigurasi bertingkat (cascade) yakni dengan menyisipkannya pada loop yang sudah ada sehingga merupakan bagian dari penguatan dalam arah maju (forward gain) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4

Gambar 2.12 Kontroller Dalam Sistem Pengaturan

Alat kontrol ini terdiri dari kombinasi dua atau tiga dari jenis berikut:a. jenis kesebandingan (proportional control)b. jenis integral (integral control)c. jenis differential (differential control)

masukan ke alat kontrol ini adalah e(t). Dengan mengatur alat ke pengontrol, maka m(t) yang disebut sinyal penggerak dapat dimodifikasi sehingga menghasilkan respon sistem yang diinginkan.Spesifikasi pengendaliDalam setiap perancangan pengendali atau kontroller, diperlukan suatu spesifikasi kontrol yang akan digunakan sebagai acuan perancangan. Respon transient suatu sistem kontrol secara praktek selalu menunjukkan osilasi teredam sebelum mencapai keadaan steady state.

23

Parameter-parameter yang diperlukan untuk menganalisa karakteristik performance sistem kontrol adalah sebagai berikut:

1. Waktu tunda (delay time) td : Waktu yang diperlukan oleh respon untuk mencapai setengah nilai akhir untuk waktu yang pertama.

2. Waktu naik (rise time) tr : Waktu yang diperlukan oleh respon untuk naik dari 10% menjadi 90%, 5% menjadi 95%, atau 0% menjadi 100% dari nilai akhir yang biasa digunakan. Untuk sistem atas redaman waktu naik yang biasa digunakan 10% menjadi 90%.

3. Waktu puncak (peak time) tp : Waktu yang diperlukan oleh respon untuk mencapai puncak pertama lewatan (overshoot).

4. Lewatan maksimum (maksimum overshoot), Mp : nilai puncak kurva, respon ukur dari satuan. Besarnya persen lewatan maksimum menunjukkan kestabilan relatif dari sistem.

5. Waktu penetapan atau waktu turun (settling time) ts : Waktu yang diperlukan untuk merespon kurva agar dapat mencapai dan tetap berada dalam gugus nilai akhir ukuran yang disederhanakan dengan presentase mutlak harga akhirnya (biasanya 5% atau 2%).

6. Respon steady state diamati mulai saat respon masuk dalam keadaan steady state sampai waktu tak terbatas.

Spesifikasi daerah waktu yang menjadi penting karena kebanyakan system control merupakan system daerah waktu yaitu dapat menerima respon waktu. Ini berarti bahwa system control harus dimodifikasi sampai respon transient terpenuhi. Kurva respon transient secara virtual dapat diperoleh dengan menentukan harga-harga td, tp, ts dan Mp yang dapat dilihat pada gambarTuningTuning adalah suatu aktifitas yang dilakukan untuk mendapatkan parameter control PID yang optimal sesuai dengan kebutuhan proses. Proses tuning ada beberapa cara, dua diantaranya adalah sebagai berikut yang diperkenalkan oleh Ziegler dan Nichols dengan metode osilasi dan kurva reaksi.Metode osilasiTuning menggunakan metode osilasi dilakukan dengan hanya mengggunakan pengendali P, PB (proportional band) diubah-ubah samapai loop tepat berosilasi dengan amplitude tetap. Pada metode ini, gain pada saat itu disebut ultimate gain (Gcu), PB-nya disebut Ultimate

24

Proportional Band (PBu), dan periode osilasinya juga disebut Ultimate Periode (Pu).

Metode analisis matematisMetode analisis matematis digunakan apabila grafik yang dipakai tidak memiliki keakuratan grafik respon yang baik atau tidak sesuai atau menunjukkan orde satu. Dari hasil grafik output respon identifikasi yang dilakukan, misalnya grafik output respon untuk mencapai keadaan steady state dengan set point 25 membutuhkan waktu selama 52,5 secon.

Dari data grafik dimodelkan kedalam bentuk matematis dengan persamaan berikut,Dari model matematis, K merupakan konstanta yang didapat dari gambar grafik, jika berhimpit nilai K=1 jika di bawah maka seper penunjukan grafik output dari set point dan jika grafik output diatas set point, seper kali gambar grafik penunjukan terhadap set point.

2.3. KontrollerKarakteristik pada semua plant harus diterima sesuai dengan

yang telah dibuat sehingga komponen penyusun dari suatu sistem tdak dapat diubah. Perubahan perilaku sistem hanya bisa dilakukan dengan menambah suatu bab sistem yaitu kontroler. Oleh karena itu kontroler dalam sebuah sistem kontrol mempunyai pengaruh yang besar terhadap perilaku sistem.

25

Tujuan pembuatan sistem kontrol adalah untuk mendapatkan sinyal aktual sesuai dengan yang diinginkan sehingga sinyal tersebut sama dengan sinyal yang disetting. Pada sistem kontrol yang berumpan balik merupakan sistem kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkan dan menggunakan selisih sebagai alat pengontrolan. Kerja dari kontroler yang maksimum dan baik harus mampu mengamati perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran secara cepat agar segera dapat menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Apabila reaksi sistem semakin cepat mengikuti sinyal aktual dan semakin kecil kesalahan (error) yang terjadi, maka semakin baik kinerja dari sistem kontrol.

Dalam persyaratan umum sistem kontrol terdapat persyaratan utama yaitu setiap sistem kontrol harus stabil. Tetapi selain kestabilan mutlak, suatu sistem kontrol harus mempunyai kestabilan relatif yang kayak jadi kecepatan respon harus cukup cepat dan menunjukkan peredaman yang layak. Suatu sistem kontrol juga harus mampu memperkecil kesalahan sampai nol atau sampai pada suatu harga yang dapat ditoleransi. Setiap sistem kontrol yang berguna harus memenuhi persyaratan ini. Persyaratan kestabilan relatif yang layak dan ketelitian keadaan yang tunak (steady state) cenderung tidak dapat dipenuhi secara bersama-sama. Oleh karena itu dalam mendesain sistem kontrol perlu dilakukan kompromi yang efektif diantara dua persyaratan ini.

Dalam menganalisis dan mendesain sistem kontrol, kita harus mempunyai suatu dasar perbandingan performansi berbagai sistem kontrol. Dengan sinyal masukan uji dapat dilakukan analisis matematik dan eksperimental sistem kntrol secara mudah karena sinyal-sinyal ini merupakan fungsi waktu yang sederhana. Sinyal masukan uji yang biasa digunakan adalah fingsi tangga, fungsi ”ramp”, fungsi percepatan, fungsi sinusoidal,dsb. Salah satu eksperimen yang dilakukan yaitu jika masukan sistem kontrol merupakan fungsi waktu yang berangsur-angsur berubah maka fungsi waktu ”ramp” merupakan sinyal uji yang baik.

Respon waktu sistem kontrol terdiri dari dua bagian yaitu respon transien dan keadaan tunak (steady state). Yang dimaksud dengan respon transien adalah respon sistem yang berlangsung dari keadaan awal sampai keadaan akhir. Untuk respon keadaan tunak dimaksudkan sebagai perilaku keluaran sistem jika t mendekati tak terhingga. Sistem kontrol berada dalam kesetimbangan jika tidak

26

ada suatu gangguan atau masukan, keluaran berada dalam keadaan yang tetap. Sistem kontrol linier parameter konstan tidak stabil jika keluaran berosilasi terus-menerus atau keluaran membesar tanpa batas dari keadaan kesetimbangannya ketika dikenai suatu gangguan. Respon transien sistem kontrol praktis sering menunjukkan osilasi teredam sebelum mencapai keadaan tunak. Dalam menentukan karakteristik respon transien sistem kontrol terhadap masukan tangga satuan, secara umum dicari parameter berikut :7. Waktu tunda (delay time) td : Waktu yang diperlukan respon

untuk mencapai setengah harga akhir yang pertama kali.8. Waktu naik (rise time) tr : Waktu yang diperlukan respon untuk

naik dai 10-90% dari harga akhir.9. Waktu puncak (peak time) tp : Waktu yang diperlukan respon

untuk mencapai puncak lewatan yang pertama kali.10. Lewatan maksimum (maksimum overshoot) Mp : Harga

puncak maksimum dari kurva respon yang diukur dari satu.11. Waktu penetapan (settling time) ts : Waktu yang diperlukan

kurva respon untuk mencapai dan menetap dalam daerah sekitar harga akhir dengan ukuran ditentukan dari presentasi mutlak harga akhir (5% atau 2%).

2.3.1. Kontroller ProportionalKontroler proporsional memiliki keluaran yang

sebanding/proposional dengan besar dari sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktual). Secara lebih sederhana dapat dikatakan, bahwa keluaran kontroler proporsional merupakan perkalian antara konstanta proporsional dengan error. Perubahan pada sinyal masukan akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluaran sebesar konstanta pengali. Berikut ini merupakan ketentuan-ketentuan kontroler proporsional yang perlu diperhatikan saat diterapkan pada suatu sistem, antara lain:1. Jika nilai Kp kecil, kontroler proporsional hanya mampu

melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat.

2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon sistem menunjukkan semakin cepat mencapai keadaan mantap. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan

27

mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan berosilasi.

Pengendali Proporsional menghasilkan keluaran sebanding dengan masukan. Faktor penguatan proporsional (Kp) diuraikan sebagai hambatan Rf didalam rangkaian umpan balik dari terminal keluaran ke terminal masukan pada Op-Amp.

Rangkaian yang diperlihatkan pada Gambar (2.3) [4], menunjukkan penguat inverting yang merupakan bentuk dasar dari pengendali proporsional

Gambar 2.14 Pengendali Proporsional

Tegangan Ei melewati tahanan Ri masuk ke terminal masukan (-) Op-Amp, tahanan umpan balik Rf dihubungkan ke terminal masukan (-) Op-Amp. Tegangan antara dua terminal masukan terhadap ground dianggap Op-Amp ideal adalah volt arus yang melewati tahanan Rf dapat dihitung berdasarkan hukum Ohm :

.....(2.1)

Arus I akan melewati tahanan umpan balik Rf menuju terminal keluaran, dengan melewati tahanan Rf ini maka besar tegangan di tahanan Rf dapat diperoleh :

. ....(2.2)

Penguat inverting seperti nampak pada Gambar (2.1) menunjukkan bahwa ujung Rf dan Ri yang lain dihubungkan ke ground. Tegangan Vrf diperoleh dari tegangan positif ujung kiri ke

28

ujung kanan Rf menjadi negatif sedangkan tegangan V0 negatif dihasilkan dari masukan tegangan positif, sehingga tegangan V0

mempunyai polaritas tegangan terbalik terhadap Vrf bila diukur terhadap ground. Dengan besar tegangan, maka besar tegangan V0 :

....(2.3)

Dengan memasukkan definisi dari gain untaian tertutup (AcI) yaitu tegangan output (V0) dibagi dengan tegangan input (Ei) maka besar AcI

....(2.4)

Tanda minus (-) dari persamaan 2.3 menunjukkan bahwa polaritas tegangan keluaran (V0) berlawanan dengan polaritas tegangan masukan (Ei), maka rangkaian ini disebut sebagai penguat pembalik.

Kontroller proporsional (KP) mengurangi rise time, meningkatkan overshoot, dan mengurangi steady state error. Dimisalkan dalam sebuah system terdapat transfer function loop tertutup sebagai berikut [5] :

maka

Sistem diatas diimplementasikan dengan proporsional sebagai kontroler ke dalam simulasi dengan hasil yang terdapat dalam Gambar 2.4 [5]

29

Gambar 2.15. Simulasi Pengendali Proporsional

2.3.2. Kontroller IntegratorFungsi dari kontroler Integral yaitu untuk menghasilkan

respon sistem yang memiliki kesalahan dengan keadaan mantap nol. Untuk mendapatkan kerja kontroler yang maksimal maka dalam sebuah plant harus memiliki unsur integrator (I/s). Pemasangan kontroler integral dalam sebuah sistem dapat memperbaiki respon sistem yaitu mempunyai kesalahan (error) dengan keadaan stabil nol. Hal ini disebabkan terlalu cepat respon yang dihasilkan oleh pengendali proporsional sehingga sulit menekan agar sinyal error yang dihasilkan menjadi nol. Keluaran kontroler integral sangat dipengaruhi olch perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal kesalahan. Keluaran kontroler ini merupakan jumlahan yang terus menerus dari perubahan masukan. Kalau sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadi perubahan masukan. Beberapa karakteristik yang perlu diperhatikan saat menggunakan kontroler integral antara lain :1. Keluaran kontroler membutuhkan

selang waktu tertentu, sehingga kontroler integral cenderung memperlambat respon.

2. Ketika sinyal kesalahan berharga nol. keluaran kontroler akan bertahan pada nilai sebelum ada kesalahan.

3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besar dari sinyal kesalahan dan nilai Ki.

4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat penghilangan offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran kontroler

30

Aksi kendali ini menghasilkan keluaran yang sebanding dengan integrasi waktu dari masukan. Pengendali ini dapat dibentuk secara sederhana oleh Op-Amp dengan penambahan kmponen-komponen resistor dan kapasitor. Input masukan melalui R1 ke inverting dari rangkaian Op-Amp, komponen C1

dihubungkan antara output dan terminal inverting input dari Op-Amp. Pada terminal non inverting input digroundkan melalui R3. Besar arus input adalah Vi/R1. Pada gambar (2.5)[4] adalah rangkaian dasar dari integrator.

Gambar 2.16 Pengendali Integrator

Selama setengah gelombang positif dari gelombang input kotak arus Ii adalah konstan melalui R1. dengan Ii semakin besar daripada arus bias dari Op-Amp, maka Ii melewati R2 dan C1. Resistansi R2 sangat besar sehingga Ii akan melewati kapasitor dan melakukan pengisian. Tegangan dari kapasitor adalah tegangan output yang dihasilkan dari rangkaian tersebut. Bentuk gelombang output berupa gelombang segitiga yang menuju ke negatif. Ketika gelombang input pada tegangan 0 Volt, kapasitor akan mengosongkan muatan. Selama setengah gelombang negatif dari input gelombang kotak, arah arus Ii dibalik seperti ditunjukkan pada gambar, maka tegangan output adalah gelombang segitiga menuju ke positif. Rangkaian integrator secara terus menerus menjumlahkan kualitas yang akan diukur selama selang waktu yang diberikan. Bentuk gelombang output sebanding dengan lama waktu sinyal waktu. Dengan penjabaran rumus,maka dapat dicari tegangan keluaran.

Diketahui: Ii = Ib + Ic .....(2.5) Ib = 0 (arus sangat kecil)

31

Sehingga : Ii = Ic

Ii = ......(2.6)

......(2.7)

Karena untuk Op-Amp yang ideal tegangan differesial (Ed=0), maka Vf=0Sehingga :

.....(2.8)

Maka tegangan keluaran yang dihasilkan :

.....(2.9)

2.3.3. Kontroller DiferentialKeluaran kontroler diferensial memiliki sifat sama seperti

suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan kontroler akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat.

Karakteristik kontroler diferensial adalah sebagai berikut :1. Kontroler ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak

ada perubahan pada masukan (berupa sinyal kesalahan).2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka

keluaran yang dihasilkan kontroler tergantung pada nilai Td

dan laju perubahan sinyal kesalahan.3. Kontroler diferensial mempunyai suatu karakter untuk

mendahului, sehingga kontroler ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjasi sangat besar.Jadi kontroler diferensial dapat mengantisipasi pembangkit

kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem

Berdasarkan karakteristik kontroler tersebut, kontroler diferensial secara umum dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan mantap. Kerja kontroler diferensial hanya efektif pada lingkup

32

yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu kontroler diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lain sebuah sistem.

Pengendali ini dapat dibentuksecara sederhana menggunakan Op-Amp ditambah dengan komponen-komponen lain yaitu resistor dan kapasitor. Rangkaian ini berfungsi untuk mendeferensialkan sinyal input sehingga tegangan output adalah hasil diferensial dari sinyal input selama delay waktu (t). Untuk kass khusus tegangan masukan persegi, tegangan keluaran sebanding dengan arus pemuatan kapasitor sebagai tanggapan terhadap tegangan masukan anak tangga. Dalam hal ini rangkaian linier mengubah gelombang persegi menjadi sederetan pulsa singkat jika tetapan waktu RC kecil dibanding periode gelombang masukan. Dibawah ini merupakan Gambar 2.6 [4] yaitu rangkaian diferensiator

Gambar 2.17 Pengendali Diferensial

Untuk menghitung V0 maka menggunakan jumlahan arus pada terminal inverting.Diketahui :

Ii + If = 0 ....(2.10)Sehingga :

.....(2.11)

Maka tegangan keluaran yang dihasilkan:

33

......(2.12)

V0 adalah hasil differensial input

2.3.4. Kontroller PIDSetiap kekurangan dan kelebihan dari masing – masing

kontroler P, I, D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi kontroler proporsional plus integral plus differensial ( kontroller PID ). Elemen – elemen kontroller P,I, dan D masing – masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar [3]. Keluaran kontroller PID merupakan jumlahan dari keluaran kontroller proporsional, integral dan differensial. 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 yang akan memberi konstribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan.

Kontroller PID memproduksi keluaran yang tergantung pada magnitud ( besaran ), waktu, dan perubahan rata – rata dari sinyal error sistem. PID bisa lebih cepat mengurangi error sistem hingga nol daripada kontroller – kontroller yang lain. Bagaimanapun kontroller ini harus selalu dituning untuk setiap proses yang dikontrolagar bisa menghadapi perubahan – perubahan proses dari waktu ke waktu. Tuning pada kontroller PID terdiri dari penentuan – penentuan nilai yang sesuai untuk penguatan ( proportional ) dan waktu ( integral dan differensial ). Parameter tuning saling berhubungan untuk mengubah keluaran kontroller dan memproduksi perubahan – perubahan nilai dari proses variabel.

Pembuatan kontroller PID ini hanya digunakan untuk proses – proses yang membutuhkan energi besar seperti proses panas, proses pengaturan pada posisi valve sedangkan untuk mengontrol kecepatan motor kita cukup menggunakan kontrol PI saja agar efisien dalam proses kontrol dan juga hemat dalam biaya.

34

2.4. MotorPrinsip kerja sebuah motor dapat dijelaskan sebagai

berikut: bila ada penghantar yang dialiri arus listrik, yang ditempatkan di suatu medan magnet, maka penghantar tersebut akan mengalami gaya dan gaya itu akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar.

Gambar 2.18 Prinsip Kerja Motor

Proses perubahan energi pada motor DC arus searah dapat digambarkan pada gambar 2.8 berikut ini:

Gambar 2.19 Proses Perubahan Energi Pada Motor DC

Mengingat hukum kekekalan energi, proses perubahan energi listrik menjadi energi mekanik dapat dinyatakan sebagai berikut:

Energi listrik sebagai masukan = Energi mekanik sebagai keluaran + energi yang diubah menjadi panas + energi yang tersimpan dalam medan magnet.

Besarnya gaya yang ditimbulkan oleh penghantar yang dialiri arus, tergantung pada:1. Kuatnya medan magnet (Besarnya induksi magnet)2. Besarnya arus yang mengalir pada penghantar3. Panjang kawat penghantar

35

Energi Listrik

Medan Magnet

Energi Mekanik

Berdasarkan point-point diatas, maka akan didapatkan rumusan untuk gaya tersebut yaitu:

.....(2.13)

2.5. Tranduser Dan Sensor Tranduser adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain atau alat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi sinyal listrik. Tranduser dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu:

1)Tranduser aktif yaitu tidak memerlukan daya dari luar dan menghasilkan arus / tegangan analog apabila dirangsang dengan bentuk fisis energi

2)Tranduser pasif yaitu memerlukan daya dari luar Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

2.5.2. Thermistor Thermistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif. Karena suhu meningkat, tahanan menurun dan sebaliknya. Thermistor sangat peka (perubahan tahanan sebesar 5% per 0C), oleh karena itu mampu mendeteksi perubahan kecil didalam suhu.Ada 3 tipe thermistor antara lain :1. NTC (Negative Temperature Coefficient Thermistor)

Pada saat suhu di sekitarnya naik maka nilai hambatannya menurun.

2. PTC (Positive Temperature Coefficient Thermistor) Ini merupakan kebalikan dari NTC yaitu Pada saat suhu di sekitarnya naik maka nilai hambatannya naik.

3. CTR (Critical Temperature Resistor)Nilai hambatannya akan menurun dengan cepat ketika suhu disekitarnya naik diatas suhu yang specific point.

Hubungan temperatur dan tahanan

36

....(2.14)

Keterangan :RT = Tahanan pada suhu absolut TR0 = Tahanan pada suhu acuan T0

ß = Konstanta ciri bahan, 0 K ~ 4000 0 Ke = Basis log. NaturalT = Temperatur absolute, 0KT0 = Temperatur acuan, 0K

37