Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID

Makalah Seminar Tugas Akhir
Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID
Berbasis Mikrokontroler AT90S8515
Agung S. Majid (L2F098579)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Email : [email protected]
Abstrak
Budidaya ikan Kerapu banyak dilakukan pada karamba jaring apung (kajapung) yang berada di perairan di lepas
pantai. Namun demikian, banyak kendala yang dihadapi para peternak ikan Kerapu.
Penelitian ini bertujuan memberikan sebuah alternatif pembudidayaan ikan Kerapu di darat, dengan cara membuat
habitat air laut tiruan pada sebuah akuarium dengan parameter – parameter (suhu, kadar garam, kadar oksigen, pH dan
kecepatan arus air) yang dikontrol sesuai dengan karakteristik habitat aslinya.
Pada tugas akhir ini dilakukan perancangan dan pembuatan pengontrol suhu berbasis mikrokontroler AVR
AT90S8515. Secara umum proses yang terjadi adalah proses pengambilan data setpoint, proses pendefinisian variabel-variabel
kontrol yang penting, proses perhitungan aksi kontrol dan algoritma kontrol, dan proses penyimpanan data yang diperlukan.
Untuk mengetahui kemampuan dan unjuk kerja dari alat/sistem yang dirancang, maka sistem diaplikasikan untuk melakukan
pengaturan temperatur air akuarium.
I. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Wilayah perairan Indonesia yang memiliki luas
hampir 2/3 dari luas daratan, memiliki potensi
pengembangan dan budidaya perikanan yang besar. Terdapat
banyak sumber daya perikanan yang dapat dijadikan
komoditas ekspor andalan sebagai sumber penghasil devisa
negara. Salah satu ikan laut komersil yang sekarang banyak
dibudidayakan dan merupakan komoditas ekspor yaitu ikan
Kerapu.
Tugas
Akhir ini merancang alat/sistem untuk
melakukan pengaturan daya pemanas secara kontrol fasa
pada sistem pengaturan temperatur dengan menggunakan
algoritma kontrol PID yang akan diterapkan pada akuarium.
1.2
Tujuan Tugas Akhir
Membuat sebuah aplikasi sistem kontrol PID pada
pengontrolan temperatur yang meliputi pembuatan perangkat
lunak dan perangkat keras berbasis mikrokontroler
AT90S8515.
1.3 Batasan Masalah
Pembahasan dalam tugas akhir ini dibatasi oleh :
1. Obyek pengaturan adalah temperatur akuarium dengan
kisaran ukur antara 27 oC hingga 32 oC.
2. Aplikasi alat yang dibuat hanya untuk proses
pemanasan.
3. Metode pengaturan yang digunakan adalah PID
(Proporsional
Integral
Derivatif)
yang
diimplementasikan secara digital.
4. Metode penalaan kontrol PID yang digunakan adalah
metode manual (trial and error).
5. Instrumen pengatur berupa sistem minimum berbasis
AT90S8515.
6. Tidak dilakukan pemodelan sistem sehingga persamaan
matematis sistem tidak diketahui.
7. Pengujian instrumen hanya dilakukan pada plant
akuarium.
8. Tidak memperhitungkan efek perpindahan panas yang
terjadi dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya.
9. Pengontrol tegangan AC yang digunakan adalah
pengontrolan sudut fase, dan digunakan triac sebagai
komponen pengatur tegangan. Pengamatan hanya
dilakukan pada bentuk sinyal pemicu dan gelombang
keluaran.
10. Tidak memperhitungkan perubahan volume dalam
jumlah besar.
II. DASAR TEORI
2.1 Sistem Pengaturan Temperatur [6], [10], [20]
Suatu sistem termal ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Cairan dengan temperatur T (C) mengalir keluar dari tangki
dengan laju tertentu dan cairan ini digantikan dengan cairan
yang masuk ke tangki dengan temperatur Ti (C), dimana Ti
< T. Cairan yang berada di dalam tangki dipanaskan
menggunakan sebuah pemanas (heater) listrik. Cairan diaduk
sedemikian rupa sehingga seluruh cairan yang berada dalam
tangki dapat dianggap memiliki temperatur yang sama.
Gambar 2.1 Sistem termal
Dalam kasus sistem kontrol, temperatur T adalah
variabel yang akan dikontrol, dan nilai T inilah yang
diinginkan sebagai output. Kemudian input kontrol adalah
output dari pemanas listrik (electric heater) qe. Sedangkan Ti
dan Ta disebut input-input gangguan, atau dikenal sebagai
gangguan dimana input berupa gangguan ini tidak dikontrol.
Besarnya kalor sebagai input kontrol selalu diatur dengan
mengatur tegangan yang diberikan ke pemanas. Jika
pemanas dimodelkan sebagai suatu beban resistif, maka
besarnya kalor per unit waktu adalah:
P
V h2
(2-1)
Rh
Makalah Seminar Kerja Praktek
2
Dengan P adalah daya pemanas (watt), Vh adalah
tegangan efektif (volt) yang diberikan ke pemanas, dan Rh
adalah resistansi pemanas (ohm). Ini menunjukkan bahwa
energi listrik yang dikonversi ke pemanas merupakan sebuah
fungsi nonlinier terhadap tegangan yang diberikan ke
pemanas, dan tidak dapat diperoleh transfer function yang
menunjukkan hubungan antara temperatur T dengan tegangan
input Vh. Namun telah ditunjukkan bahwa besarnya
temperatur dapat diatur dengan mengatur besarnya tegangan
yang diberikan ke pemanas.
[5], [15], [17]
2.2 Pengontrol Tegangan AC
Untuk transfer energi, dua jenis pengontrol yang biasa
digunakan yaitu: Kontrol on-off dan Kontrol sudut fasa. Pada
kontrol on-off, saklar thyristor menghubungkan beban
dengan sumber ac selama beberapa putaran tegangan
masukan dan diputus selama beberapa putaran yang lain.
Pada kontrol sudut fasa, saklar thyristor menghubungkan
beban dengan sumber ac untuk setiap bagian dari putaran
tegangan masukan. Sehingga bila dibandingkan dengan
kontrol on-off, kontrol sudut fasa dapat memberikan range
pengaturan tegangan secara penuh.
2.2.1 Prinsip Kontrol Sudut Fasa
Prinsip dari kontrol sudut fasa untuk gelombang penuh
satu fasa dapat dijelaskan berdasarkan rangkaian pada
Gambar 2.2. Energi mengalir ke beban dikontrol dengan
menunda sudut pemicuan (firing angle) thyristor T1 dan sudut
pemicuan thyristor T2
T2
+
T1
Is
+
vs
Vo
_
_
2.4
ADC 0804
IC ADC 0804 adalah pengubah analog ke digital
CMOS 8 bit. Beberapa karakteristik penting dari ADC 0804
adalah:
 Mempunyai dua masukan analog yaitu : Vin(+) dan Vin(-)
 Mengkonversikan masukan tegangan analog menjadi
keluaran digital 8 bit dengan range 0 sampai 5 V.
 Mempunyai rangkaian clock internal, yang dapat
menghasilkan frekuensi clock sebesar f = 1/(1.1RC).
 Dengan frekuensi clock 640 KHz waktu konversinya
adalah sekitar 100 S.
 ADC 0804 didesain untuk mudah dihubungkan dengan
bus data suatu sistem mikroprosesor.
Aksi Kontrol Proporsional plus Integral (PI) [8],[9]
Aksi kontrol dari kontroler proporsional plus integral
plus differensial didefinisikan dengan persamaan 2-2.
2.5
t

1
de 

u  Kp  e   e * d  Td
T
dt 
i
0

Io
R
Gambar 2.2 Rangkaian pengontrol gelombang penuh satu
fasa
2.2.2 Triac
Triac dapat bersifat konduktif dalam dua arah. Dalam
hal ini dapat dianggap sebagai dua buah thyristor tersambung
secara antiparalel. Karena triac merupakan komponen
bidirectional, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai
anode/katode. Koneksi-koneksinya diberi nama main
terminal 1 (MT1), main terminal 2 (MT2) dan gate atau
gerbang (G).
2.3
(Mega Instructions per Second) pada 8 MHZ, 8 Kbytes InSystem Programmable Flash (1000 siklus hapus/tulis), 512
bytes SRAM, 512 bytes In-System Programmable EEPROM
(100.000 siklus hapus/tulis), pemrograman terkunci untuk
program Flash dan keamanan data pada EEPROM, satu 8 bit
timer/counter dengan Prescaler terpisah, satu 16 bit
timer/counter dengan Prescaler terpisah yang dapat
digunakan untuk mode Compare, Mode Capture dan dual
8,9,atau 10 bit PWM, Analog comparator dalam chip,
pewaktu Watchdog terprogram dengan Osilator dalam chip,
UART serial terprogram,antarmuka serial SPI master/slave,
mode power down dan catu rendah senggang, sumber
interupsi internal dan eksternal, dan 32 jalur I/O terprogram.
Mikrokontroler AT90S8515
Untuk mengimplementasikan sistem pengendali
berbasis algoritma sistem kontrol PID digital digunakan
mikrokontroler AT90S8515 produksi Atmel. Mikrokontroler
ini memiliki fitur yang hampir sama dengan mikrokontroler
buatan Atmel sebelumnya yaitu AT89C5x sehingga bagi para
praktisi yang sudah terbiasa menggunakan At89C5x tersebut
akan lebih mudah untuk memahami bagaimana
menggunakan AT90S8515.
Mikrokontroler AT90S8515 memiliki beberapa
keistimewaan antara lain: arsitektur RISC (Reduced
Instruction Set Computer), 118 instruksi sebagian besar satu
siklus instruksi, 32x8 register kerja serbaguna, 8 MIPS
( 2-2 )
dengan u adalah sinyal kontrol, e adalah kesalahan (error),
de/dt adalah perubahan kesalahan dan Kp, Ti dan Td berturutturut adalah penguatan proporsional, konstanta waktu
integral dan derivatif.
Dalam bentuk diskrit dengan menggunakan
aproksimasi numerik integral error, e(k) = (e(k-1)+2e(k1)+e(k-2))T, persamaan (2-16) dapat ditulis menjadi
n
u(k )  K P e(k )  K I Ts (i)  K D e(k )
(2-3)
i 1
u(k )  K P e(k )  K I T
e(k )  2e(k 1)  e(k  2)
 K D e(k )  e(k  1)
T
Dalam bentuk fungsi alih


1
Gc (s)  Kp1 
 Td s 
T
s
i


(2-4)
dengan Kp adalah penguat proporsional, Ti = Kp/Ki adalah
konstanta waktu integral, dengan Td=Kp/Kd adalah konstanta
waktu derivatif.
2.6
Ikan Kerapu
Ikan Kerapu menyenangi air laut berkadar garam 33 –
35 ppt (part per thousand ). Suhu perairan di Indonesia tidak
menjadi masalah karena perubahan suhu, baik harian maupun
tahunan sangat kecil ( 27 – 32 derajat C). Kadar oksigen dari
habitat ikan Kerapu sendiri adalah sebesar ± 4 ppm. Untuk
kadar keasaman (pH) air laut yang menjadi habitat ikan
Kerapu adalah 7,6 – 7,8. Sedangkan besarnya kecepatan arus
air yang ideal adalah sekitar 20 sampai 40 cm/detik[20],[21].
Dengan adanya arus air yang mengalir akan sangat
berguna untuk membantu pertukaran air, membersihkan
Makalah Seminar Kerja Praktek
timbunan sisa-sisa metabolisme ikan, dan membawa oksigen
terlarut yang sangat dibutuhkan ikan. Namun arus yang
berlebihan dapat menyebabkan ikan menjadi stress, energi
banyak terbuang dan selera makan berkurang[20].
III. PERANCANGAN ALAT
3.1
Perancangan Perangkat Keras
Blok diagram dari sistem yang dibuat pada
perancangan Tugas Akhir ini secara keseluruhan dapat dilihat
pada Gambar 3.1.
3
3.1.3 Pengontrol Tegangan AC
Gambar 3.4 merupakan rancangan rangkaian untuk
pengontrol tegangan AC gelombang penuh satu fasa. Sebagai
komponen pengontrol tegangan digunakan triac BT 138.
Agar tidak membahayakan bagian yang mempunyai level
tegangan rendah (bagian pengontrol), maka digunakan IC
MOC 3021 untuk mengkopel triac dengan bagian
pengontrolnya. Sinyal pemicuan dihasilkan dari sistem
mikrokontroler
Gambar 3.3 Rangkaian pengontrol tegangan AC
3.1.4 Zero Crossing Detector
Zero crossing detector adalah rangkaian yang
digunakan untuk mendeteksi gelombang sinus AC 220 volt
saat melewati titik tegangan nol. Seberangan titik nol yang
dideteksi adalah peralihan dari positif menuju negatif dan
peralihan dari negatif menuju positif. Seberangan-seberangan
titik nol ini merupakan acuan yang digunakan sebagai awal
pemberian nilai waktu tunda untuk pemicuan triac.
Gambar 3.1 Diagram blok perancangan perangkat keras
3.1.2 Sistem Minimum Mikrokontroler AT90S8515
Mikrokontroler AT90S8515 berfungsi sebagai
penerima data masukan, melakukan pengontrolan dengan
menggunakan algoritma kontrol PID, dan menghasilkan
keluaran yang digunakan oleh aktuator untuk melakukan aksi
kontrol secara fisik terhadap obyek pengaturan. Port A
digunakan sebagai pengemudi tampilan LCD. Port B
digunakan sebagai penerima masukan data dari ADC. Port C
berfungsi sebagai penerima masukan keypad. Port D
sebagian difungsikan sebagai masukan dan sebagian sebagai
keluaran, yaitu pin 0 dan 1 untuk komunikasi serial dengan
PC, pin 2 dan 3 untuk interupsi eksternal, pin 4 untuk
pemberian sinyal picu triac yang akan digunakan untuk
mengatur pemberian tegangan ke pemanas, pin 5 untuk
penyalaan LED indikator, dan pin 6 dan 7 untuk pemberian
sinyal RD dan WR pada ADC 0804.
Gambar 3.2 Alokasi port pada sistem minimum
mikrokontroler AT90S8515
3.1.5 Sensor Temperatur dan Penguat Operasional
Sebagai sensor temperatur digunakan IC LM 35DZ
yang telah dikalibrasi langsung dalam C. Tegangan
keluarannya (VOUT) akan mengalami perubahan 10 mV untuk
setiap perubahan temperatur 1 C atau memenuhi persamaan
persamaan 3.1.
VOUT  10mV  T
(3-1)
Dengan T adalah temperatur yang dideteksi dalam derajat
cecius. Sebelum dikonversikan oleh ADC, keluaran dari LM
35DZ ini dikuatkan telebih dahulu menggunakan IC penguat
operasional yang dioperasikan sebagai penguat operasional
tak membalik (non inverting amplifier).
3.1.6 Rangkaian ADC
Keluaran dari sensor temperatur masih merupakan
sinyal analog. Sehinggga harus diubah terlebih dahulu ke
dalam bentuk digital agar dapat diproses oleh mikrokontroler
AT90S8515. Untuk keperluan tersebut, maka digunakan IC
ADC 0804 sebagai pengubah sinyal analog ke digital.
ADC 0804 merupakan IC yang siap dihubungkan
ke bus data sistem mikroprosesor, maka pin-pin data
keluaran digital ADC langsung dihubungkan ke Port B
mikrokontroler AT90S8515. Mode operasi yang akan
digunakan dalam Tugas Akhir ini mode free-running. Untuk
dapat beroperasi dalam mode ini pin RD dan CS ditanahkan.
Sedangkan pin WR dihubungkan dengan pin INTR sehingga
ADC akan beroperasi secara terus menerus karena sinyal
Write langsung diperoleh dari sinyal interupsi. Untuk
menjamin kelangsungan operasi konversi pada ADC perlu
diberikan logika rendah sesaat pada pin INTR dengan
menggunakan sebuah saklar atau pemberian sinyal berlogika
rendah oleh mikrokontroler. Gambar 3.8 menunjukkan
rangkaian penggunaan ADC 0804.
Makalah Seminar Kerja Praktek
3.1.7 Rangkaian Display
Untuk menampilkan beberapa parameter serta
hasil pengaturan yang dilakukan, dipakai sebuah Liquid
Crystal Display (LCD) 2x16 karakter yang kompatibel
dengan LCD standar industri HD44780 dengan mode
transfer data 4 bit.
3.1.8 Perancangan Unit Masukan
Unit masukan berfungsi untuk memberikan nilai bagi
parameter-parameter pengontrolan yang digunakan seperti
setpoint, penguatan, serta mode operasi. Sebagai unit
masukan digunakan sebuah keypad matriks 4x4 dengan
konfigurasi yang dapat dilihat pada Gambar 3.4.
4
memasukkan nilai-nilai penguatan yang diperlukan seperti
Kp, Ki, dan Kd serta nilai setpoint.
Setelah
semua
nilai
dimasukkan,
proses
pengontrolan temperatur dengan menggunakan aksi kontrol
PID dilakukan dengan menekan tombol menu 2 dan
menampilkan hasilnya pada LCD berupa tampilan setpoint
dan suhu aktual, serta menampilkan hasil sampling suhu
setiap 0,5 detik ke komputer melalui komunikasi serial RS
232 yang akan digunakan untuk pembuatan grafik analisa
respon suhu hasil pengaturan.
Gambar 3.4 Konfigurasi keypad
3.1.9 Catu Daya DC
Catu daya dc digunakan untuk mencatu rangkaianrangkaian yang membentuk perangkat keras. Catu daya yang
digunakan adalah catu daya dc +5 volt, yaitu untuk semua
blok rangkaian perangkat keras. Namun khusus untuk IC
LM 741 digunakan catu daya simetris +12 volt dan –12 volt.
Catu daya dc +12 volt juga digunakan untuk IC sensor
temperatur LM 35. Untuk menghasilkan tegangan konstan +5
volt digunakan IC regulator 7805, karena keluarannya yaitu
+5 volt banyak digunakan untuk mensuplay rangkaian pada
perangkat keras, maka arus keluarannya dinaikkan dengan
bantuan trasistor daya yaitu 2N3055. Sedangkan untuk
menghasilkan tegangan konstan +12 volt digunakan IC
regulator 7812 dan untuk tegangan konstan –12 volt
digunakan IC regulator 7912.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
3.2.1 Perancangan Program Utama
Perancangan perangkat lunak ini secara garis besar
bertujuan untuk mengatur kerja sistem seperti pembacaan
hasil sensor, proses pengaturan temperatur sistem dengan
menggunakan algoritma kontrol PID digital, serta
menghasilkan sinyal pemicuan triac yang akan
menggerakkan aktuator. Dengan demikian perancangan
perangkat lunak ini meliputi program utama serta beberapa
fungsi-fungsi pendukung. Program utama berperan sebagai
jantung perangkat lunak yang akan mengatur keseluruhan
operasi yang melibatkan fungsi-fungsi pendukung.
Sedangkan fungsi-fungsi pendukung akan melakukan kerja
khusus sesuai kebutuhan dari program utama.
Dari diagram alir program utama pada Gambar 3.5
dapat terlihat bahwa program dimulai dengan melakukan
inisialisasi semua variabel-variabel utama dari proses
pengontrolan dan mikrokontroler.
Terlihat pula program terbagi dalam beberapa 4
menu termasuk menu utama yang memiliki fungsi yang
berbeda. Menu utama sebagai default berfungsi untuk
Gambar 3.5 Diagram alir program utama
3.2.2
Kontrol PID
Proses
pengontrolan
dengan
menggunakan
algoritma kontrol PID digital diimplementasikan dalam
program sebagai berikut:
void kontrol(void)
{
int integral;
int deriv;
integral=0;
error = SP-suhu;
deriv = error - error_akhir;
integral += error;
output = (int)(Kprop*error + Kint*integral +
Kderiv*deriv);
if (output>Maxoutput) output=Maxoutput;
if (output<Minoutput) output=Minoutput;
tunda=40000-output*160;
OCR1A=tunda;
error_akhir=error;
}
3.2.3 Interupsi
3.2.3.1 Interupsi Eksternal INT0
Sumber interupsi ini adalah pemicuan sisi turun dari
sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian zero cross detector.
Setiap terjadi interupsi, maka Timer A akan diaktifkan
dengan memberikan nilai 0x09 pada register TCCR1B.
Makalah Seminar Kerja Praktek
5
3.2.3.2 Interupsi Timer 0
Interupsi ini bersumber pada limpahan pencacah 8
bit yang digunakan untuk menentukan pewaktuan jam digital
serta proses sampling suhu yang terdeteksi oleh sensor suhu.
3.2.3.3 Interupsi Compare Match A
Interupsi ini akan terjadi bila nilai pencacah sama
dengan nilai tundaan hasil perhitungan kontrol PID yang
diberikan pada register pembanding keluaran timer A
(OCR1A) yang diperoleh dari persamaan
OCR1A = 40000- (output *160)
(3-2)
Setiap kali terjadi interupsi akan dihasilkan cuplikan
sinyal pemicuan komponen IC MOC3021 selama 4
mikrodetik yang kemudian mengaktifkan komponen triac
dan mengalirkan daya ke pemanas.
IV.
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1
Pengujian Perangkat Keras
Pengujian perangkat keras dilakukan untuk
mengetahui apakah perangkat keras yang telah dirancang
dapat bekerja atau berfungsi dengan baik sebagaimana yang
diinginkan. Pengujian yang dilakukan terhadap perangkat
keras meliputi beberapa blok rangkaian perangkat keras yang
telah dirancang dan juga pengujian terhadap gabungan dari
beberapa blok rangkaian.
4.1.1 Pengujian Linieritas Sensor Temperatur
Pengujian linieritas sensor temperatur digunakan
sebuah termometer analog untuk cairan dan voltmeter digital.
Sensor temperatur LM 35DZ diberikan tegangan +12 Volt,
dan bagian keluarannya dihubungkan dengan voltmeter
digital. Grafik hubungan antara temperatur (hasil pengukuran
termometer) dengan tegangan keluaran sensor temperatur
LM 35DZ ditunjukkan pada Gambar 4.1
Tegangan keluaran LM35(mV)
600
untuk pengujian ADC ditunjukkan pada Gambar 4.2. Hasil
pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Gambar 4.2 Blok diagram rangkaian pengujian ADC
Tabel 4.1 Hasil pengujian rangkaian ADC
Masukan
Nilai Digital Hasil
Analog
Konversi
VIN (+)
Biner
Heksadesimal
2,004 V
00000000
00
2,161 V
00010000
10
2,315 V
00100000
20
2,482 V
00110000
30
2,645 V
01000000
40
2,811 V
01010000
50
2,962 V
01100000
60
3,121 V
01110000
70
3,285 V
10000000
80
3,441 V
10010000
90
3,614 V
10100000
A0
3,765 V
10110000
B0
3,922 V
11000000
C0
4,087 V
11010000
D0
4,244 V
11100000
E0
4,410 V
11110000
F0
4,559 V
11111111
FF
500
400
300
200
100
0
21
23
25
27
29
31
34
36
38
40
42
44
46
4.1.3 Pengujian Rangkaian Zero Crossing Detector
Pengujian rangkaian zero crossing detector dilakukan
dengan cara memberikan masukan berupa tegangan AC 220
volt ke rangkaian zero crossing detector. Kemudian
dilakukan pengukuran pada bagian masukan dan keluaran
dari rangkaian zero crossing detector menggunakan
osiloskop. Melalui tampilan pada osiloskop diperoleh bentuk
gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Temperatur(Celcius)
Gambar 4.1 Grafik linieritas sensor temperatur LM 35DZ
Dari grafik pada Gambar 4.1 terlihat bahwa
hubungan antara temperatur terdeteksi dengan tegangan
keluran sensor temperatur adalah linier. Hal ini sesuai dengan
data sheet LM 35DZ bahwa tegangan keluran sensor
bertambah sebesar 10 mV untuk setiap kenaikan temperatur 1
C.
4.1.2 Pengujian Rangkaian ADC
Sesuai dengan rancangan pada rangkaian ADC
Gambar 3.8, dilakukan pemberian tegangan referensi untuk
ADC (VRef/2) sebesar 1,28 volt dan untuk tegangan masukan
VIN(-) diberikan sebesar 2 volt. Blok diagram rangkaian
Gambar 4.2 Bentuk gelombang masukan dan keluaran zero crossing
detector
4.1.4 Pengujian Rangkaian Pengontrol Tegangan AC
Untuk melakukan pengujian pengontrol tegangan AC,
digunakan bantuan rangkaian zero crossing detector dan
sistem mikrokontroler AT90S8515. Karena sistem minimum
menggunakan kristal osilator dengan frekuensi 4 MHz maka
1 siklus operasi membutuhkan waktu 0,25 µs. Pengujian
Makalah Seminar Kerja Praktek
dilakukan dengan memberikan nilai antara 0 – 40000 secaara
langsung pada register OCR1A yang akan memberikan
tundaan maksimum 10000 µs.
Hasil pengujian untuk lima nilai waktu tundaan
pemicuan triac ditunjukkan pada Gambar 4.3 sampai Gambar
4.5.
Gambar 4.3 Sinyal picu dan tegangan beban untuk waktu
tunda pemicuan 3000 S
6
Pemberian nilai parameter Kp, Ki, dan Kd untuk
memperoleh respon sistem yang optimal dilakukan dengan
menggunakan metode manual (hand tuning / trial and error).
Langkah-langkah penalaan yang dilakukan dapat
diuraikan sebagai berikut :
1. Temperatur air akuarium dinaikkan hingga mencapai
suhu 30 oC.
2. Memberikan nilai Kp hingga kontroler masih
menghasilkan keluaran dan osilasi, dengan mengamati
keluaran kontroler pada osiloskop.
3. Mengatur nilai Kd dan Ki untuk mengurangi osilasi
keadaan tunak.
Berdasarkan hasil penalaan untuk setpoint 30 oC,
diperoleh harga yang baik untuk Kp adalah 10 dan Kd = 0.3.
Pemberian Kp dibawah 10 akan mengakibatkan waktu naik
respon transien dari sistem menjadi lebih lama dan suhu
sistem akan mengalami offset sehingga suhu akuarium tidak
akan dapat mencapai suhu setpoint. Untuk nilai Kd = 0,3
suhu system akan berosilasi antara 0,2 di bawah setpoint dan
0,4 di atas setpoint, sedangkan untuk nilai Kd kurang atau
lebih dari 0,3 akan menyebabkan kisaran osilasi suhu lebih
besar. Pemberian nilai Ki tidak menyebabkan perubahan
yang signifikan pada keluaran kontroler sehingga dapat
diabaikan.
Hasil pengujiannya dalam bentuk grafik respon
sistem ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Gambar 4.4 Sinyal picu dan tegangan beban untuk waktu
tunda pemicuan 5000 S
50
Temperatur(Celcius)
45
40
35
30
25
20
Kp = 10
Kd=0,3
15
10
5
Suhu
Setpoint
0
0
50
100
150
200
250
Waktu(menit)
Gambar 4.6 Grafik respon sistem untuk nilai acuan = 30 C
Gambar 4.5 Sinyal picu dan tegangan beban untuk waktu
tunda pemicuan 9500 S
Dari Gambar 4.3 sampai 4.5 dapat dilihat bahwa
semakin besar waktu tunda untuk pemicuan triac, maka
tegangan pada beban untuk setiap fasenya (fase positif dan
fase negatif) akan semakin kecil yang berarti juga bahwa
daya listrik yang diberikan ke beban akan semakin kecil.
50
45
4.2
4.3
Pengujian dan Analisa Respon Sistem
Pengujian ini dilakukan pada suhu awal 25.5 dengan
memberikan nilai acuan 30 oC, berdasarkan pada habitat
hidup ikan Kerapu yaitu antara 27 – 32 oC.
Temperatur(Celcius)
Pengujian Perangkat Lunak
Pengujian perangkat lunak dilakukan untuk
beberapa sub rutin program, sehingga tiap sub rutin program
dapat dipastikan telah berjalan sesuai dengan kondisi yang
diinginkan. Untuk sub rutin yang tidak menerima masukan
dari perangkat keras, seperti sub rutin untuk algoritma
control PID dan sub rutin untuk operasi aritmatik, maka
pengujiannya dilakukan dengan menggunakan program
simulator AVRStudio.Sedangkan untuk sub rutin yang
membutuhkan masukan dari perangkat keras dan juga
memberikan keluaran ke perangkat keras, maka untuk
pengujiannya sistem mikrokontroler langsung dihubungkan
ke perangkat keras yang bersangkutan.
Dari grafik respon sistem yang diperoleh (Gambar
4.8), secara umum terlihat bahwa hasil pengaturannya tidak
stabil secara sempurna sesuai setpoint. Respon sistem
berosilasi sebesar kurang lebih 0,4C dari nilai akhirnya.
Hasil pengujian berupa grafik respon sistem
terhadap gangguan pendinginan dapat dilihat pada Gambar
4.7.
40
35
30
25
20
Kp = 10
Kd=0,3
15
10
5
0
Suhu
Setpoint
0
100
200
300
400
500
Waktu(me nit)
Gambar 4.7 Grafik respon sistem terhadap gangguan
pendinginan untuk nilai acuan 30 oC.
Dari grafik respon sistem terhadap gangguan
pendinginan terlihat bahwa sistem dapat mengatasi gangguan
yang terjadi dengan waktu pemulihan yang dibutuhkan
sekitar 150 menit terhitung dari pencapaian suhu terendah
setelah gangguan hingga suhu sistem kembali berada pada
nilai acuan.
Makalah Seminar Kerja Praktek
7
V. KESIMPULAN
9.
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan perancangan, pengujian dan analisa yang
telah dilakukan dalam tugas akhir ini, maka dapat
disimpulkan hal-hal sebagai berikut.
1. Sistem pengaturan temperatur yang dibuat mampu
mempertahankan suhu akuarium pada suhu 30 oC, sesuai
dengan kisaran suhu habitat ikan antara 27 hingga 32 oC.
2. Sistem pengaturan yang dibuat dapat bekerja dengan
baik dengan amplitudo osilasi sebesar 0,8 oC.
3. Pemerataan panas yang dihasilkan dalam akuarium
sangat diperlukan untuk meningkatkan akurasi
pengaturan serta mengurangi pengaruh jarak antara
sensor dengan pemanas.
4. Daya pemanas yang digunakan kurang besar bila
dibandingkan dengan volume air yang akan dipanaskan
sehingga waktu naik respon transien sistem menjadi
lama.
10.
5.2 Saran
Beberapa hal yang dapat disarankan dari pelaksaan tugas
akhir ini adalah:
1. Untuk memperoleh respon sistem yang lebih baik lagi,
maka dapat dicoba dengan:
 Menggunakan sensor yang memiliki keakuratan dan
stabilitas yang cukup baik.
 Menggunakan metode pengontrolan lain seperti
fuzzy, fuzzy hibrid,
2. Dapat dibuat program komputer untuk proses akuisisi
data dari plant secara langsung pada tiap periode
samplingnya, sehingga respon sistem langsung dapat
diamati dalam bentuk grafik dan program untuk
mengatur nilai Kp,Ki, dan Kd dan Setting Point secara
langsung dari komputer.
3. Untuk penggunaan daya pemanas yang lebih besar lagi,
maka sebaiknya dibuat box/tempat yang terpisah antara
kontroler dengan rangkaian pengatur tegangan pemanas
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
P. Hogenboom, Data Sheet Book 3, Catatan Aplikasi, PT
Elex Media Komputindo, Jakarta, 1996.
Ronald J. Tocci, Digital Systems : Principle and
Applications, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1991.
Sheingold, Danield H. Transducer Interfacing Handbook
: A Guide to Analog Signal Conditioning. Analog
Devices, Inc. USA, 1980.
Shinkey, F.G. Process Control Systems : Application,
Design, and Tuning - 3rd Edition. McGraw-Hill Book
Co. Singapore, 1988.
Stuart Bennet, Real Time Computer Control, An
Introduction, Prentice Hall International, UK, 1994.
William David Cooper, Instrumentasi Elektronik dan
Teknik Pengukuran, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994.
William Hayt H Jr, Kemmerley Jack, Rangkaian listrik I,
Diterjemahkan Oleh Silaban, Erlangga, Jakarta, 1985.
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika
Daya, PT. Gramedia, Jakarta, 1993.
---, Pembesaran Kerapu Macan (Epinephelus
Fuscogutattus) dan Kerapu Tikus (Cronileptes Altivelis)
di Keramba Jaring Apung, Juknis Seri No. 7,
Departemen Kelautan dan Perikanan, Direktorat Jenderal
Perikanan Budidaya, Balai Budidaya Laut, Lampung,
2001.
-------------, www.agribussinessonline.com/ kerapu
-------------, www.atmel.com/avr/8515
-------------, www.barello.com/papers/index
-------------, suharjawanasuria.tripod.com/budi_daya_dan
_pengembangan_kerapu.htm
AGUNG SAIFULLOH MAJID – L2F098579
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Semarang, dengan pilihan konsentrasi
Kontrol.
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Albert Paul Malvino, Ph.D , Prinsip-Prinsip Elektronika,
Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985.
Albert Paul Malvino, Ph.D , Donald P. Leach, Ph.D,
Prinsip-Prinsip dan Penerapan Digital, Diterjemahkan
Oleh Ir. Irwan Wijaya, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1992.
Charles A. Schuler, William L. McNamee, Industrial
Electronics and Robotics, Mc Graw Hill, New
York,1986.
Charles L. Philips and Royce D. Harboy, Feedback
Control System, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1991.
David Halliday, Robert Resnick, Fisika, Diterjemahkan
Oleh Pantur Silaban Ph.D dan Drs. Erwin Sucipto M.Sc,
Penerbit Erlangga, Jakarta, 1992.
Edward Danakusumah, Studi Pendahuluan Budidaya
Ikan Kerapu dengan Sistem Air Deras, Makalah yang
dipresentasikan dalam Simposium Perikanan Indonesia
II, Ujung Pandang, 1997.
Katsuhiko Ogata, Teknik Kontrol Automatik Jilid 1-2,
Diterjemahkan Oleh Ir. Edi Laksono, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1996.
Muhammad Rashid, Power Electronics, Circuit, Devices
and Applications, Second Edition, Prentice Hall Inc,
New Jersey, 1988.
Disetujui oleh,
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. Agung Warsito, DHET
NIP. 131668485
Sumardi, ST, MT
NIP. 132125670