BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1...
Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1...
II-1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Sistem pemanas air yang canggih banyak dibutuhkan di dunia industri salah
satunya adalah untuk mensterilisasikan alat-alat yang dipakai pada proses produksi.
Dalam membuat simulasi pemanas air ini beberapa peneliti telah melakukan
penelitian. Agung S. Majid(2014) telah melakukan penelitian membuat simulasi
pemanas air dengan metode PID berbasis Mikrokontroler AT90S8515, yang
berjudul “Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID Berbasis
Mikrokontroler AT90S8515”. Peneliti mengatakan dengan menggunakan sensor
LM35DZ sistem pengaturan temperatur yang dibuat mampu mempertahankan suhu
sesuai dengan yang diingikan, tetapi peneliti memberi saran untuk menggunakan
sensor yang memiliki keakuratan dan stabilisasi yang cukup baik [8].
Kemudian Reynaldo, Fiky, dan Porman(2015) melakukan penelitian
pembuatan simulasi pemanas air dengan metode PID berbasis Arduino, yang
berjudul “Rancang Bangun Sistem Kontrol Level dan Temperatur Boiler dengan
Metode PID dan Kontrol Dua Posisi”. Peneliti mengatakan bahwa akurasi kontrol
suhu dengan parameter PID mencapai 99% dan sensor thermocouple type K yang
dihubungkan dengan AD595 sebagai penguat mempunyai akurasi 98% [9].
Ditinjau dari penelitian sebelumnya, penulis akan melakukan penelitian
membuat simulasi pemanas air dengan metode metode PI karena lebih cocok untuk
karakteristik heater dan menghasilkan respon yang lebih baik dibandingkan dengan
menggunakan PID. Pada penelitian sebelumnya kontrol yang digunakan adalah
mikrokontroler maka penulis akan mecoba menggunakan PLC sebagai kontroler
dan mencoba menggunakan sensor LM35DZ karena percobaan sebelumnya
mengatakan bahwa sensor mampu mempertahankan suhu sesuai dengan yang
diinginkan.
II-2
Penggunaan PLC dalam penelitian ini penulis akan memakai PLC dari merk
yang berbeda. Sebelumnya penelitian telat dilakukan oleh Ferdina, Ismail, dan
Yuliadi(2015) pada penelitian yang berjudul “Rancang Bangun Jaringan
Komunikasi Multi PLC dengan Platform Sistem SCADA-DCS Terintegrasi”, pada
penelitiannya peneliti menggunakan tiga buah PLC berbeda merk sebagai master-
slave, peneliti mengatakan sistem pengendalian plant yang dikendalikan dengan
multi PLC ini dapat mengetahui status koneksi PLC slave, dalam penelitiannya ini
peneliti membuat lampu lalu lintas pada slave 1 dan pemanas air pada slave 2.
Kedua slave hanya berupa simulasi menggunakan software Vijeo Citect yang juga
digunakan sebagai HMI (Human Machine Interface). Lalu peneliti memberi saran
untuk menggunakan sistem komunikasi multi PLC ini pada sistem pengendalian
plant yang asli dan lebih kompleks [5].
Untuk itu penulis akan membuat simulasi asli dari pemanas air seperti yang
telah disebutkan di paragraf sebelumnya. Slave 1 akan mengontrol pompa untuk
pengadaan air sebelum dipanaskan dengan PLC Schneider TM221CE16R dan slave
2 akan mengontrol heater dengan metode PI untuk mencapai dan mempertahankan
temperatur sesuai dengan yang diinginkan dengan PLC Omron CP1H dengan
menggunakan sensor LM35DZ.
2.2 Landasan Teori
Selain tinjauan pustaka, pada BAB II ini akan dibahas menganai beberapa teori
yang mendasari penelitian yang dilakukan oleh penulis. Dasar teori dilengkapi
dengan beberapa penjelasan yang lebih spesifik pada penelitian yang dilakukan.
2.2.1 PLC (Programmable Logic Control)
Programmable Logic Controller (PLC) merupakan perangkat komputer yang
dirancang untuk mengontrol dan mengawasi suatu proses. Pengontrolan dapat
berupa kontrol on-off atau kontrol kontinyu [11].
2.2.1.1 Prinsip Kerja PLC (Programmable Logic Control)
Cara kerja PLC ini dengan menghubungkan bagian input dengan sensor dan
bagian output dengan alat yang akan dikontrol. Program yang telah dibuat dan
II-3
disimpan didalam memori akan bekerja sesuai dengan input dan output yang telah
dibuat. PLC juga memiliki memori dengan instruksi khusus seperti logika,
aritmatika, dan sekuensial. PLC juga memiliki input-output berupa digital dan
analog.
2.2.1.2 Bagian-bagian Dasar PLC (Programmable Logic Control)
Gambar II.1 Diagram Blok PLC
PLC memiliki bagian-bagian seperti berikut ini :
1. Central Processing Unit ( CPU )
CPU memiliki fungsi sebagai pengontrol dan pengawas jalannya operasi dan
menjalankan program yang tersimpan dalam memori.
2. Memori
Memori pada PLC memiliki fungsi untuk menyimpan program yang telah
dibuat dan memberi lokasi dari perhitungan yang disimpan pada memori.
3. Input/Output
Input dan output dari PLC ini memiliki nomor dan alamat khusus yang
digunakan dalam membuat program yang berfungsi untuk memonitor setiap
aktifitas input dan output tersebut.
4. Power Supply
Power Suplly berfungsi untuk merubah tegangan dari PLN yaitu 220V menjadi
tegangan yang dibutuhkan oleh PLC [11].
2.2.1.3 Jenis Konstruksi PLC
PLC dapat membuat kontrol dengan berbagai macam jenis instruksi yang dapat
dibagi ke dalam beberapa kelompok seperti berikut ini :
II-4
1. Instruksi dasar, misalnya dasar logika seperti AND, NOT, OR dan lain-lain
2. Instruksi Perbandingan (Comparison)
3. Instruksi Timer / Counter
4. Instruksi Manipulasi Data
5. Instruksi Aritmatika
6. Instruksi Rotasi / Geser
7. Instruksi Konversi, yaitu yang berkaitan dengan mengubah tipe data.
8. Instruksi Sistem, yaitu yang berhubungan dengan deteksi kesalahan.
9. Instruksi Transfer Data, yaitu yang berhubungan dengan pengiriman,
pertukaran dan penyalinan data.
10. Kelompok instruksi Lompat / Interupsi
11. Kelompok instruksi Komunikasi
2.2.1.4 Keuntungan Penggunaan PLC
Keuntungan penggunaan PLC adalah sebagai berikut :
1. Penghematan komponen seperti timer, relay dan counter.
2. Tidak memerlukan pekerjaan wiring kabel yang rumit.
3. Kecepatan respon yang tinggi dan efisien.
4. Mudah untuk modifikasi sistem
5. Penyesuaian yang mudah pada berbagai sistem yang ada di industri
6. Memiliki fasilitas komunikasi yang memudahkan integrasi berbagai perangkat
di industri.
7. Dapat digunakan untuk sistem yang kompleks ( MMI atau HMI ) dan antar
PLC dapat berkomunikasi [12].
2.2.1.5 PLC Slave 1
PLC ini memiliki built-in digital I/O sebanyak 40 dan bisa diekspansi hingga
320 port menggunakan unit CPM1A Expansion I/O dan CJ1 Special I/O modules,
built-in power supply sebesar 220-240VAC, high-speed counter, relay output, dan
analog I/O mengintegrasikan data proses dengan kendali sekuensial. Komunikasi
CP1H dapat melalui Ethernet, DeviceNet atau Serial Link.
II-5
Gambar II.2 Konfigurasi PLC Slave 1
PLC ini juga memiliki port USB, port peripheral, dan 2 plug port serial untuk
RS-232 dan RS-485/422. Untuk komunikasi serial perlu ditambahkan modul serial
CP1W-CIF01 sedangkan komunikasi Ethernet perlu ditambahkan CIF41 atau
dengan menggunakan konverter serial to ethernet. Pinout RS232 pada board ini
tidak menggunakan standar pinout RS-232C pada umumnya sehingga jika
menggunakan konverter perlu dibuar kabel khusus untuk menyesuaikannya.
Protokol komunikasi yang dapat digunakan diantaranya protokol Modbus RTU
Master, ProfiBus-DP, OMRON CompoBus/S, PC-Link, dan DeviceNet I/O.
Sedangkan komunikasi melalui Ethernet menggunakan protocol FINS/TCP atau
FINS/UDP.
2.2.1.6 PLC Slave 2
PLC ini memiliki built-in I/O sebanyak 16 yang terdiri dari 8 digital inputs
yaitu 4 regular inputs dan 4 fast inputs (HSC) dan 8 digital outputs. PLC ini juga
memiliki 2 analog inputs. PLC ini memiliki port serial, port USB mini-B
programming dan port ethernet. Bagian-bagian dari PLC akan dijelaskan pada
gambar II.3 dan tabel II.1.
II-6
Gambar II.3 Konfigurasi PLC Slave 2
Tabel II.1 Deskripsi PLC Slave 2
No. Deskripsi
1 Status LEDs
2 Input removable terminal block
3 Output removable terminal block
4 Clip-on lock for 35 mm
5 USB mini-B programming port
6 24 Vdc power supply
7 Ethernet port / RJ45 connector
8 Serial line port 1 / RJ45 connector
9 Run/Stop switch
10 Removable analog inputs cover
11 2 analog inputs
12 SD card slot
13 I/O expansion connector
2.2.1.8 SoMachine Basic
SoMachine Basic merupakan salah satu bentuk perangkat lunak yang
digunakan untuk membuat diagram ladder dan memasukkan program ke dalam
PLC. Pada gambar II.5 dapat dilihat mengenai area status dari main window
SoMachine Basic.
II-7
Gambar II.4 Area Status Main Window SoMachine Basic
1. Status Program, yaitu mengindikasi program memiliki error yang terdeteksi
atau tidak.
2. Status Koneksi, mengindikasi status koneksi antara SoMachine Basic dengan
kontroler logik atau simulasi kontroler logik.
3. Status Kontroler, mengindikasi keadaan terkini dari kontroler logik seperti
running, stopped, halted dan so on
4. Scan Time, mengindikasi waktu scan terakhir.
5. Eror terakhir kontroler yang terdeteksi, mengindikasi eror terbanyak yag
terdeteksi. Informasi disadap dari bit sistem dan word sistem jika kontroler
logik dalam keadaan stopped atau halted.
2.2.2 Pompa DC
Pompa merupakan alat yang digunakan untuk menggerakan fluida dari suatu
tempat ke tempat yang lain menggunakan pipa dengan menambahkan energi pada
cairan tersebut. Pompa bekerja dengan membuat perbedaan tekanan pada bagiam
hisap dan tekan. Perbedaan tekanan ini yang akan menghisap cairan agar berpindah
dari suatu tempat ke tempat lain. Pompa juga dapat diaplikasikan pada proses yang
memerlukan tekanan hidrolik yang cukup besar.
Terdapat dua jenis pompa dilihat dari cara kerja dan rancangannya, yaitu :
1. Pompa Sistem Rotari
Pompa sistem rotari ini merubah energi mekanis dari penggerak pompa
menjadi energi dinamis/potensial terhadap fluida yang dipindahkan, membuat
air yang dipindahkan bisa terus menerus menarik air ke pipa keluaran pompa.
Jenis pompa ini banyak digunakan untuk kebutuhan rumah tangga. Hampir
semua jenis pompa kecil menggunakan sistem kerja rotari.
II-8
Gambar II. 5 Pompa Rotari
2. Pompa Sistem Sentrifugal
Pompa sistem sentrifugal ini mengubah energi kinetik (kecepatan) fluida
menjadi energi potensial (tekanan) melalui impeler yang berputar, biasanya
digunakan pada peralatan kapal laut yang berfungsi untuk membuang air dari
dok secara cepat. Jenis pompa ini bekerja dengan kecepatan tinggi, sehingga
volume air yang bergerak secara memutar dapat terlempar keluar [2].
Gambar II.6 Pompa Sentrifugal
2.2.3 Heater
Heater yaitu alat yang digunakan untuk menaikan temperatur. Elemen pemanas
listrik yang bersumber dari kawat bertahanan tinggi akan menghasilkan panas.
Kawat yang dialiri arus listrik tersebut akan membuat elektron sulit mengalir karena
II-9
hambatan yang tinggi, elektron-elektron tersebut akan mengalami tumbukan
dengan atom kawat yang akhirnya tumbukan itulah yang akan menghasilkan panas
pada kawat yang kemudian panas ini dipindahkan pada logam yang diletakan pada
kawat sehingga heater menjadi panas. Agar aman digunakan maka kawat tersebut
akan dilapisi isolator listrik yang mampu menghantarkan panas. Berikut adalah
jenis-jenis dari heater [7].
Tabel II.2 Jenis-jenis Heater
Jenis Aplikasi Gambar
Coil Heater Kompor listrik, oven,
dan furnace (tungku)
Infra Red Heater
Pengeringan
pengecatan atau
pewarnaan,
pengering sablon,
pembuatan foam
Silica & Infra Fara
Heater Pengeringan
Quartz Heater
Memanaskan cairan
kimia dengan suhu
tidak terlalu tinggi
Tubular Heater
- Immersion
Heater
- Finnied
Heater
- Water Heater
Memanaskan udara
atau cairan
II-10
Stripe, Nozzle, dan
Band Heater
Hot Plate,
memanaskan tabung
atau pipa
Cast – in Heater Injection plastik
Catridge Heater Memanaskan cetakan
2.2.4 Sensor
Sensor merupakan sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk
mengkonversi suatu besaran tertentu menjadi besaran lain. Sensor merupakan jenis
transduser yang digunakan untuk merubah besaran magnetis, sinar, panas, kimia,
mekanis, dan lain-lain menjadi tegangan atau arus listrik. Sensor ini berfungsi untuk
mendeteksi suatu besaran ketika melakukan pengukuran atau pengendalian.
2.2.4.1 LM35
Sensor LM35 merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk
membaca suhu dan mengubah besaran suhu tersebut menjadi besaran listrik berupa
tegangan. Sensor ini mempunyai nilai keakuratan yang cukup baik dan perancangan
yang mudah dibandingkan dengan sensor suhu yang lainnya.
II-11
Gambar II.7 LM35
Sensor LM35 ini memiki range tegangan masukan 0-30 VDC, tetapi biasanya
pengguna memakai tegangan sebesar 5 volt, agar LM35 hanya membutuhkan arus
sebesar 60 µA. LM35 dapat menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang
dapat menimbulkan kesalahan pembacaan yang cukup rendah yaitu kurang dari 0,5
ºC pada suhu 25 ºC. Berikut ini adalah karakteristik Sensor LM35 :
1. Dikalibrasi dalam celcius dan linier antara suhu dan tegangan sebesar 10
mV/ºC.
2. Akurasi kalibrasi 0,5ºC pada suhu 25ºC.
3. Memiliki range suhu sebesar -55ºC - 150ºC untuk LM35 dan 0 - 100ºC untuk
LM35DZ, yaitu sensor LM35 yang digunakan didalam air (waterproof).
4. Sensor dapat bekerja pada tegangan 4 - 30 volt.
5. Arus yang rendah yaitu I < 60 µA.
6. Pemanasan sendiri yang rendah (low-self heating) yaitu < 0,1ºC pada udara
diam.
7. Impedansi keluaran pada sensor cukup rendah yaitu 0,1 W pada beban 1 mA.
8. Ketidaklinieran sekitar ± ¼ ºC.
Sensor LM35 dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit), yang memiliki
tegangan keluaran yang linear terhadap perubahan suhu. IC LM35 sangat mudah
digunakan, berfungsi sebagai kontrol dari indikator tampilan catu daya terbelah. IC
LM35 ini dapat dialiri arus 60 μA dari supply sehingga memiliki self-heating sangat
rendah kurang dari 0°C di dalam suhu ruangan [1].
II-12
2.2.4.2 Sensor Level Switch
Level sensor merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian
suatu aliran. Sensor level switch termasuk ke dalam salah satu jenis dari level sensor.
Sensor ini melakukan pensaklaran biasa, ketika cairan kontak dengan sensor maka
switch akan tertekan dan akan menghubungkan kaki NO/NC dengan tegangan 24
VDC maupun 220 VAC, lalu sinyal tersebut diteruskan ke kontroler seperti PLC
(Programmable Logic Control).
Gambar II.8 Sensor Switch Level Air
2.2.5 Power Electronic Converter AC-AC
Konverter AC-AC adalah alat yang digunakan untuk mengontrol nilai tegangan,
arus dan daya rata-rata yang dikirim ke beban AC dari sumber AC.
2.2.5.1 TRIAC
TRIAC merupakan perangkat semikonduktor yang memiliki tiga terminal
memiliki fungsi sebagai pengendali arus listrik. TRIAC merupakan singkatan dari
TRIode for Alternating Current atau trioda untuk arus bolak – balik. TRIAC adalah
thyristor sebagai switching atau pengendali sama halnya dengan SCR.
Perbedaannya adalah TRIAC dapat mengalirkan dua arah arus listrik (bidirectional)
yaitu dari katoda ke anoda atau dari anoda ke katoda karena TRIAC terdiri dari dua
buah SCR yang arahnya berlawanan tetapi dijadikan satu gate, sedangkan SCR
hanya dapat mengalirkan arus dari satu arah (undirectional). Berikut ini adalah
simbol dan struktur dari TRIAC.
II-13
Gambar II.9 Struktur dan Simbol TRIAC
TRIAC tersambung (on) ketika arus positif kecil melalui terminal gate ke MT1
atau berasal pada quadran I dan polaritas MT1 lebih rendah dari MT2. Selama MT2
lebih tinggi dari MT1, TRIAC akan tetap tersambung meskipun TRIAC terhubung
dan rangkaian gate tidak memegang kendali dan arus yang mengalir lebih besar
dari arus genggamnya (holding current/Ih). TRIAC juga akan tetap terhubung
disaat arus negatif melewati gate ke MT1 dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2
dan TRIAC akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang
kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain memberi pemicu
melewati teminal gate, TRIAC juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara
memberikan tegangan yang tinggi sehingga TRIAC melebihi tegangan breakover-
nya terhadap terminal MT1 dan MT2, tetapi cara ini tidak diperbolehkan karena
dapat membuat TRIAC rusak. Ketika TRIAC tersambung (on) maka tegangan jatuh
maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu antara 0.5 volt - 2 volt [6].
II-14
Gambar II.10 Kurva Karakteristik TRIAC
Berikut ini merupakan kelebihan yang dimiliki oleh TRIAC, kelebihan tersebut
adalah :
1. Dapat mengalirkan arus listrik dua arah.
2. Digunakan untuk mengendalikan tegangan listrik AC.
3. Dapat dipakai sebagai interface antara sistem kendali digital dengan beban
tegangan kerja AC.
2.2.5.2 IC TCA785
IC TCA785 adalah produk dari Siemen Semiconductor Group yang dirancang
untuk menghasilkan pulsa pemicu (trigger pulse) yang dapat mengontrol fasa pada
SCR, TRIAC dan transistor, antara 0º - 180º pada sumber tegangan AC. IC TCA785
ini membutuhkan sumber tegangan antara 8 Volt - 18 Volt dengan frekuensi kerja
10 Hz - 500 Hz, serta temperatur kerja antara –250ºC - 85ºC. Sinkronisasi sinyal
dibutuhkan dengan menggunakan resistansi tingkat tinggi dari tegangan sumber
(Vs).
IC TCA785 ini dapat digunakan pada kontrol tegangan AC terkontrol
(conventer) satu fasa dan tiga fasa, dan kontrol tegangan DC terkontrol (DC
chopper). IC TCA785 mempunyai kaki (pin) sejumlah 16.
II-15
Gambar II.11 TCA785
Gambar II.12 Konfigurasi pin TCA785
Prinsip kerja dari IC TCA785 ini yaitu sinyal sinkronisasi dari tegangan sumber
terhubung dengan kaki nomor 5 (VSYNC) melalui resistor berhambatan tinggi.
Zero detector pada IC TCA785 akan menentukan posisi titik nol dan disimpan pada
memori sinkron. Lalu detector ini akan mengendalikan gelombang tegangan sesuai
dengan frekuensi dari sumber tegangan yang diberikan. Kapasitor C10 dan R9 akan
menentukan kemiringan bentuk gelombang yang dihasilkan. Lalu gelombang ini
akan dibandingkan dengan tegangan referensi (Vref) pada kaki nomor 11 oleh
comparator (pembanding). Setelah itu sinyal keluaran dari comparator ini akan
diteruskan ke rangkaian logika. Bila tegangan referensi (Vref) pada kaki 11
memiliki posisi terendah maka sudut penyulutan akan menunjukkan α = 0º.
Sehingga pengaturan sudut pemicu dilakukan dengan mengatur besar kecilnya
tegangan yang diberikan ke kaki nomor 11.
II-16
Gambar II.13 Gelombang pada TCA785
Zero crossing detector akan mendeteksi zero point sekaligus merubah suatu
sinyal sinusoidal menjadi sinyal kotak dan mendeteksi perpotongan gelombang
sinus tegangan AC agar dapat memberikan sinyal acuan saat dimulainya pemicuan
sinyal PWM (Pulse Width Modulation). PWM ini adalah salah satu teknik modulasi
yang akan merubah perbandingan lebar pulsa positif terhadap pulsa negatif ataupun
sebaliknya dalam frekuesi sinyal yang tetap, yang artinya satu perioda (T) pulsa
dalam PWM adalah tetap.
II-17
Tabel II.3 Konfigurasi pin TCA785
Pin Simbol Fungsi
1 GND Netral (Ground)
2 Q2 Keluaran 2 terbalik (Output 2 inverted)
3 QU Keluaran U (Output 2)
4 Q2 Keluaran 1 terbalik (Output 1 inverted)
5 V SYNC Sinkronisasi tegangan (Synchronous Voltage)
6 I Penghalang (Inhibit)
7 QZ Keluaran Z (Output Z)
8 VREF Tegangan terstabilkan (Stabilized Voltage)
9 R9 Ramp resistor (Ramp resistance)
10 C10 Ramp kapasitor (Ramp capacitance)
11 V11 Kontrol Tegangan (Control voltage)
12 C12 Perpanjangan pulsa (Pulse extension)
13 L Pulsa panjang (Long pulse)
14 Q1 Keluaran 1 (Output 2)
15 Q2 Keluaran 2 (Output 2)
16 VS Tegangan sumber (Supply Voltage)
2.2.5.3 Op-Amp
Operational Amplifier atau yang dikenal dengan istilah Op-Amp merupakan
salah satu bentuk IC linear yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal listrik. Op-
Amp terdiri dari beberapa dioda, kapasitor, resistor dan kapasitor yang
teringintegrasi dan terkoneksi sehingga dapat menghasilkan gain (penguatan) yang
tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Op-Amp juga dikenal dengan sebutan
Penguat Operasional.
Op-Amp dibuat dalam bentuk IC, sebuah IC Op-Amp dapat terdiri dari satu
rangkaian Op-Amp atau dapat terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah
rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi single Op-
Amp, dual Op-Amp dan quad Op-Amp.
II-18
Rangkaian Op-Amp mempunyai dua input (masukan) yaitu input inverting dan
input non-inverting dan memiliki satu output (keluaran). Op-Amp memiliki catu
daya positif dan negatif. Bentuk simbol Salah satu tipe IC Op-Amp yang populer
adalah IC741. Berikut ini adalah gambar dari
Gambar II.4 Op-Amp IC741
Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat
operasional) diantaranya adalah :
1. Masukan pembalik (Inverting) –
2. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
3. Catu daya positif +V
4. Catu daya negatif -V
5. Keluaran (output)
Op-Amp terbagi menjadi beberapa jenis rangkaian, yaitu :
a. Penguat Inverting
Gambar II.15 Rangkaian Penguat Inverting
II-19
Berfungsi untuk merubah kutub tegangan keluaran menjadi berlawanan
dengan kutub tegangan masukan. Seperti masukan -10Volt akan
menghasilkan tegangan keluaran +10Volt dengan penguatan 1, hal ini terjadi
karena rangkaian terhubung dengan kutub negatif dari Op-Amp
Vout = - [( 𝑅𝑓
𝑅𝑖𝑛) . Vin]..............................................................................(1)
b. Penguat Non-Inverting
Gambar II.16 Rangkaian Penguat Non-Inverting
Berfungsi untuk penguatan tanpa merubah kutub antara masukan dengan
keluaran.
𝐾 = 1 +𝑅𝑓
𝑅𝑔...............................................................................................(2)
c. Penguat Differential
Gambar II.17 Penguat Differential
Rangkaian ini memiliki dua masukan pada setiap kutub Op-Amp, keluaran
yang dihasilkan merupakan penjumlahan dari masing-masing masukan
dikalikan dengan penguatan.
𝑉𝑜𝑢𝑡 = (𝑉2.𝑅𝑔
𝑅2 ) − (𝑉1.
𝑅𝑓
𝑅1)......................................................................(3)
II-20
2.2.6 Sistem Kendali PI
Sistem kontrol (control system) adalah suatu cara atau metode yang dipelajari
dari kebiasaan manusia saat bekerja, dimana manusia mengamati kualitas dari apa
yang telah mereka kerjakan sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan apa
yang diharapkan pada awalnya. Seiring dengan berkembangnya teknologi maka
pengembangan dan pengoperasian pekerjaan-pekerjaan kontrol yang pada
awalnya dilakukan oleh manusia dibuat menjadi otomatis (dikendalikan oleh
mesin).
Dalam aplikasinya, sistem kontrol mempunyai tujuan dan sasaran tertentu.
Sasaran tersebut adalah mengatur keluaran (output) yang telah ditetapkan oleh
masukan (input) melalui elemen sistem kontrol.
Gambar II.18 Diagram Blok Sistem Kontrol
2.2.6.1 Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open Loop)
Sistem kontrol loop terbuka adalah suatu sistem kontrol yang mempunyai
karakteristik dimana nilai keluaran tidak berpengaruh pada aksi kontrol.
Gambar II.19 Diagram Blok Loop Terbuka
Sistem kontrol loop terbuka lebih sederhana, murah, dan mudah dalam
pembuatannya, tetapi keluaran sistem ini tidak stabil dan sering memiliki tingkat
kesalahan yang besar bila terjadi gangguan dari luar.
II-21
2.2.6.2 Sistem Kontrol Loop Tertutup (Close Loop)
Sistem kontrol loop tertutup atau disebut juga sistem kontrol umpan balik,
dimana nilai keluarannya akan ikut mempengaruhi aksi kontrolnya.
Gambar II.20 Diagram Blok Loop Tertutup
Dibandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka, sistem kontrol loop tertutup
memang lebih rumit, mahal, dan sulit dalam pembuatannya. Akan tetapi sistem ini
memiliki kelebihan yaitu tingkat kestabilannya yang relatif konstan dan tingkat
kesalahan yang kecil jika terjadi gangguan dari luar, hal itulah yang membuat
sistem kontrol loop tertutup ini lebih banyak menjadi pilihan.
2.2.6.3 PID
PID Controller terdiri dari tiga jenis cara pengaturan yang bisa saling
dikombinasikan, yaitu P (Proportional) Controller, D (Derivative) Controller, dan
I (Integral) Controller. Masing-masing kontroler tersebut mempunyai parameter
tertentu yang harus diset agar dapat beroperasi dengan baik dan maksimal yang
disebut sebagai konstanta. Berikut ini adalah tabel respon dari PID.
Tabel II.4 Respon PID
Respon Loop
Tertutup Waktu Naik Overshoot
Waktu
Turun Error
Proportional
(Kp) Menurun Meningkat
Perubahan
Kecil Menurun
Integral
(Ki) Menurun Meningkat Meningkat Hilang
Derivative
(Kd)
Perubahan
Kecil Menurun Menurun
Perubahan
Kecil
II-22
PID Controller memiliki transfer function sebagai berikut :
𝐻(𝑆) =𝐾𝑑 𝑠2+𝐾𝑝 𝑠+𝐾𝑖
𝑠3+𝐾𝑑 𝑠2+𝐾𝑝 𝑠+𝐾𝑖.....................................................................................(4)
2.2.6.4 Sistem Kendali Proporsional (P)
Keluaran Proporsional merupakan hasil perkalian antara konstanta
proporsional dengan nilai error nya. Perubahan yang terjadi pada sinyal masukan
akan membuat sistem secara langsung mengubah keluaran sebesar konstanta
pengalinya.
𝑈(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡).....................................................................................................(5)
Gambar II.21 Blok Diagram Kp
Jika nila Kp kecil, kontroler proporsional hanya dapat melakukan koreksi
kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat.
Gambar II.22 Nilai Kp Kecil
Jika nilai Kp besar, maka respon sistem akan semakin cepat mencapai keadaan
yang stabil, tetapi juga memungkinkan keluaran diatas set point.
II-23
Gambar II.23 Nilai Kp Besar
2.2.6.5 Sistem Kendali Integral (I)
Kontroler proporsional tidak akan bisa menjamin keluaran dari sistem akan
sesuai seperti yang diharapkan jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator.
Pada kontroler integral, respon sistem akan meningkat secara kontinyu atau terus-
menerus kecuali nilai error yang diintegralkan memiliki batas atas (t) dan batas
bawah 0 (nol).
𝑈(𝑡) = 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑡
0................................................................................................(6)
Pada blok diagram kontroler integral dapat dilihat hubungan antara nilai error
dengan keluarannya. Kontroler integral dapat membantu menaikkan respon agar
menghasilkan keluaran sesuai yang diinginkan.
Gambar II.24 Blok Diagram Kontrol Integral
II-24
Gambar II.25 Penggunaan Kp dan Ki
2.2.6.6 Sistem Kendali Proporsional Integral (PI)
Loop tertutup dapat ditentukan dengan beberapa parameter, yaitu rise time,
overshoot, settling time dan steady state error. Rise time merupakan waktu yang
dibutuhkan oleh keluaran plant yang melebihi 90% dari yang diinginkan saat
pertama kali sistem dioperasikan. Overshoot merupakan seberapa besar peak level
lebih tinggi dari steady state, yang berfungsi untuk membuat normal kembali steady
state . Settling time merupakan waktu yang diperlukan sistem untuk
mengkonvergenkan steady state. Steady state error merupakan perbedaan antara
keluaran steady state dengan keluaran yang diinginkan. Kp berfungsi untuk
mengurangi rise time dan Ki berfungsi untuk menghapuskan steady state error.
Berikut adalah gambar pada respon sistem [3].
Gambar II.26 Respon Sistem