BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/7071/3/Basuki Aji_BAB II.pdf · 0,01...

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Sistem pengaturan temperatur memegang peranan yang sangat penting

dalam kehidupan ini. Sebagai contoh dalam dunia memasak diperlukan

pengaturan temperatur yang tepat untuk membuat roti sehingga hasilnya sesuai

harapan. Oleh karena itu diperlukan suatu alat yang bisa untuk mengatur

temperatur oven. Sensor temperatur LM35 membaca temperatur pada oven

kemudian diubah dalam bentuk tegangan yang menjadi masukan bagi

mikrokontroler untuk mengatur tegangan supply ke oven sehingga heater bekerja

sesuai dengan respon yang diberikan oleh mikrokontroler.

Pengatur temperatur dengan sistem kendali PID telah banyak

diaplikasikan diantaranya oleh Dheka Bakti pada tahun 2011 dalam Tugas

Akhirnya meneliti tentang pengendalian suhu plant secara cascade control dengan

algoritma Proporsional-Integral menghasilkan respon sistem yang stabil1.

Penelitian lainnya dilakukan oleh Ahmad Shafi Mukhaitir pada tahun

2010. Dalam penelitian ini diaplikasikan kendali PID untuk mengendalikan

electric water heater. Sistem mampu menangani gangguan dengan cepat dan

menghasilkan respon yang stabil. Faishol Fathu Riza juga berhasil

mengaplikasikan algoritma kontrol PI untuk mengendalikan inkubator pada suhu

36oCelcius sampai dengan 38

oCelcius menggunakan tuning PI secara trial and

error2.

Pada tulisan tersebut menjadi acuan dalam konsep pembuatan Tugas

Akhir ini, akan tetapi banyak perbedaan dari segi perancangan sistem, perangkat

1 http://ejournal.undip.ac.id/index.php/transmisi, Aplikasi Kendali PID Menggunakan Skema Gain Scheduling Untuk

Pengendalian Suhu Cairan pada Plant Electric Water Heater, diakses 7 Februari 2015 pukul 03.20 WIB. 2 http://eprints.undip.ac.id/25518/1/ML2F305208.pdf. Perancangan Sistem Pengendali Suhu Dan Memonitoring

Kelembaban Berbasis Atmega8535 Pada Plant Inkubator, diakses 2 Juli 2012 pukul 13.06 WIB.

Pengatur Suhu Oven..., Basuki Aji, Fakultas Teknik UMP, 2015

http://unhas.ac.id/

http://eprints.undip.ac.id/25518/1/ML2F305208.pdf

5

keras, perangkat lunak dan teknik pemrograman mikrokontroler. Pengatur

temperatur oven dengan sistem kendali PID pada tugas akhir ini didesain lebih

fleksibel dalam pengaturan parameter temperatur, range pengaturan suhu lebih

lebar yaitu 30oC sampai dengan 140

oC, menggunakan interface LCD dan keypad

dan secara real time data Process Value (PV) alat ini dapat disimpan dalam

komputer sehingga dapat dimonitor performanya serta dapat ditampilkan dalam

bentuk grafik pada komputer.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Sensor Temperatur LM35

Sensor temperatur LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki

fungsi untuk mengubah besaran temperatur menjadi besaran listrik dalam bentuk

tegangan. Sensor temperatur LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa

komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor.

LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan

dengan sensor temperatur yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi

yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan

dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan3.

Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang

diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu

daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60

µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-

heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah

yaitu kurang dari 0,5 ºC pada temperatur 25 ºC .

Gambar 2.1 Sensor LM35

3 http://unhas.ac.id, Sensor Suhu,diakses 29 Oktober 2013 pukul 12.30 WIB


http://unhas.ac.id/

6

Gambar 2.1 menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan. 3 pin LM35

menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber

tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran

atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan

tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30

Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius sehingga

diperoleh persamaan sebagai berikut :

VLM35 = Temperatur x 10 mV Persamaan 2.1

Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan

temperatur setiap temperatur 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV.

Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula

disemen pada permukaan akan tetapi temperaturnya akan sedikit berkurang sekitar

0,01 ºC karena terserap pada temperatur permukaan tersebut. Dengan cara seperti

ini diharapkan selisih antara temperatur udara dan temperatur permukaan dapat

dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan temperatur disekitarnya, jika temperatur

udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari temperatur

permukaan, maka LM35 berada pada temperatur permukaan dan temperatur udara

disekitarnya4 .

Gambar 2.2 Grafik hubungan temperatur dan tegangan LM35

4 http://shatomedia.com , Sensor Suhu LM35, diakses tanggal 29 Oktober 2013 pukul 13.00 WIB


http://shatomedia.com/

7

Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh

interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan

sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan di

dalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus

yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk

ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35 :

1. Memiliki sensitivitas temperatur, dengan faktor skala linier antara tegangan

dan temperatur 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam

celcius.

2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada temperatur 25 ºC.

3. Memiliki jangkauan maksimal operasi temperatur antara -55 ºC sampai +150

ºC.

4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1

ºC pada udara diam.

7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

2.2.2 PID Digital

Secara garis besar, sistem kendali digital dapat digambarkan seperti pada

Gambar 2.3 kompensator atau pengendali ini mengolah masukan yang sudah

dalam bentuk diskrit/digital. Sistem kendali digital juga dapat diterapkan seperti

pada Gambar 2.4. kontroler diaplikasikan dalam bentuk perangkat lunak yang

dijalankan oleh sistem komputer atau mikrokontroler, sedangkan data sampling

terjadi dalam blok analog to digital converter (disini sinyal keluaran sensor yang

disampling, berbeda dengan pada Gambar 2.3, penyamplingan data dilakukan

terhadap sinyal error).


8

Gambar 2.3 Diagram blok sistem kendali digital versi 1

Gambar 2.4 Diagram blok sistem kendali digital versi 2

Waktu pencuplikan sebesar T detik berarti bahwa data diambil oleh

sistem komputer dari keluaran A/D konverter setiap T detik. Dengan demikian

A/D konverter harus mengubah data analog ke data digital dalam waktu kurang

dari T detik5. Agar data yang diambil oleh sistem komputer (hasil sampling) valid,

maka A/D konverter harus diberi tahu kapan harus melakukan konversi, sehingga

setelah selang waktu T detik, data sudah siap untuk diambil oleh sistem komputer.

Sinyal referensi (biasanya dalam bentuk digital) dan sinyal hasil

sampling keluaran sensor dibandingkan sehingga akan didapatkan sinyal selisih

(error), sinyal error inilah menjadi masukan bagi kontroler. Selanjutnya kontroler

akan mengolah sinyal error menjadi sinyal kendali digital yang akan diubah

menjadi sinyal kendali analog oleh D/A konverter. Sinyal keluaran D/A konverter

5 Arif Johar Taufiq. Teknik Kontrol Digital (diktat ajar), Purwokerto: Universitas Muhammadiyah

Purwokerto, 2004.


9

ini nantinya akan digunakan untuk mengendalikan plant. Tanggapan dari plant

diukur oleh sensor, keluaran sensor akan diubah lagi menjadi sinyal digital oleh

A/D konverter dan selanjutnya proses akan berulang terus menerus.

Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa bagian kontroler ini dapat

berupa program atau hardware digital. Sehingga nantinya dapat dipilih dari jenis

kendali yang akan diterapkan. Jika dalam kendali analog/konvensional ada

kendali PID maka versi digitalnya juga dapat dibuat.

Secara analisa matematis rumusan fungsi alih sistem dalam bentuk

laplace diubah ke model diskrit lewat pencuplikan, kemudian diubah ke bentuk z

dengan transformasi z6. Juga secara matematis proses proporsional, integral dan

diferensial dapat diimplementasikan dengan pendekatan numeris.

Proporsional Integral Derivative (PID)

Di dalam suatu sistem kontrol dikenal adanya beberapa macam aksi

kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi

kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan-

keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai keunggulan

rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk

memperkecil error, dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk

memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar dapat

menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil dapat

menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID. Parameter

pengontrol proporsional integral derivative (PID) selalu didasari atas tinjauan

terhadap karakteristik yang diatur (plant). Dengan demikian bagaimanapun

rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus diketahui terlabih dahulu

sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan.

6 Katsuhiko Ogata. Modern Control Engineering Third Edition, University of Minnesota: Prentice Hall,

1997.


10

Pengontrol Proporsional

Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau

proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang

diinginkan dengan harga aktualnya). Secara lebih sederhana dapat dikatakan

bahwa keluaran pengontrol proporsional merupakan perkalian antara konstanta

proposional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan akan segera

menyebabkan sistem secara langsung mengeluarkan output sinyal sebesar

konstanta pengalinya.

Gambar 2.5 menunjukkan diagram blok yang menggambarkan hubungan

antara besaran setting, besaran aktual dengan besaran keluaran pengontrol

proporsional. Sinyal kesalahan (error) merupakan selisih antara besaran setting

dengan besaran aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi pengontrol, untuk

mengeluarkan sinyal positif (penambahan sinyal kontrol untuk mempercepat

pencapaian harga setting) atau mengeluarkan sinyal negatif (pengurangan sinyal

kontrol untuk mempercepat pencapaian harga setting).

Gambar 2.5 Diagram blok kontroler proporsional

Pengontrol proposional memiliki 2 parameter, pita proposional

(propotional band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja kontroler efektif

dicerminkan oleh pita proporsional sedangkan konstanta proporsional

menunjukan nilai faktor penguatan sinyal terhadap sinyal kesalahan Kp.

Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional

(Kp) ditunjukkan secara persentasi oleh persamaan berikut:

Persamaan 2.2


11

PB = Proportional Band

Kp = Konstanta Proporsional

Gambar 2.6 menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran

pengontrol dan kesalahan yang merupakan masukan pengontrol. Ketika konstanta

proporsional bertambah semakin tinggi, pita proporsional menunjukkan

penurunan yang semakin kecil, sehingga lingkup kerja yang dikuatkan akan

semakin sempit.

Gambar 2.6 Proporsional band dari pengontrol proporsional tergantung pada

penguatan

Ciri-ciri pengontrol proposional harus diperhatikan ketika pengontrol

tersebut diterapkan pada suatu sistem. Secara eksperimen, pengguna pengontrol

proporsional harus memperhatikan ketentuan-ketentuan berikut ini :

1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proposional hanya mampu melakukan koreksi

kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sisitem yang lambat.

2. Jika nilai Kp tepat/sesuai, respon sistem menunjukan semakin cepat mencapai

setpoint dan keadaan stabil.


12

3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan,

akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan

berisolasi

Pengontrol Integral

Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki

kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator

(1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin keluaran sistem

dengan kesalahan keadaan stabilnya nol. Pengontrol integral dapat memperbaiki

respon sistem, yaitu mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol. Pengontrol

integral memiliki karakteristik seperti halnya sebuah integral. Keluaran sangat

dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal kesalahan.

Keluaran pengontrol ini merupakan penjumlahan yang terus menerus dari

perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan,

keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan.

Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh

kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga

sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Gambar 2.7 menunjukkan

contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol integral dan

keluaran pengontrol integral terhadap perubahan sinyal kesalahan tersebut.

Gambar 2.7 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan nol


13

Gambar 2.8 Diagram blok hubungan antara besaran kesalahan dengan pengontrol

Integral

Gambar 2.8 menunjukkan diagram blok antara besaran kesalahan dengan

keluaran suatu pengontrol integral. Pengaruh perubahan konstanta integral terhadap

keluaran integral ditunjukkan oleh Gambar 2.9. Ketika sinyal kesalahan berlipat

ganda, maka nilai laju perubahan keluaran pengontrol berubah menjadi dua kali dari

nilai semula. Jika nilai konstanta integrator berubah menjadi lebih besar, sinyal

kesalahan yang relatif kecil dapat mengakibatkan laju keluaran menjadi besar.

Gambar 2.9 Perubahan keluaran sebagai akibat penguatan dan kesalahan

Ketika digunakan, pengontrol integral mempunyai beberapa karakteristik berikut

ini:

1. Keluaran pengontrol membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol

integral cenderung memperlambat respon.

2. Ketika sinyal kesalahan berharga nol, keluaran pengontrol akan bertahan pada

nilai sebelumnya.


14

3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan

atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.

4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset.

Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan

osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.

Pengontrol Derivative

Keluaran pengontrol derivative memiliki sifat seperti halnya suatu

operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan

mengakibatkan perubahan sinyal kontrol yang besar dan cepat. Gambar 2.10

menunjukan diagram blok yang menggambarkan hubungan antara sinyal

kesalahan dengan keluaran pengontrol.

Gambar 2.10 Diagram blok pengontrol derivative

Gambar 2.11 menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal

keluaran pengontrol derivative. Ketika sinyal masukan tidak mengalami

perubahan maka sinyal keluaran pengontrol berharga nol, sedangkan apabila

sinyal masukan berubah mendadak dan naik (berbentuk fungsi step), keluaran

menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara

perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar

magnitude-nya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan

faktor konstanta diferensialnya.


15

Gambar 2.11 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol derivative

Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut :

1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan

pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).

2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan

pengontrol tergantung pada nilai Td dan laju perubahan sinyal kesalahan.

3. Pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga

pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum

pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol derivative dapat

mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif,

dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem.

Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative

umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak

memperkecil kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol derivative

hanya efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab

itu pengontrol derivative tidak pernah digunakan tanpa ada pengontrol lain sebuah

sistem.

Pengontrol PID

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan

D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel


16

menjadi pengontrol proposional plus integral plus derivative (pengontrol PID)7

seperti pada Gambar 2.12. Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing

secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem,

menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar.

Gambar 2.12 Diagram blok kontroler PID analog

Keluaran pengontrol PID merupakan penjumlahan dari keluaran

pengontrol proporsional, keluaran pengontrol integral dan keluaran pengontrol

derivative. Gambar 2.13 menunjukkan hubungan tersebut.

Gambar 2.13 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan

masukan untuk pengontrol PID

7 Chi-Tsong Chen. Analog and Digital Control System Design, Transfer-function, State-space, and

Algebraic Methods, New York: Saunders College, halaman 563.


17

Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar

dari ketiga parameter P, I dan D. Pengaturan konstanta Kp, Ti, dan Td akan

mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari

ketiga konstanta tersebut dapat diatur lebih menonjol dibanding yang lain.

Konstanta yang menonjol itulah yang akan memberikan kontribusi pengaruh pada

respon sistem secara keseluruhan.

2.2.3 Zero Crossing Detector

Zero crossing detector adalah rangkaian yang digunakan untuk

mendeteksi apakah tegangan fasa berada pada posisi positif atau negatif dilihat

dari acuan netral dan berfungsi untuk memulai melakukan pemicuan dan berapa

besar sudut picu yang akan disulutkan pada thyristor8. Prinsip kerja zero detector

adalah dengan membandingkan tengangan AC dengan tegangan referensi nol volt.

Apabila tegangannya lebih besar dari nol volt maka output zero detector akan

high dan apabila lebih kecil dari nol volt maka outputnya akan low. Perubahan

dari low ke high (PGT) dan dari high ke low (NGT) inilah saat terjadi zero.

Gambar 2.14 Rangkaian zero crossing detector

8 http://san-jyuu.blogspot.com, Sistem Interface Input Output antara Sistem Digital dan Sistem

Analog, diakses tanggal 01 November 2013 pukul 10.50 WIB

TR2

TRAN-2P3S

D3

1N4001

D4

1N4001

R12.2K

R22.2K

Q12N2222

1 2

U2:A

74LS14

VCC = 5 VOLT

Output

6 VAC

6 VAC

220 VAC


http://san-jyuu.blogspot.com/

18

Gambar 2.14 merupakan rangkaian zero crossing detector yang

menggunakan sistem yang terisolasi dengan menggunakan transformer step down.

Teknik ini paling aman digunakan namun biaya pembuatannya relatif lebih mahal

karena masih menggunakan transformer. Dengan adanya rangkaian sistem

interface antara tegangan tinggi dan tegangan rendah maka diharapkan tidak

terjadi rusaknya port mikrokontroler atau PC karena mendapat imbas tegangan

tinggi dari aplikasi seperti motor AC.

2.2.4 Optocoupler

MOC3021 adalah driver Triac yang didalamnya menggunakan isolasi

optis (optocoupler). Driver ini menjembatani sinyal trigger yang berasal dari

kontroler yang umumnya memiliki level tegangan dan arus kecil dengan bagian

beban yang memiliki tegangan dan arus yang relatif tinggi. Skema dalam

MOC3021 ini terlihat di Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Bentuk fisik dan konfigurasi pin MOC3021

Gambar 2.16 Skema MOC3021


http://fahmizaleeits.wordpress.com/2010/09/14/karakteristik-triac/moc302x/

http://fahmizaleeits.wordpress.com/2010/09/14/karakteristik-triac/moc302x/

19

Komponen ini memiliki 6 kaki dengan 2 kaki yang tidak digunakan. Kaki

anoda (1) dihubungkan ke Vcc, kaki katoda (2) dihubungkan dengan pulsa trigger

yang active low. Fungsi trigger dengan active low ini adalah untuk menghindari

kontroler melakukan sourcing(mengeluarkan arus) sehingga tidak membebani

kontroler yang umumnya hanya mampu mengeluarkan arus yang sangat kecil.

Kaki 4 dan 6 dihubungkan dengan beban. Kaki 3 dan 5 tidak digunakan.

Pada saat ada pulsa low di kaki 2 maka dioda dalam MOC3021 akan

memancarkan cahaya sehingga arus dari beban dapat mengalir dari kaki 6 melalui

driver dan keluar melalui kaki 4 yang akan mentriger kaki gate Triac yang

bersangkutan. Pada saat itulah Triac dalam keadaan ON sehingga dapat

mengalirkan daya sesuai dengan waktu firing-nya.

2.2.5 Triac

Triac, atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus bolak-

balik) adalah sebuah komponen elektronik yang ekivalen dengan dua SCR yang

disambungkan antiparalel dan kaki gerbangnya disambungkan bersama. Nama

resmi untuk Triac adalah Bidirectional Triode Thyristor. Ini menunjukkan sakelar

dua arah yang dapat mengalirkan arus listrik ke kedua arah ketika dipicu

(dihidupkan). Triac dapat dinyalakan baik dengan tegangan positif ataupun negatif

pada elektrode gerbang. Triac tersusun dari lima buah lapis semikonduktor yang

banyak digunakan pada pensaklaran elektronik. Berbeda dengan SCR yang hanya

melewatkan tegangan dengan polaritas positif saja, Triac banyak digunakan pada

rangkaian pengendali dan pensaklaran.


20

Gambar 2.17 Konfigurasi pin Triac

Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate

dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh Triac

(kondisi idlle) sampai pada tegangan „break over‟ Triac tercapai. Kondisi ini

dinamakan kondisi off Triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka

tegangan „break over‟ ini akan turun.Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate

maka semakin rendah pula tegangan „break over‟nya. Kondisi ini dinamakan

sebagai kondisi on Triac. Apabila Triac sudah „on‟ maka Triac akan dalam

kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila

tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja Triac

akan berubah dari on ke off. Apabila Triac sudah menjadi off kembali, Triac akan

selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2

melebihi tegangan „break over‟nya.

Triac akan aktif ketika polaritas pada anoda lebih positif daripada

katodanya. Dan gate-nya diberi polaritas positif, begitu juga sebaliknya. Setelah

terkonduksi, sebuah Triac akan tetap bekerja selama arus yang mengalir pada

Triac (IT) lebih besar dari arus penahan (IH) walaupun arus gate dihilangkan.

Satu-satunya cara untuk membuka (meng-off-kan) Triac adalah dengan


http://4.bp.blogspot.com/_pLNF9CZ4qoA/SOA2bhoP4hI/AAAAAAAAASU/AeFQ3rhWPjw/s1600-h/image002.jpg

21

mengurangi arus IT di bawah arus IH9. Triac bekerja mirip seperti SCR yang

paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus dua arah. Kurva karakteristik

dari Triac dapat dilihat pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Kurva karakteristik Triac

2.2.6 Mikrokontroler AVR(ATMega 32)

Atmel AVR Atmega32 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit yang

memiliki arsitektur RISC(Reduced Instruction Set Computers) dengan

kemampuan memproses instruksi dalam satu clock cycle. Sistem Atmega32

didesain untuk mengoptimalkan kebutuhan daya terhadap kecepatan proses

dengan kemampuan kurang lebih 1 MIPS per MHZ.

Prosesor AVR mengkombinasikan sebuah Instruksi yang kompleks

dengan general purpose working register. Semua 32 register tersebut secara

langsung dihubungkan ke Arithmetic Logic Unit (ALU), memungkinkan 2 register

independen diproses menjadi satu instruksi pemprosesan dalam satu clock cycle.

Hasil arsitektur tersebut adalah efisiensi banyak kode dan lebih cepat dari pada

mikrokontroler CISC (Complex Instruction Set Computers) konvensional.

9 http://elektronika-dasar.web.id, “Definisi dan Prinsip Kerja TRIAC”, diakses tanggal 01

Nopember 2013 pukul 11.30 WIB


http://elektronika-dasar.web.id/

22

Atmega32 menyediakan berbagai fitur : 32 Kbytes In-System

Programmable Flash program memori dengan kemampuan Read-While-Write,

1024 bytes EEPROM, 2 Kbytes SRAM, 32 general purpose I/O lines, 32 general

purpose working registers, sebuah JTAG interface untuk boundary-scan, On-chip

Debugging support and progamming, 3 fleksibel Timer/Counters dengan compare

mode, Internal dan External Interrupts, sebuah serial programmable USART,

sebuah byte yang berorientasi pada Two-Wire Serial Interface, 8-channel 10-bit

ADC dengan pilihan perbedaan input stage dengan programmable gain (TQFP

package only), sebuah programmable Watchdog Timer dengan internal oscillator,

SPI serial port, dan 6 software selectable power saving modes10

.

Atmega32 dibuat menggunakan teknologi Atmel’s high density

nonvolatile memory. Pada chip ISP Flash memungkinkan program memori

tersebut untuk diprogram ulang di dalam sistem melalui sebuah SPI serial

interface, dengan sebuah nonvolatile memori programmer konvensional, atau

dengan sebuah On-chip Boot program running pada prosesor AVR tersebut. Boot

program tersebut dapat menggunakan banyak interface untuk men-download

aplikasi program ke dalam aplikasi flash memori. Perangkat lunak di dalam Boot

Flash akan bekerja secara terus-menerus saat aplikasi flash di perbarui,

menyediakan operasi Read-While-Write. Dengan mengkombinasikan sebuah 8-bit

RISC CPU dengan In-System Self-Programmable Flash pada sebuah monolithic

chip, Atmega32 menjadi sangat fleksibel untuk banyak aplikasi embedded

kontrol11

.

Dalam meningkatkan performa dan sistem paralel, AVR menggunakan

Havard arsitektur dengan memisahkan memori, jalur untuk program dan data,

dapat dilihat pada Gambar 2.19 dan Gambar 2.20.

10 www.atmel.com, Data Sheet Book ATMega32, didownload 15 Maret 2012 pukul 13.14 WIB. 11 http://www.atmel.com, Data Sheet Book ATMega32, didownload 15 Maret 2012 pukul 13.14 WIB.


23

Gambar 2.19 Diagram blok arsitektur MCU AVR


24

Gambar 2.20 Diagram blok Atmega32


25

2.2.7 Identifikasi Sistem

Identifikasi sistem digunakan untuk menentukan model dari suatu sistem

yang disusun berdasarkan kurva reaksi yang diperoleh dari uji tanggapan sistem

terbuka(open loop) dengan fungsi step. Dengan model ciancone, hasil identifikasi

sistem kemudian didapatkan model matematis dengan pendekatan sistem orde

satu ditambah delay sistem yang ditunjukkan pada Gambar 2.2112

.

Gambar 2.21 Pemodelan dengan ciancone

Langkah – langkah untuk menentukan pemodelan matematis sistem adalah

sebagai berikut:

a. Melakukan pendekatan orde 1 terhadap data empiris dengan menghitung

penguatan proporsional (Kp) yang merupakan nilai keluaran (PV) pada saat

mapan dibagi nilai masukan( ).

Persamaan 2.3

b. Menentukan konstanta waktu(τ) dengan mencari waktu yang diperlukan

untuk mencapai 28% dari keadaan mapan (t28%) dan waktu yang diperlukan

untuk mencapai 63% keadaan mapan (t63%) dengan persamaan:

Persamaan 2.4

12

Sugeng Rianto. Perancangan Sistem kendali Autoclave (Tesis), Depok: Universitas Indonesia, 2011.

Halaman 22.


26

c. Mencari waktu tunda(θ) dengan persamaan:

Persamaan 2.5

d. Membuat model orde 1 dengan persamaan:

Persamaan 2.6

2.2.8 Heater Listrik

Electrical heating element merupakan elemen pemanas listrik yang

banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari, baik dalam rumah tangga ataupun

peralatan mesin industri. Elemen pemanas terbuat dari logam dengan nilai

resistansi yang tinggi. Biasanya terbuat dari paduan nikel-chrome yang disebut

nichrome. Jika arus mengalir melalui elemen dengan resistansi tinggi, maka aliran

yang bekerja pada elemen ini akan menghasilkan panas. Jika arus listrik diputus,

elemen secara perlahan menjadi dingin. Bentuk dan tipe dari electrical heating

elements ini bermacam-macam disesuaikan dengan fungsi, tempat pemasangan

dan media yang akan dipanaskan13

.

Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber dari

kawat ataupun pita bertahanan listrik tinggi ( Resistance Wire) yang dialiri arus

listrik pada kedua ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu

meneruskan panas dengan baik hingga aman jika digunakan.

Gambar 2.22 Heater listrik

13

http://myschoolsmkn3tpi.blogspot.com, “Elemen Pemanas”, diakses tanggal 13 Februari 2015

pukul 18.40 WIB


http://myschoolsmkn3tpi.blogspot.com/

27

Hubungan Kalor Dan Energi Listrik

Listrik merupakan salah satu bentuk energi. Sesuai dengan hukum

kekekalan energi maka energi listrik dapat diubah kebentuk lain. Salah alat yang

bisa mengubah bentuk energi listrik menjadi energi kalor adalah element heater.

Alat ini bisa diterapkan pada oven, setrika listrik maupun kompor listrik.

Besarnya energi listrik yang diserap sama dengan energi kalor yang dihasilkan.

Energi Listrik :

W = P . t Persamaan 2.7

Energi Kalor

Q = m.c (t2 – t1) Persamaan 2.8

Menurut Hukum Kekekalan Energi dapat dirumuskan :

W = Q Persamaan 2.9

P.t = m.c (t2 – t1) Persamaan 2.10

Keterangan :

W = energi listrik (Joule)

P = daya listrik (Watt)

Q = energi kalor (Joule)

t = waktu yang dibutuhkan (sekon)

m = massa (kg)

c = kalor jenis (J/ kg C)

t1 = suhu mula – mula (C)

t2 = suhu akhir (C)


BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/7071/3/Basuki Aji_BAB II.pdf · 0,01...

Documents

Transcript of BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/7071/3/Basuki Aji_BAB II.pdf · 0,01...