PENGGUNAAN TEKNIK KONTROL PID PADA SISTEM ...eprints.unram.ac.id/7139/1/ZAMHARI RATIB...

PENGGUNAAN TEKNIKPENGENDALI K

Untuk memenuhi sebagian persyaratanmencapai drajat Sarjana S

PENGGUNAAN TEKNIK KONTROL PID PADA PENGENDALI KEKENTALAN CAT

Tugas Akhir

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai drajat Sarjana S-1 Jurusan Teknik Elektro

Oleh:

ZAMHARI RATIB F1B011096

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MATARAM 2017

KONTROL PID PADA SISTEM

1 Jurusan Teknik Elektro

PENGGUNAAN TEKNIKPENGENDALI K

Tugas Akhir

PENGGUNAAN TEKNIK KONTROL PID PADA PENGENDALI KEKENTALAN CAT

Oleh:

ZAMHARI RATIB

F1B011096

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MATARAM 2017

KONTROL PID PADA SISTEM EKENTALAN CAT

v

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Pengasih dan

Penyayang atas segala berkat, bimbingan, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir dengan judul "Penggunaan Teknik Kontrol PID

Pada Sistem Pengendali Kekentalan Cat".

Tugas Akhir ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika dan Digital, Jurusan

Teknik Elektro UNRAM. Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah pertama, untuk mengetahui

metode mendapatkan tingkat kekentalan cat sesuai dengan yang diinginkan; kedua, untuk

mengetahui metode mengendalikan kekentalan cat dengan kontrol PID agar tetap setabil;

ketiga, untuk menambah wawasan dan pengetahuan mengenai sistem pengendalian

otomatis. Tugas Akhir ini juga merupakan salah satu persyaratan kelulusan guna mencapai

gelar kesarjanaan di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik UNRAM.

Akhir kata semoga tidaklah terlampau berlebihan, bila penulis berharap agar karya

ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Mataram, 16 Januari 2017

Penulis

vi

UCAPAN TERIMA KASIH Tugas Akhir ini dapat diselesaikan berkat bimbingan dan dukungan ilmiah maupun

materil dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan

ucapan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada:

1. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan segalanya dalam hidup saya.

2. Bapak Yusron Saadi, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Mataram.

3. Bapak Sudi Mariyanto Al Sasongko, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram.

4. Bapak Paniran, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing pertama yang telah

memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama penyusunan Tugas

Akhir ini, sehingga dapat terselesaikan dengan baik.

5. Bapak Syafarudin Ch, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing pendamping yang

telah memberikan bimbingan dan arahan selama menyusun Tugas Akhir ini.

6. Bapak I Nyoman Wahyu S, S.T., M.Sc., Ph.D., selaku dosen penguji utama.

7. Bapak Budi Darmawan, S.T., M.Eng., selaku dosen penguji kedua.

8. Saudara-saudaraku yang telah menyemangati, memberikan dukungan, motivasi,

dan do'a selama penulis menempuh pendidikan di Universitas Mataram.

9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah

memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan imbalan yang setimpal atas bantuan

yang diberikan kepada penulis.

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................... ii

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ....................................................................... iv

KATA PENGANTAR ................................................................................................ v

UCAPAN TERIMA KASIH ...................................................................................... vi

DAFTAR ISI ............................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ....................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xi

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................... xiv

ABSTRAK .................................................................................................................. xv

BAB I : PENDAHULIAN .......................................................................................... 1

1.1 Latar belakang .................................................................................................. 1

1.2 Rumusan masalah ............................................................................................ 2

1.3 Batasan masalah ............................................................................................... 2

1.4 Tujuan penelitian ............................................................................................. 2

1.5 Manfaat penelitian ........................................................................................... 2

1.6 Metode penelitian ............................................................................................ 3

1.7 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 3

BAB II : LANDASAN TEORI .................................................................................... 5

2.1 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 5

2.2 DASAR TEORI ............................................................................................... 7

2.2.1 Viskositas dan viscometer ............................................................................ 7

2.2.2 Pengukuran kekentalan dengan metode cangkir ........................................... 7

2.2.3 Pengukuran kekentalan dengan metode kelereng jatuh ................................ 7

2.2.4 Pengukuran kekentalan dengan motode rotating disk .................................. 8

2.2.5 Kontroler proporsional .................................................................................. 9

2.2.6 Kontroler integral .......................................................................................... 9

2.2.7 Kontroller drivatif ......................................................................................... 10

2.2.8 Kontroler PID ................................................................................................ 11

2.2.9 Metode osilasi Ziegler-Nichols ..................................................................... 12

2.2.10 Sistem rotasi mekanika ............................................................................... 13

viii

2.2.11 Kecepatan sudut .......................................................................................... 14

2.2.12 Pengontrolan motor DC .............................................................................. 15

2.2.13 Solenoid valve ............................................................................................. 17

2.2.14 Perhitungan rasio gear ................................................................................. 18

2.2.15 Penggerak analog motor DC ....................................................................... 19

2.2.16 Arduino UNO .............................................................................................. 20

2.2.17 Power Arduino UNO ................................................................................... 21

2.2.18 Komunikasi Arduino UNO ......................................................................... 21

2.2.19 Programing Arduino UNO .......................................................................... 22

2.2.20 PWM Arduino UNO ................................................................................... 22

2.2.21 Pin analog Arduino UNO ............................................................................ 23

2.2.22 Power supply dengan LM317 ..................................................................... 25

2.2.23 IC LM2917 (Frekuensi to Voltage Converter) ........................................... 26

2.2.24 Schmitt trigger dengan IC SN74LS14 ........................................................ 28

2.2.25 Op-amp sebagai buffer ................................................................................ 29

2.2.26 Op-amp sebagai pengurang ......................................................................... 29

2.2.27 Regresi linear sederhana ............................................................................. 29

BAB III : PERENCANAAN DAN PERANCANGAN SISTEM .............................. 31

3.1 Perancangan sistem secara umum .................................................................... 31

3.2 Perancangan perangkat keras sistem ................................................................ 32

3.3 Desain kontruksi sistem ................................................................................... 33

3.4 Perancangan mekanik sistem ............................................................................ 33

3.4.1 Kerangka alat ................................................................................................ 33

3.4.2 Wadah cat ..................................................................................................... 34

3.4.3 Wadah pencair cat ......................................................................................... 34

3.4.4 Wadah campuran .......................................................................................... 35

3.4.5 Pengaduk dan rangkaian tranducer ............................................................... 36

3.4.6 Kran kendali .................................................................................................. 37

3.5 Perancangan elektronik sistem ......................................................................... 37

3.5.1 Rangkaian sensor kecepatan ......................................................................... 37

3.5.2 Rangkaian LM2917 ...................................................................................... 40

3.5.3 Rangkaian driver kran kendali ...................................................................... 41

3.5.4 Rangkaian LCD 16x2 ................................................................................... 41

ix

3.5.5 Rangkaian op-amp pengurang ...................................................................... 42

3.6 Perancangan program Arduino UNO .............................................................. 43

3.7 Perancangan GUI MATLAB ........................................................................... 43

3.8 Tuning parameter PID ..................................................................................... 44

3.9 Flocart program PID ........................................................................................ 45

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 46

4.1 Hasil keseluruhan mekanik dan elektronik alat ............................................... 46

4.2 Hasil pembuatan GUI MATLAB .................................................................... 46

4.3 Pengukuran output sensor kecepatan ............................................................... 47

4.4 Pengukuran output LM2917 ............................................................................ 50

4.5 Pengukuran kekentalan cat secara manual ....................................................... 54

4.6 Pengukuran kekentalan air secara manual ....................................................... 54

4.7 Pengukuran volume aliran berdasarkan waktu tekan tombol manual ............. 55

4.8 Pengukuran kekentalan campuran bahan secara manual ................................. 56

4.9 Hasil pembuatan rangkaian op-amp pengurang ............................................... 57

4.10 Pembuatan program pembaca kekentalan ...................................................... 59

4.11 Fungsi alih motor DC .................................................................................... 62

4.12 Menentukan data penyusun fungsi alih ......................................................... 63

4.13 Tuning parameter PID ................................................................................... 66

4.14 Program PID Arduino UNO .......................................................................... 72

4.15 Pengujian kontrol PID dengan GUI MATLAB ............................................. 76

BAB V PENUTUP ...................................................................................................... 78

5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 78

5.2 Saran ................................................................................................................ 78

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 79

LAMPIRAN ................................................................................................................. 80

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Ringkasan spesifikasi Arduino UNO .......................................................... 21

Tabel 2.2 Contoh program baca data analog Arduino UNO ...................................... 24

Tabel 3.1 Hubungan pin Arduino UNO dan pin LCD 16x2 ....................................... 42

Tabel 4.1 Program pengukur frekuensi putaran .......................................................... 48

Tabel 4.2 Hasil ukur output sensor kecepatan ............................................................ 49

Tabel 4.3 Program pengukur tegangan analog ........................................................... 51

Tabel 4.4 Hasil ukur tegangan output LM2917 .......................................................... 51

Tabel 4.5 Hasil hitung tegangan output LM2917 ....................................................... 53

Tabel 4.6 Hasil ukur kekentalan cat secara manual .................................................... 54

Tabel 4.7 Hasil ukur kekentalan air secara manual .................................................... 54

Tabel 4.8 Hasil ukur volume aliran berdasarkan waktu tekan tombol manual ........... 55

Tabel 4.9 Hasil ukur kekentalan campuran bahan secara manual .............................. 56

Tabel 4.10 Hasil asumsi Data X dan Data Y .............................................................. 60

Tabel 4.11 Program pengukur nilai kekentalan .......................................................... 61

Tabel 4.12 Karaktristik motor DC .............................................................................. 63

Tabel 4.13 Parameter motor DC seri RS-385 ............................................................. 65

Tabel 4.14 Kode MATLAB dengan Kp=22,698 Ti=0,087 Td=0,02175 .................... 68

Tabel 4.15 Kode MATLAB dengan Kp=22,698 Ti=0,5 Td=0,125 ............................ 69

Tabel 4.16 MATLAB dengan Kp=22,698 Ti=0,75 Td=0,1875 ..................................... 71

Tabel 4.17 Program PID Arduino UNO ..................................................................... 73

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alat ukur kekentalan metode cangkir ..................................................... 7

Gambar 2.2 Alat ukur kekentalan metode kelereng jatuh .......................................... 8

Gambar 2.3 Alat ukur kekentalan metode rotating disc ............................................. 8

Gambar 2.4 Blok diagram kontroler proporsional ...................................................... 9

Gambar 2.5 Blok diagram kontroler integral .............................................................. 10

Gambar 2.6 Blok diagram kontroler drivatif .............................................................. 10

Gambar 2.7 Blok diagram kontroler PID .................................................................... 11

Gambar 2.8 Close-loop Sistem dengan proporsional kontroller ................................. 12

Gambar 2.9 Kurva reaksi dengan ultimate periode (Pcr) ........................................... 12

Gambar 2.10 Tabel metode osilasi Ziegler-Nichols ................................................... 13

Gambar 2.11 Sistem rotasi mekanika ......................................................................... 13

Gambar 2.12 Arah kecepatan benda bergerak melingkar ........................................... 14

Gambar 2.13 Hubungan kecepatan sudut dengan laju linear ...................................... 15

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor DC .............................................................. 15

Gambar 2.15 Solenoid valve ....................................................................................... 17

Gambar 2.16 Perhitungan rasio gear ........................................................................... 18

Gambar 2.17 Konfigurasi penggerak analog pada motor DC .................................... 19

Gambar 2.18 Arduino UNO ........................................................................................ 20

Gambar 2.19 Siklus pulsa PWM ................................................................................. 23

Gambar 2.20 Tabel kemampuan maksimum IC LM317 ............................................ 25

Gambar 2.21 Rangkaian sederhana IC LM317 .......................................................... 25

Gambar 2.22 Rangakaian soal LM317 ....................................................................... 26

Gambar 2.23 Rangkaian LM2917 .............................................................................. 26

Gambar 2.24 Range operasi IC SN74LS14 ................................................................ 28

Gambar 2.25 Rangkaian op-amp buffer ..................................................................... 29

Gambar 2.26 Rangkaian op-amp pengurang .............................................................. 29

Gambar 3.1 Diagram blok sistem pengendali kekentalan cat ..................................... 31

Gambar 3.2 Kontruksi sistem ..................................................................................... 33

Gambar 3.3 Kerangka alat .......................................................................................... 34

Gambar 3.4 Wadah cat ................................................................................................ 34

Gambar 3.5 Aturan pemakaian cat tembok ................................................................ 35

xii

Gambar 3.6 Wadah pencair cat ................................................................................... 35

Gambar 3.7 Wadah campuran .................................................................................... 35

Gambar 3.8 Model tranducer sistem ........................................................................... 36

Gambar 3.9 Kran kendali cat ...................................................................................... 37

Gambar 3.10 Kran kendali pencair cat ....................................................................... 37

Gambar 3.11 Model sensor kecepatan ........................................................................ 37

Gambar 3.12 Rangkaian sensor kecepatan ................................................................. 38

Gambar 3.13 Bentuk glombang kotak ........................................................................ 39

Gambar 3.14 Rangkaian LM2917 .............................................................................. 40

Gambar 3.15 Rangkaian LM2917 dan SN74LS14 ..................................................... 40

Gambar 3.16 Rangkaian driver kran kendali .............................................................. 41

Gambar 3.17 Rangkaian LCD 16x2 ........................................................................... 41

Gambar 3.18 Rangkaian op-amp pengurang .............................................................. 42

Gambar 3.19 Tampilan menu utama Software Arduino.cc ........................................ 43

Gambar 3.20 Tampilan menu utama softwarre GUI MATLAB ................................ 43

Gambar 3.21 Close-loop Sistem dengan proporsional kontroller ............................... 44

Gambar 3.22 reaksi dengan ultimate periode (Pcr) ............................................................... 44

Gambar 3.23 Tabel metode osilasi Ziegler-Nichols ..................................................... 44

Gambar 3.24 Flowcart program PID Arduino UNO .................................................. 45

Gambar 4.1 Hasil keseluruhan mekanik dan elektronik alat ...................................... 46

Gambar 4.2 Hasil pembuatan GUI MATLAB ............................................................ 46

Gambar 4.3 Blok diagram pengukuran output sensor kecepatan ............................... 47

Gambar 4.4 Grafik tegangan input motor terhadap output sensor .............................. 50

Gambar 4.5 Blok diagram pengukuran output LM2917 ............................................. 50

Gambar 4.6 Grafik frekuensi input terhadap output LM2917 ..................................... 52

Gambar 4.7 Vasil ukur volume aliran ......................................................................... 55

Gambar 4.8 Grafik persentase kekentalan terhadap volume air ................................. 57

Gambar 4.9 Rangkaian op-amp pengurang ................................................................ 58

Gambar 4.10 Hasil pembuatan rangkaian op-amp pengurang .................................... 58

Gambar 4.11 Gearbox aktuator .................................................................................. 62

Gambar 4.12 Gear dan motor aktuator ....................................................................... 62

Gambar 4.13 Blok diagram metode osilasi Ziegler-Nichols ....................................... 66

Gambar 4.14 Blok diagram dengan Kp=22,698 Ti=0,087 Td=0,02175 .................... 68

xiii

Gambar 4.15 Grafik hasil respon dengan Kp=22,698 Ti=0,087 Td=0,02175 ............ 68

Gambar 4.16 Blok diagram dengan Kp=22,698 Ti=0,5 Td=0,125 ............................ 69

Gambar 4.17 Grafik hasil respon dengan Kp=22,698 Ti=0,05 Td=0,125 .................. 70

Gambar 4.18 Blok diagram dengan Kp=22,698 Ti=0,75 Td=0,1875 ........................ 71

Gambar 4.19 Grafik hasil respon dengan Kp=22,698 Ti=0,75 Td=0,1875 ................ 71

Gambar 4.20 Blok diagram PID dan plant ................................................................. 72

Gambar 4.21 Hasil pengujian kontrol PID ................................................................. 76

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 : Hasil pengukuran output sensor kecepatan ........................................... 81

Lampiran 2 : Hasil pengukuran output LM2917 ......................................................... 84

Lampiran 3 : Hasil pengukuran kekentalan air ........................................................... 87

Lampiran 4 : Hasil pengukuran kekentalan cat .......................................................... 89

Lampiran 5 : Hasil pengukuran waktu tekan tombol manual ..................................... 91

Lampiran 6 : Hasil pengukuran kekentalan campuran bahan ..................................... 92

Lampiran 7 : Datasheet IC LM2917 ........................................................................... 94

Lampiran 8 : Datasheet IC SN74LS14 ....................................................................... 103

Lampiran 9 : Datasheet sensor kecepatan (GP1S53V) ............................................... 115

Lampiran 10 : Datasheet motor DC Mabuchi RS-385 PH ......................................... 122

Lampiran 11 : Datasheet IC LM317T ......................................................................... 123

Lampiran 12 : Hasil pembuatan program GUI MATLAB ......................................... 131

xv

ABSTRAK

Dalam proses pengecatan dilakukan tahapan proses penentuan kekentalan cat

agar hasil yang diinginkan sesuai dengan yang diharapkan. Proses penentuan kekentalan

dilakukan dengan mencampur cat dengan pencair cat, kemudian dilakukan penentuan

kekentalan. Secara tradisional penentuan kekentalan cat dilakukan dengan cara

perkiraan, sehingga kekentalan hasil campuran pertama akan sulit disamakan dengan

kekentalan hasil campuran kedua dan seterusnya.

Sistem pengendali kekentalan cat adalah suatu sistem yang digunakan untuk

mempermudah dalam proses penentuan nilai kekentalan cat. Pada sistem ini, nilai

kekentalan dibaca dengan cara melihat cepat atau lambatnya putaran motor DC dan

nilai kekentalan cat ditampilkan dalam bentuk persentase kekentalan, sehingga proses

penyamaan nilai kekentalan dapat dilakukan. Dengan menyamakan nilai kekentalan

maka sistem ini diharapkan dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan efisiensi dalam

proses pengecatan.

Dalam perancangan sistem pengendali kekentalan cat, diterapkan suatu teknik

kontrol PID dengan tujuan agar sistem dapat bekerja secara optimal. Pada penelitian ini

digunakan metode Trial dan Error untuk proses tuning parameter PID. Dalam

perencanaan pembuatan alat digunakan Arduino UNO sebagai unit kontrol, dua buah

kran kendali, wadah cat, wadah air, pengaduk, sensor, GUI MATLAB, dan lain-lain.

Dari hasil tuning parameter PID dengan metode Trial dan Error didapatakan nilai Kp =

22,69 , Ki = 30,25 , dan Kd = 4,25. Dalam program Arduino UNO, hasil kalkulasi nilai

PID dimanfaatkan untuk memilih kran kendali yang akan di gerakkan, sehingga sistem

dapat bekerja menentukan nilai kekentalan cat.

Kata Kunci : Kekentalan Cat, PID, Trial dan Error, Arduino UNO

xvi

ABSTRAK

In the process of painting done stages of the process of determining the

viscosity of the paint so that the desired results as expected. The process of determining

the viscosity was made by mixing paint with paint diluent, then made the determination

of viscosity. Traditionally determination of the viscosity of the paint is done by way of

an estimate, so the viscosity of the resulting mixture will first be difficult equated with

the viscosity of the mixed results the second and so on.

Paint viscosity control system is a system used to simplify the process of

determining the viscosity of the paint. In this system, the viscosity value is read by

seeing how fast or slow the rotation of DC motor and paint viscosity values shown in

percentages viscosity, so that the equalization process viscosity values can be done. By

equating the value of the viscosity of the system is expected to be used to improve

efficiency in the process of painting.

In the design of control systems viscosity of the paint, apply a PID control

techniques with the aim for the system to work optimally. In this study used methods

Trial and Error for the PID parameter tuning process. In planning the production of

tools used Arduino UNO as control units, two control valves, paint containers, water

containers, stirrers, sensors, GUI MATLAB, and others. PID parameter tuning of results

by the method of Trial and Error obtained value Kp = 22,69 , Ki = 30,25 , and Kd =

4,25. In the Arduino UNO program, PID value calculation results used to select faucet

controls will be in motion, so that the system can work to determine the value of

viscosity of paint.

Keywords : Paint viscosity, PID, Trial and Error, Arduino UNO.

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Pada jaman sekarang ini perkembangan teknologi begitu pesat, peralatan-peralatan

canggih bermunculan, hal ini dikarenakan hampir semua sistem dikendalikan secara

otomatis. Mulai dari peralatan yang sangat sederhana hingga yang sangat kompleks

diupayakan dapat dioperasikan secara otomatis dengan tujuan ahir untuk membantu serta

mempermudah pekerjaan manusia.

Adapun pekerjaan yang dilakukan manusia itu beraneka ragam bentuknya. Akan

tetapi, setiap pekerjaan ada yang membutuhkan ketelitian, seperti dalam proses pengecatan.

Dalam proses pengecatan memiliki beberapa tahapan, yaitu tahap pembersihan,

pendempulan dan pengamplasan tempat yang akan di cat, maksudnya agar tempat

pengecatan dapat menjadi bersih, rata, halus dan mudah dikerjakan untuk proses

selanjutnya, serta cat dapat menempel dengan kuat.

Proses selanjutnya yaitu melakukan pengecatan, tetapi sebelum melakukan pengecatan

dilakukan proses pelarutan cat, agar hasil pengecatan diproleh seoptimal mungkin. Dalam

proses pelarutan, sebagian besar masih menggunakan cara yang biasa-biasa saja (cara

tradisional) dalam menentukan kekentalan cat yang diinginkan.

Cara tradisional yang dimaksud yaitu mencampur cat dan larutan pencair cat dengan

cara diperkirakan seberapa banyak cat yang dibutuhkan dituangkan ke suatu wadah, setelah

itu larutan pencair dituangkan sedikit demi sedikit sampai diperoleh tingkat kekentalan

yang diinginkan. Cara menentukan kekentalan yang diinginkan sangat sederhana yaitu

dengan mengangkat pengaduk dan melihat jatuhnya cat pada tempatnya, dalam hal ini,

kemampuan melihat serta memperkirakan kekentalan cat melalui jatuhnya cat sangat

dibutuhkan. Jika cat yang dibutuhkan kurang dari yang diperkirakan, akan dilakukan

pelarutan ulang, sehingga untuk menyamakan hasil kekentalan pencampuran pertama

dengan kekentalan pencampuran kedua sangat sulit dicapai.

Untuk mencapai tingkat kekentalan cat, dibuatlah sistem pengaturan kekentalan cat

secara otomatis. Sistem pengaturan kekentalan cat secara otomatis telah digunakan oleh

2

perusahaan-perusahaan besar, seperti pabrik perakitan kendaraan bermotor dan pabrik

mobil.

Berdasarkan cara tradisional yang telah penulis paparkan diatas, maka muncul ide

penulis untuk merancang suatu sistem pengendali kekentalan cat dengan menggunakan

kontrol PID. Dengan menggunakan kontrol PID (Proporsional, Integral, Drivative), alat ini

diharapkan mampu menentukan tingkat kekentalan cat serta dapat bekerja secara optimal.

1.2 Rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah diuraikan di atas dapat diambil

beberapa rumusan masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana merancang pengendali kran kendali untuk mendapatkan tingkat

kekentalan yang diinginkan?

2. Bagaimana merancang tranducer untuk membaca tingkat kekentalan yang

diinginkan?

3. Bagaimana merancang kontrol PID untuk mengendalikan tingkat kekentalan cat

yang diinginkan?

1.3 Batasan masalah

Untuk membatasi materi yang dibahas dalam tugas ahir ini, maka diperlukan batasan

masalah sebagai berikut:

1. Hanya digunakan pada sistem pengecatan.

2. Dalam menentukan kekentalan, warna cat diabaikan.

3. Cat yang digunakan adalah jenis cat tembok dengan air sebagai pencairnya.

1.4 Tujuan penelitian

Tujuan dari penulisan tugas ahir ini adalah:

1. Untuk mengetahui metode mendapatkan tingat kekentalan cat sesuai dengan

yang diinginkan.

2. Untuk mengetahui metode mengendalikan kekentalan cat dengan kontrol PID

agar tetap setabil.

1.5 Manfaat penelitian

Pembuatan tugas ahir ini mempunyai manfaat antara lain:

1. Untuk mempermudah serta dapat meningkatkan efisiensi dalam proses

pengecatan.

3

2. Dapat digunakan oleh masyarakat luas atau usaha-usaha kecil yang membuka

jasa pengecatan.

3. Untuk penulis, dapat menambah wawasan dan pengetahuan mengenai sistem

pengendalian otomatis.

4. Untuk menambah pengetahuan bagi yang berkecimpung dibidang pengecatan,

bidang percetakan, dan bidang lainnya dalam industri kecil.

1.6 Metode penelitian

Untuk mencapai tujuan yang direncanakan, maka dalam mengerjakan tugas ahir ini

dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Studi pustaka

Mempelajari teori-teori yang menunjang dan mencari informasi yang

berhubungan dengan tugas ahir ini.

2. Perancangan sistem

Mulai dari perencanaan sistem, perancangan hardware dan perancangan software

dan perangkat lainnya yang mendukung pembuatan tugas ahir ini.

3. Pengujian dan analisis sistem

Meliputi pengujian dan analisis dari setiap blok sistem dan kemudian dilanjutkan

dengan pengujian keseluruhan sistem pada kondisi sebenarnya.

4. Pengambilan kesimpulan

Mulai dari pengujian yang telah dilakukan, kemudian ditarik kesimpulan dari apa

yang telah dikerjakan.

1.7 Sistematika penulisan

Pembahasan dalam tugas ahir ini dikelompokkan dalam beberapa BAB, yaitu BAB

pendahuluan, landasan teori, perancangan sistem, pengujian dan analisis serta penutup

yang berisi kesimpulan. Adapun uraian pada setiap BAB tersebut adalah:

BAB I Pendahuluan

BAB ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian.

BAB II Landasan Teori

BAB ini berisi tentang tinjauan pustaka dan teori dasar yang mendukung

penulisan tugas ahir ini.

4

BAB III Perancangan Sistem

BAB ini menjelaskan mengenai analisis dan perancangan sistem secara

keseluruhan.

BAB IV Pengujian Dan Analisis

BAB ini berisi tentang pengujian dan analisis terhadap hasil pengujian dari

pralatan yang telah dibangun.

BAB V Penutup

BAB ini berisi tentang kesimpulan dan saran terhadap seluruh kegiatan

tugas ahir yang telah dilakukan.

5

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Berikut ini adalah tinjauan pustaka yang mendukung rancangan tugas ahir tentang

Penggunaan Teknik Kontrol PID Pada Sistem Pengendali Kekentalan Cat:

1. Alkaff, Z (2002) “Sistem Kendali Kekentalan Cat Dalam Proses Pengecatan”

Fakultas Teknik, Universitas Mataram.

Alkaff (2002) melakuakan penelitian yang berjudul “Sistem Kendali

Kekentalan Cat Dalam Proses Pengecatan” dan bertujuan untuk mengetahui

cara mendapatkan kekentalan cat sesuai dengan yang diinginkan dan untuk

mengetahui cara mengendalikan kekentalan cat agar tetap setabil. Dalam

perancangannya, Alkaff menggunakan motor mixer sebagai tranducer untuk

mengaduk sekaligus membaca kekentalan cat melalui putaran motor mixer,

dalam hal ini, modul kendali yang digunakan memiliki rangkaian yang terdiri dari

3 buah IC yaitu CD4029BM (merupakan presetable binary decade up/down

counter), AD7510DI (merupakan protected analog switches) dan MC14528B

(merupakan dual monostable multivibrator). Dalam perancangan ini, Alkaff tidak

menggunakan metode kontrol seperti kontrol PID, PLC, dan lain sebagainya. Dalam

kesimpulannya, Alkaff menyarankan, untuk menghasilkan kinerja yang lebih baik

pada alat ini, dapat ditambahkan suatu rangkaian yang dapat mememori kekentalan

sesuai dengan yang diinginkan.

Berdasarkan tinjauan pustaka yang pertama ini dapat dilihat bahwa kendali

kekentalan cat sudah ada yang membuatnya, akan tetapi masih membutuhkan proses

pengembangan yang lebih lanjut. Oleh karna itu, penulis memiliki ide untuk

mengembangkan sistem kendali kekentalan cat dengan menambahkan sistem kontrol PID.

6

2. Fauziansyah, F (2015) "Desain Kendali PID Dengan Metode Ziegler-Nichols Dan

Cohen-Coon Menggunakan MATLAB Dan Arduino Pada Plant Level Air" Diploma

III Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Bandung.

Fauziansyah (2015) melakukan penelitian yang berjudul "Desain Kendali

PID Dengan Metode Ziegler-Nichols Dan Cohen-Coon Menggunakan MATLAB

Dan Arduino Pada Plant Level Air" dan bertujuan untuk menangani level

ketinggian air agar tidak berlebihan. Dalam perancangannya, Fauzan menggunakan

sistem kontrol PID dimana parameter nilai PID dicari menggunakan metoda

pertama Ziegler-Nichols dan metoda Cohen-coon. Fauzan mencoba mengenali

kedua metode, dan mencoba memilih metode yang cocok untuk digunakan dalam

sistem yang dibuat. Setelah kedua metode dicoba, Fauzan memilih metode pertama

Ziegler-Nichols sebagai metode terbaik pada sistem yang dibuat, alasannya karna

respon yang dihasilkan dengan menggunakan metode tersebut sesuai dengan yang

diinginkan.

Berdasarkan tinjauan pustaka kedua ini, mengungkapkan bahwa setiap metode

memiliki karaktristik respon yang berbeda, sehingga dalam penelitian ini penulis akan

menggunakan metode kedua Ziegler-Nichols yaitu metode osilasi.

3. Bachtiar, M.M. (2011) "Sistem Kontrol Inverted Pendulum Pada Balanching

Mobile Robot" Politeknik Elektronika, Negeri Surabaya.

Bachtiar (2011) melakukan penelitian yang berjudul "Sistem Kontrol

Inverted Pendulum Pada Balanching Mobile Robot" dan bertujuan untuk

menentukan keseimbangan robot. Dalam penelitiannya, Mochamad mencoba

menggunakan kontrol PID sebagai metode kontrol pada sistem yang dibuat. Karna

sistem yang digunakan merupakan sistem loop tertutup sehingga Mochamad

mencoba melakukan tuning parameter PID dengan metode Ziegler-Nichols tipe 2.

Dalam kesimpulannya, didapatkan hasil respon PID robot yaitu overshoot

masksimal < 20%, steady state < 8%, rise time < 3s dan Mochamad

mengungkapkan bahwa, berdasarkan hasil tesebut menandakan kontrol PID bekerja

dengan baik pada sistem yang dibuat.

7

2.2 DASAR TEORI

2.2.1 Viskositas dan viscometer

Menurut Abdullah (2016), Viskositas adalah besaran yang mengukur gesekan

fluida. Satuan viskositas adalah N.s/��. Satuan viskositas yang lain adalah dyne.s/��,

satuan ini juga disebut poise (P). Umumnya, koefisien viskositas dinyatakan dalam cP

(centipoise = 0,001 P).

Viskometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur viskositas fluida. Untuk

cairan dengan viskositas yang berbeda dengan kondisi aliran, alat yang digunakan disebut

Rheometer. Alat ukur kekentalan hanya mengukur dengan satu syarat yaitu adanya aliran.

2.2.2 Pengukuran kekentalan dengan metode cangkir

Penentuan kekentalan dengan menggunakan cangkir yang bagian bawahnya

terdapat lubang kecil untuk mengosongkan larutan yang ada pada cangkir tersebut. Selang

waktu dijadikan sebagai ukuran kekentalan suatu larutan, dan cangkir harus dalam keadaan

bersih, supaya volume yang ada pada cangkir tidak berubah. Cangkir yang digunakan untuk

mengukur diisi dengan larutan yang akan diukur sampai penuh kemudian lubang yang ada

pada bagian bawah dibuka dan mulai menghitung waktu dengan menggunakan stopwatch.

Setelah larutan yang ada pada cangkir keluar semua maka stopwatch dimatikan dan

diproleh selang waktu aliran. Dalam metode ini, kekentalan dinyatakan dalam satuan

waktu.(Alkaff, 2002)

Gambar 2.1 Alat ukur kekentalan metode cangkir.

2.2.3 Pengukuran kekentalan dengan metode kelereng jatuh

Prinsip dalam metode ini adalah, larutan yang akan diukur dimasukkan dalam

tabung dengan ukuran tertentu. Kemudian kelereng dimasukkan pada tabung tersebut maka

8

Klereng yangdi lepaskan

Tabung dan Larutanyang diukur

Motor Pemutar

Poros kopel

Wadah dan Larutan yangdiukur kekentalannya

Piringan yangberputar

kelereng akan jatuh ke bawah. Saat kelereng dilepaskan maka stopwatch dihidupkan dan

mulai menghitung waktu. Apabila kelereng yang dijatuhkan sudah mencapai dasar tabung

maka stopwatch dimatikan dan mencatat waktu yang ditunjukkan oleh stopwatch. Dalam

metode ini, kekentalan dinyatakan dalam satuan waktu.(Alkaff, 2002)

Gambar 2.2 Alat ukur kekentalan metode kelereng jatuh.

2.2.4 Pengukuran kekentalan dengan metode rotating disk

Metode ini merupakan penentuan kekentalan dimana larutan yang akan diukur

dimasukkan ke suatu wadah tertentu dan kemudian larutan tersebut diaduk dengan piringan

berputar (Rotating Disc). Piringan berputar tersebut diputar menggunakan sebuah motor

dengan kecepatan konstan. Apabila larutan yang diukur mempunyai kekentalan yang tinggi

maka kecepatan putar motor akan menjadi lambat dan apabila kekentalanya rendah maka

kecepatan putar motor menjadi lebih cepat. Perubahan kecepatan putar inilah yang

digunakan untuk mengetahui perubahan nilai kekentalannya.(Alkaff, 2002)

Gambar 2.3 Alat ukur kekentalan metode rotating disc.

9

+-

KpE(s) M(s)

2.2.5 Kontroler proporsional

Kontroler proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan

besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).

Secara lebih sederhana dapat dikatakan bahwa keluaran kontroler peroporsional merupakan

perkalian antara konstanta proporsional dengan masukannya. Perubahan sinyal masukan

akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengubah kelurannya sebesar konstanta

pengalinya.

Gambar 2.4 Blok diagram kontroler proporsional.

Ciri-ciri kontroller proporsional harus diperhatikan ketika kontroler tersebut

diterapkan pada suatu sistem.

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 sistemm menunjukkan semakin cepat mencapai

keadaan mantapnya.

3. Jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan

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

2.2.6 Kontroler integral

Kontroler integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan

keadaan mantap nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator (1/s), kontroler

proporsional tidak akan mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan

mantapnya nol. Dengan kontroler integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu

mempunyai kesalahan keadaan mantapnya nol. Kontrol integral memiliki karakteristik

seperti halnya sebuah integral. Keluaran kontroler sangat dipengaruhi oleh perubahan yang

sebanding dengan nilai sinyal kesalahan. Keluaran kontroler ini merupakan jumlahan yang

10

+-

1E(s) M(s)

T i s

+-

E(s) M(s)Td s

terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami

perubahan, keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan.

Gambar 2.5 Blok diagram kontroler integral.

Cirir-ciri kontroler integral harus diperhatikan ketika kontroler tersebut di terapkan

pada suatu sistem.

1. Keluran kontroler membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga kontroler integral

cendrung memperlambat respon.

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

nilai sebelumnya.

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

penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.

4. Konstanta nilai Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi

semakin besar nilai Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran

kontroler.

2.2.7 Kontroler drivatif

Keluaran kontroler drivatif (diferensial) memiliki sifat seperti halnya operasi

derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan kontroler, akan mengakibatkan

perubahan yang sangat besar dan cepat.

Gambar 2.6 Blok diagram kontrol drivatif.

11

+-

1e(t)

Ti

Kp

+Kp e(t) dt

Kp Tdd e(t)

dtUmpanBalik

u(t) m(t)

+

+

Pada kontrol drivatif, ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran

kontroler juga tidak mengalami perubahan, sedangkan ketika sinyal masukan berubah

mendadak dan naik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan bentuk impuls. Jika

sinyal masukan berubah naik secara perlahan (disebut fungsi ramp), kelurannya justru

merupakan fungsi step yang besar magnitudenya dan sangat dipengaruhi oleh kecepatan

naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diferensial Td.

Karaktristik kontroler diferensial adalah sebagai berikut:

1. Kontroler ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada

masukannya (berupa sinyal kesalahan atau error).

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

kontroler tergantung pada nilai Td dan laju perubahan sinyal kesalahan.

3. Kontroler diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, shingga

kontroler ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit

kesalahan menjadi sangat besar. Jadi kontroler diferensial dapat mengantisipasi

pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif, dan cendrung

meningkatkan stabilitas sistem.

4. Kontroler diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu

sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya.

2.2.8 Kontroler PID

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing kontroler P, I dan D dapat

saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel. 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.

∫

Gambar 2.7 Blok diagram kontroler PID.

12

Keluaran dari kontrol PID merupakan jumlahan dari keluaran kontroler

proporsional, keluaran kontroler integral, dan keluran kontroler drivatif. Karakteristik

kontroler PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter (P, I dan D).

Penyetelan konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-

masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat distel lebih menonjol

dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi

pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan. Hasil paralel ketiga parameter tersebut,

didapatkan persamaan (2-10 sebagai berikut.(Ogata, 1996)

� (�)

�(�) = Kp e(t) +

�

�� Kp ∫ e(t) dt + Kp Kd

��(�)

�� (2-1)

2.2.9 Metode osilasi Ziegler-Nichols

Tuning parameter PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karaktristik yang diatur

(plant). Metode osilasi didasarkan atas reaksi sistem untaian tertutup. Plant disusun serial

dengan kontrol PID. Semula, parameter integrator (Ti) disetel tak terhingga dan parameter

diferensial (Td) disetel sama dengan nol. Parameter proporsional kemudian di naikkan

bertahap, mulai dari nol sampai mencapai harga yang mengakibatkan reaksi sistem

berosilasi. Reaksi sistem harus berosilasi dengan magnitude tetap (Sustain oscillation).

Gambar 2.8 menunjukkan rangkaian untaian tertutup pada metode osilasi ziegler-nichols.

Gambar 2.8 Close-loop Sistem dengan proporsional kontroller.(Ogata, 1997) Nilai penguatan proporsional pada saat sistem mencapai kondisi sustain oscillation

disebut ultimate gain (Kcr). Periode dari sustained oscillation disebut ultimate periode

(Pcr). Gambar 2.9 menggambarkan kurva reaksi untaian tertutup ketika berosilasi.

Gambar 2.9 Kurva reaksi dengan ultimate periode (Pcr).(Ogata, 1997)

13

T

J

b

Tuning parameter PID didasarkan terhadap kedua konstanta hasil eksperimen Kcr

dan Pcr. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai parameter Kp, Ti, dan Td

berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada gambar 2.10 berikut ini.

Gambar 2.10 Tabel metode osilasi Ziegler-Nichols.(Ogata, 1997)

2.2.10 Sistem rotasi mekanika

Gambar 2.11 Sistem rotasi mekanika.(Ogata, 1996)

Sistem rotasi mekanika seperti ditunjukkan dalam gambar 2.11. Sistem terdiri dari

inersia beban dan peredaman gesekan-liat. Untuk sistem rotasi mekanika demikian, maka

hukum Newton kedua menyatakan:

J.a = ∑ T (2-2)

dengan J = momen inersia dari beban, (Kg-��)

a = percepatan sudut dari beban, (Rad/��)

T = torsi yang diterapkan ke sistem, (N-m)

14

Penerapan hukum Newton kedua terhadap sistem, didapatkan persamaan:

Jὠ = - bω + T (2-3)

dengan J = momen inersia beban, (Kg-��)

b = koefisien gesekan-liat, (��

��/�)

ω = kecepatan sudut, (rad/s)

T = torsi, (N-m)

Persamaan terakhir dapat ditulis sebagai berikut:

Jὠ + bω = T (2-4)

2.2.11 Kecepatan sudut

Pada gerak melingkar, arah gerak benda selalu menyinggung lintasan seperti yang

diperlihatkan pada gambar 2.12 berikut ini.

Gambar 2.12 Arah kecepatan benda bergerak melingkar.(Abdullah, 2016)

Untuk menentukan kecepatan benda yang melakukan gerak melingkar,

terlebihdahulu didefinisikan besaran kecepatan sudut ω. Kecepatan sudut menyatakan

perbandingan sudut yang ditempuh benda terhadap waktu. Untuk perubahan tersebut

diilustrasikan pada gambar 2.13. Dengan definisi tersebut maka rumus untuk kecepatan

sudut adalah:

ω = �

� (2-5)

15

Gambar 2.13 Hubungan kecepatan sudut dengan laju linear.(Abdullah, 2016)

2.2.12 Pengontrolan motor DC

Rangkaian ekivalen dari sebuah motor DC dengan pengontrolan jangkar dapat

ditunjukkan seperti dalam gambar 2.14 berikut ini.

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor DC.(Pitowarno, 2007)

Keterangan:

�� = Tegangan armature yang dikenakan pada kumparan (Volt)

ia = Arus kumparan jangkar (A)

Ra = Resistansi kumparan jangkar (Ω)

La = Induktansi kumparan jangkar (henry)

�� = Gaya gerak listrik balik atau emf balik (Volt)

T = Torsi yang diberikan oleh motor (Nm)

16

ω = Kecepatan sudut putaran (Rad/s)

θ = Perpindahan sudut dari poros motor (Rad)

J = Momen inersia ekivalen dari motor dan beban pada poros motor (Kg-��)

b = Koefisien gesekan viskos dan beban pada poros motor (��

��/�)

Torsi T yang dihasilkan motor adalah berbanding lurus dengan hasil kali dari arus

kumparan Ia.

T = K.Ia (2-6)

Dengan K adalah konstanta torsi motor. Bila kumparan berputar, maka tegangan

akan sebanding dengan hasil kali fluks dan kecepatan sudut yang diinduksikan pada

kumparan. Untuk fluks yang konstan, tegangan induksi ��berbanding lurus dengan

kecepatan sudut ( ω = ��

�� ), atau:

�� =�� . ��

�� (2-7)

Dengan ��adalah emf balik dan �� adalah konstanta emf balik.

Dari gambar 2.14 diatas, persamaan umum dari motor DC adalah:

�� = La. ��

�� + Ra.Ia + �� (2-8)

Arus jangkar menghasilkan torsi yang bekerja terhadap inersia dan gesekan,

sehingga didapatkan persamaan torsi T, yaitu:

� ὠ + b ω = T = K.Ia (2-9)

�. ��

�� + �.

��

�� = T = K.Ia (2-10)

Dalam bentuk laplace adalah:

( �� + �s) θ(s) = T = K.Ia (s) (2-11)

Dari persamaan (2-8), berdasarkan hukum kirchoff, V=I.R atau I=V/R maka

didapatkan persamaan arus Ia dalam bentuk laplace sebagai berikut:

Ia (s) = ��(�)��(�)

�� (2-12)

17

Dengan mensubtitusikan persamaan (2-12) ke persamaan (2-11) maka didapatkan

persamaan (2-13) sebagai berikut.

( �� + �s) θ(s) = T = K(��(�)��(�)

��) (2-13)

Dari persamaan (2-13), didapatkan fungsi alih motor DC, yaitu:

�(�)

��(�) =

�

�(��(��)��) (2-14)

Jika motor DC menggunakan 2 gear yang membentuk gearbox dengan rasio, n =

N1/N2 maka persamaannya menjadi:

�(�)

��(�) =

��

�(��(��)��) (2-15)

2.2.13 Solenoid valve

Gambar 2.15 Solenoid valve.(Ogata, 1997)

Solenoid valve merupakan suatu jenis komponen elektrik yang berfungsi untuk

menghentikan atau meneruskan aliran suatu cairan. Solenoid valve terdiri dari sebuah

kumparan yang berbentuk silinder dimana pada bagian tengahnya terdapat sebuah inti besi

yang dibuat dengan magnet yang disebut plugger. Pada prinsipnya, apabila pada kumparan

dialiri arus listrik maka akan menimbulkan medan magnet segingga akan menarik plugger

ke bagian tengah kumparan dan akibatnya akan membuka katup. Dan jika aliran listrik

dimatikan maka akan menghilangkan medan magnet dan plugger akan bergerak kembali ke

posisi semula.

Pada solenoid valve dapat ditrapkan aksi kontrol dua posisi atau on

sistem kontrol dua posisi, elemen pembangkit hanya memiliki dua posisi tertentu

dan off.

2.2.14 Perhitungan rasio gear

Rasio gear atau perbandingan gigi gear adalah angka yang menunjukkan tingkat

ukuran besar kecilnya antara gigi

percepatan. Adapun cara menghitung kombinasi dua

Untuk kembinasi 2 gear misalnya adalah gear A dan Gear B adalah

Rasio gear = A : B

Gambar 2.

Untuk kembinasi 4 gear adalah misalnya Gear A, B, C dan Gear D

Rasio gear = (B : A) x (D : C)

Untuk kombinasi 5 gear adalah misalnya gear A, B, C, D dan gear E

Rasio gear = ( B : A) x (E : C) x (D : E)

Contoh:

Jumlah gigi pada Gear A = 100, B = 50, C =

Rasio gearnya = (100 : 50) x (40 : 20) = 4

Jadi, rasio gearnya adalah

menghasilkan 1 kali putaran output pada poros keluaran transmisi.

valve dapat ditrapkan aksi kontrol dua posisi atau on

sistem kontrol dua posisi, elemen pembangkit hanya memiliki dua posisi tertentu

asio gear


ukuran besar kecilnya antara gigi-gigi pada transmisi pada masing

percepatan. Adapun cara menghitung kombinasi dua gear atau lebih sebagai berikut:


Gambar 2.16 Perhitungan rasio gear.(Khurmi, 2005)

Untuk kembinasi 4 gear adalah misalnya Gear A, B, C dan Gear D

: A) x (D : C)


Rasio gear = ( B : A) x (E : C) x (D : E)

Jumlah gigi pada Gear A = 100, B = 50, C = 40, D = 20

(100 : 50) x (40 : 20) = 4

Jadi, rasio gearnya adalah 4, maksudnya adalah 4 kali putaran kopel akan

menghasilkan 1 kali putaran output pada poros keluaran transmisi.

18

valve dapat ditrapkan aksi kontrol dua posisi atau on-off. Dalam

sistem kontrol dua posisi, elemen pembangkit hanya memiliki dua posisi tertentu yaitu on


gigi pada transmisi pada masing-masing tingkat

gear atau lebih sebagai berikut:



4, maksudnya adalah 4 kali putaran kopel akan

19

VB

VB

V Supply V Supply

Motor

MotorIc

Ic

(a) Common Emitter (b) Common Collector

2.2.15 Penggerak analog motor DC

Sistem penggerak analog berupa linier power amplifier yang ditempatkan diatanara

pengatur dan motor. Biasanya berupa penguat arus sedangkan tegangan keluaran boleh

lebih kecil atau lebih besar dari tegangan input motor.

Rangkaian penggerak analog yang sederhana adalah amplifier kelas A yaitu amplifier yang

menggunakan sebuah transistor saja. Rangkaiannya bisa berupa CE (common emitter) yang

memberikan gain penguatan arus sekaligus tegangan atau CC (common colector) yang

memberikan gain pengutan arus saja.

Gambar 2.17 Konfigurasi penggerak analog pada motor DC.

Cara kerja kedua rangkaian penggerak ini adalah sama, saat tegangan basis (VB)

naik melampui tegangan forward-bias maka teransistor akan on dan memberikan arus

colector mengalir. Arus colector 30 sampai 100 kali lebih besar dari arus basis tergantung

dari gain transistor (hfe). Saat transistor on, arus colector ditentukan oleh VB. Tetapi

amplifier kelas A sangat tidak efisien, saat transistor on penuh arus colector mengalir

sepenuhnya tetapi saat transistor setengah menyala (half-on) menyebabkan arus colector

yang mengalir menjadi setengah juga. Half-on terjadi karena panas yang ditimbulkan oleh

transistor menyebabkan dayanya berkurang.

20

2.2.16 Arduino UNO

Gambar 2.18 Arduino UNO.(Santoso, 2015)

Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega

328p. Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat

digunakan sebagai output PWM, 6 input Analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah

koneksi USB, sebuah powerjack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino

UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah

menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya

dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. Arduino

UNO berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino UNO tidak menggunakan

chip driver FTDI usb-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2, Atmega8U2 sampai ke

versi R2 diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino

UNO mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang

membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Revisi 3 dari board

Arduino UNO memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:

Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin

baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang

memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan dari

board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel/cocok dengan board

yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan tegangan 5V dan dengan Arduino

DUE yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang ke-dua ini merupakan sebuah

pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk tujuan kedepannya.

Sirkit RESET yang lebih kuat

http://arduino.cc/en/Hacking/DFUProgramming8U2

21

Atmega 16U2 menggantikan 8U2

Tabel 2.1 Ringkasan spesifikasi Arduino UNO.

Ringkasan

Mikrokontroller ATmega328P

Tegangan pengoperasian 5 v

Tegangan input yang disarankan 7-12 v

Batas tegangan input 6-20 v

Jumlah pin I/O digital 14 (6 menyediakan I/O PWM)

Jumlah pin input analog 6

Arus DC tiap pin I/O 40 mA

Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA

Memori flash 32 KB

Sram 2 kb

Eeprom 1 kb

2.2.17 Power Arduino UNO

Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power

suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat

diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat dihubungkan dengan

mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari

board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground

(Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER.

Board Arduino UNO dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt.

Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya 5 Volt mungkin mensuplai kecil dari

5 Volt dan board Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang

lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board

Arduino UNO. Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt.

2.2.18 Komunikasi Arduino UNO

Arduino UNO mempunyai sejumlah fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah

komputer atau Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328 menyediakan

serial komunikasi UART TTL (5V), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX).

Sebuah Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya melalui USB dan muncul

sebagai sebuah port virtual ke software pada komputer.

22

Software Arduino mencakup sebuah serial monitor yang memungkinkan data

tekstual terkirim ke dan dari board Arduino. LED RX dan TX pada board akan menyala

ketika data sedang ditransmit melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB pada komputer

(tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah Software Serial library

memungkinkan untuk komunikasi serial pada beberapa pin digital Arduino UNO. Atmega328 juga

mensupport komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Software Arduino mencakup sebuah Wire library

untuk memudahkan menggunakan bus I2C.

2.2.19 Programming Arduino UNO

Arduino UNO dapat diprogram dengan software Arduino.cc. ATmega328 pada

Arduino UNO hadir dengan sebuah bootloader yang memungkinkan untuk mengupload

kode baru ke ATmega328 tanpa menggunakan pemrogram hardware eksternal.

ATmega328 berkomunikasi menggunakan protokol STK500. Pengguna dapat membypass

bootloader dan program mikrokontroler melalui ICSP (In-Circuit Serial Programming).

2.2.20 PWM Arduino UNO

Sebagian kaki/pin Arduino UNO support PWM (Pulse With Modulation), kaki yang

support PWM ditandai dengan adanya tilde (~) didepan angka pinnya, seperti pada pin 3, 5,

6 dan seterusnya. Frekuensi yang digunakan dalam Arduino UNO untuk PWM adalah 500

Hz (500 siklus dalam 1 detik). Jadi, dalam pengaplikasian Arduino UNO untuk menghidu-

matikan LED, maka Arduino UNO bisa menghidup-matikan LED sebanyak 500 kali dalam

1 detik.

Untuk menggunakan PWM dalam penulisan program digunakan fungsi

analogWrite(). Nilai yang bisa dimasukkan pada fungsi tersebut adalah antara 0 hingga

255. Nilai 0 berarti pulsa yang diberikan untuk setiap siklus selalu 0 volt, sedangkan nilai

255 berarti pulsa yang diberikan selalu bernilai 5 volt.

Untuk aplikasi Arduino UNO dalam mengendalikan motor DC dapat dipahami

terlebih dahulu mengenai pengaturan putran motor DC. Pada dasarnya putaran motor DC

secara umum berbanding lurus dengan tegangan terminalnya. Untuk mendapatkan putaran

motor DC yang rendah maka pada motor DC diberi tegangan yang rendah dan sebaliknya

untuk mendapatkan putaran motor DC yang tinggi maka pada motor DC diberi tegangan

yang lebih tinggi. Dengan demikian, masalah yang harus diselesaikan pada rangkaian

pengendali motor DC adalah bagaimana membuat tegangan motor DC dapat divariasi

http://www.arduino.cc/en/Reference/SoftwareSerial

23

(dapat diatur mulai dari 0 volt hingga tegangan maksimum secara linear). Secara teori,

pengendalian putaran motor DC dapat diperoleh dengan memanfaatkan rangkaian penguat

transistor yang tegangan atau arus basisnya dapat diatur untuk mendapatkan tegangan

kolektor yang variatif.

Teknik PWM adalah salah satu teknik manipulsi dalam pengendalian prangkat

elektronik yang menggunakan prinsip cut-off dan Saturasi. Transistor didesain bekerja

dengan karaktristik mirip linear, namun sebenarnya menggunakan mekanisme On-OFF.

Dalam aplikasi untuk pengendali motor DC (Driver motor DC) secara umum, pada bagian

basis transistor diberikan sinyal PWM. Dalam hal ini, untuk mendapatkan tegangan

kolektor yang variatif maka sinyal PWM yang diinputkan pada basis dapat divariasikan

dari 0 Hz hingga 2000 Hz dan sesuai dengan kemampuan transistor. Pembangkitan sinyal

PWM dapat dilakukan dengan berbagai rangkaian timer. Untuk Arduino UNO, sinyal

PWM dapat dibangkitkan melalui pin PWM arduino UNO. Lebarnya pulsa PWM

dinyatakan dalam Duty Cycle.

Gambar 2.19 Siklus pulsa PWM.(Santoso, 2015)

Dari gambar 2.19 dapat diilustrasikan siklus pulsa PWM Arduino UNO. Duty Cycle

50 % dari 255 (nilai 127), maka setengah siklus akan bernilai 5 volt dan setengahnya

bernialai 0 volt. Sedangkan jika Duty Cycle 75 % dari 255 maka 1/4 siklus akan bernilai 5

volt dan 3/4 sisanya bernilai 0 volt, dan ini akan terjadi 500 kali dalam 1 detik.

2.2.21 Pin analog Arduino UNO

Pada Arduino UNO terdapat 6 pin yang berfungsi mengubah data analog menjadi

data digital. Pin-Pin analog Arduino UNO ini adalah pin A0, A1, A2, A3, A4, dan A5. Pin

analog Arduino UNO dapat menerima nilai hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi

data analog menjadi 1024 atau (2�� = 1024). Artinya nilai 0 memperentasikan tegangan 0

volt dan nilai 1023 mempersentasikan tegangan 5 volt. Mengapa digunakan nilai 1023

untuk mempersentasikan tegangan 5 volt? Mengapa tidak menggunakan nilai 1024? Perlu

diketahui bahwa jawaban dari pertanyaan tersebut adalah karna pembacaan data dimulai

dari angka 0 dan bukan dari angka 1 sehingga nilai angka terbesar untuk data 10 bit adalah

24

1023. Pin analog Arduino UNO berfungsi mengkonversi data analog menjadi data digital.

Proses konversi dari analog menjadi digital ini disebut ADC (analog to digital converter).

Misalnya, untuk mengkonversi tegangan 5 volt menjadi data digital 10 bit, dapat dihitung

dengan cara:

��

�� = 0,004887585 Volt

Artinya, setiap 1 angka desimal mewakili tegangan sebesar 0,004887585 volt.

Misalnya, jika data analog bernilai 512 maka dapat dihitung tegangannya, yaitu:

512 x ��

�� = 2,5 Volt atau

512 x 0,004887585 = 2,5 Volt

Dari cara yang telah dipaparkan diatas dapat dibuat sebuah program Arduino UNO

yang difungsikan dalam membaca data analog. Adapun contoh program Arduino UNO

untuk membaca data analog dan kemudian ditampilkan di LCD karakter 16x2 diperlihatkan

pada tabel 2.2 berikut ini.

Tabel 2.2 Contoh program baca data analog Arduino UNO.

#include LiquidCrystal lcd(8, 9, 10, 11, 12, 13); void setup() { lcd.begin(16, 2); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Baca Analog"); } void loop() { { int Analog = analogRead(A0); float Baca_Analog = Analog * (5.0 / 1023.0); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Vo="); lcd.print(Baca_Analog); lcd.print("v"); lcd.print(" "); delay(600); } }

25

2.2.22 Power supply dengan LM317

IC LM317 merupakan jenis IC regulator tegangan dimana dengan IC tersebut, dapat

dibuat sebuah rangkaian power supply dengan output tegangan yang dihasilkan dapat

divariasikan dari 1,2 Volt hingga 37 Volt. Berdasarkan datasheet IC LM317, Maximum

rating dari IC LM317 ini diperlihatkan pada gambar 2.20.

Gambar 2.20 Tabel kemampuan maksimum IC LM317.(Datasheet LM317, 2006)

Dalam mengaplikasikan LM317 sebagai power supply, dapat dipahami dengan

melihat rangkaian sederhana IC LM317 sebagai berikut.

Gambar 2.21 Rangakain sederhana IC LM317.(Boylestad and Nashelesky, 2006)

Dari gambar 2.21 rangkaian sederhana IC LM317, dapat dihitung tegangan keluaran

Vo dengan persamaan (2-16) berikut ini.

Vo = V ref (1 + ��

��) + I adj. R2

Pada datasheet IC LM317, tegangan referensi V ref = 1,25 v dan arus adjustable I

adj = 100 μA.

Contoh : Tentukanlah output Vo dari rangkaian berikut ini

Gambar 2.22 Rangkaian soal LM317

Jawab: Vo = 1,25 (1 +

2.2.23 IC LM2917 (Frekuensi to Voltage C

Konversi frekuensi ke tegangan dengan IC LM2917, digunakan

berikut.

Gambar 2.

Gambar 2.23 merupakan rangkaian LM2917 yang diaplikasikan sebagai

pengkonversi frekuensi ke tegangan. Dalam pengaplikasian LM2917

) + I adj. R2


Tentukanlah output Vo dari rangkaian berikut ini!:

Rangkaian soal LM317.(Boylestad and Nashelesky, 2006)

Vo = 1,25 (1 + �,��

��) + 100 μA. 1,8 �� = 10,8 Volt.

Frekuensi to Voltage Converter)

Konversi frekuensi ke tegangan dengan IC LM2917, digunakan rangkaian sebagai

Gambar 2.23 Rangkaian LM2917.(Datasheet LM2917, 1995)

merupakan rangkaian LM2917 yang diaplikasikan sebagai

pengkonversi frekuensi ke tegangan. Dalam pengaplikasian LM2917 sebagai pengkonversi

26

(2-16)


(Boylestad and Nashelesky, 2006)

rangkaian sebagai

merupakan rangkaian LM2917 yang diaplikasikan sebagai

sebagai pengkonversi

27

ke tegangan dengan menggunakan rangkaian seperti gambar 2.23, rumus yang digunakan

untuk menghitung nilai tegangan output (V out) yang dihasilkan adalah:

V out = Vz x F input x C1 x R1 x K (2-17)

dimana : V out : Tegangan output yang dihasilkan (Volt)

Vz : Tegangan zener = 7,56 volt

F input : Frekuensi yang diinputkan (Hz)

C1 : Nilai kapasitor C1 (Farad)

R1 : Nilai resistansi R1 (Ω)

K : Gain = 1

Pemilihan kapasitor C1 dan R1

Ada beberapa keterbatasan pada R1 dan C1 yang harus di pertimbangkan untuk

kinerja yang optimal. Untuk operasi yang akurat, pemilihan kapasitor C1 harus lebih besar

dari 500 pF. Karna nilai kapasitor yang kecil dapat menyebabkan kesalahan arus pada R1,

terutama pada saat suhu rendah. Pemilihan nilai R1 juga perlu dipertimbangkan. Arus

keluran pada pin 3 secara internal adalah tetap dan karena itu Vo/R1 harus kurang dari atau

sama dengan nilai ini. Jika R1 terlalu besar, itu bisa menjadi fraksi yang signifikan dari

inpedansi output pada pin 3 yang menurunkan linearitas. Tegangan ripple juga harus di

pertimbangkan dan ukuran C2 dipengaruhi oleh R1. Persamaan yang menggambarkan

ripple pada pin 3 adalah:

V ripple = ��

� x ��

�� x ( 1 -

��

�� ) pk - pk (2-18)

Nilai R1 dapat dipilih secara independent, namun waktu respon yang dibutuhkan V

out untuk meningkatkan tegangan tergantung dari nilai C2, sehingga ripple, waktu respon

dan linearitas harus di atur secara cermat. Sebagai pertimbangan ahir, frekuensi masukan

maksimum ditentukan oleh Vz, C1 dan I2, sehingga:

F max = ��

�� (2-19)

28

Menggunakan Zener Regulasi (LM2917)

Bagi yang memilih aplikasi LM2917 sebagai zener regulasi. Pertimbangan yang

paling penting adalah pemilihan resistor dalam menurunkan pasokan yang diatur. Op-amp

yang digunakan membutuhkan arus 3 mA untuk beroperasi. Sebagai contoh, jika pasokan

baku bervariasi dari 9 v ke 16 v, resistansi 470 Ω akan meminimalkan variasi tegangan

zener 160 mV. Jika resistansi yang digunakan dibawah 400 Ω atau lebih dari 600 Ω maka

variasi zener cepat naik diatas 200 mV untuk variasi input yang sama. Berdasarkan nilai C1

dan R1 tersebut, dengan tegangan zener 7,56v, dihasilkan tegangan output sebesar 0,9979

volt dengan input frekuensi 66 Hz. Adapun contoh perhitungannya adalah:

V out = 7,56 volt x 66 Hz x 20 nF x 100 kΩ x 1

Vout = 0,9979 Volt

Jika nilai C1 dibesarkan (misalnya C1 = 30 nF), dengan F input 66 Hz maka

tegangan output yang dihasilkan adalah sebesar 1,49688 Volt. Artinya, semakin besar nilai

kapasitor C1 maka tegangan output yang dihasilkan akan semakin besar.

2.2.24 Schmitt trigger dengan IC SN74LS14

IC SN74LS14 merupakan sebuah IC yang di desain dengan gerbang logika inverter

yang dapat menerima standar sinyal masukan dan memberikan tingkat output yang tajam.

IC SN74LS14 mampu mengubah perlahan-lahan sinyal masukan menjadi bentuk sinyal

yang turun naiknya sangat tajam, walaupun bentuk sinyal masukannya secara bebas. Range

overasi IC SN74LS14 sebagai trigger dapat dilihat pada gambar 2.24 yang diambil dari

datasheetnya.

Gambar 2.24 Range operasi IC SN74LS14.(Datasheet SN74LS14, 2002)

29

+

-

e 1 e2

e1 = e2

+

-

+

-

+

-

R2 R4

R1 R3

e out

e2

e1

2.2.25 Op-amp sebagai buffer

Rangkaian op-amp yang berlaku sebagai sebuah buffer diperlihatkan pada gambar

2.25. Pada rangkaian ini, tegangan keluaran harus mengambil nilai yang sama besar dengan

nilai tegangan masukan untuk memaksa agar sinyal tegangan masukan diferensial nol.

Rangkaian ini memiliki impedansi masukan yang tak terhingga, impedansi keluaran nol

dan gain sama dengan satu.(Boylestad and Nashelesky, 2006)

Gambar 2.25 Rangkaian op-amp buffer.

2.2.26 Op-amp sebagai pengurang

Gambar 2.26 Rangkaian op-amp pengurang.

Rangkaian pada gambar 2.26 memberikan prinsip kerja dari sebuah op-amp yang

beroperasi secara diferensial sebagai sebuah pengurang. Tegangan pada terminal keluaran

dihitung dengan persamaan:

e out = ��

�� . ��

�� . e1 -

��

�� . e2 (2-20)

2.2.27 Regresi linear sederhana

Salah satu tujuan analisis data ialah untuk memperkirakan atau meramalkan atau

memperhitungkan besarnya efek atau pengaruh kuantitatif dari perubahan suatu kejadian

30

terhadap kejadian yang lainnya. Yang berhubungan dengan peramalan dan kesalahan

peramalan disebut regresi. Sedangkan pengukuran hubungan antara variabel dinamakan

proses korelasi.(Supranto, 2009)

Apabila dua variabel X dan Y mempunyai hubungan (korelasi), maka perubahan

nilai variabel yang satu akan mempengaruhi nilai variabel lainnya. Hubungan variabel

dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi ( misalnya Y = 2 + 3X ). Apabila bentuk fungsinya

sudah diketahui, maka dengan mengetahui nilai suatu variabel X maka nilai variabel Y

dapat di perkirakan/diramalkan.

Tidak mungkin untuk memperkirakan hubungan antara dua variabel tanpa membuat

asumsi terlebih dahulu mengenai bentuk hubungan yang dinyatakan dalam fungsi tertentu.

Untuk fungsi linear, mempunyai bentuk persamaan sebagai berikut.

Y = a + bX (2-21)

Dimana a dan b adalah konstanta atau parameter yang nilainya harus di estimasi.

Parameter a dan b dengan metode kuadrat terkecil, yaitu suatu metode yang digunakan

untuk menghitung nilai a dan b, sedemikian rupa sehingga jumlah kesalahan kuadrat

memiliki nilai terkecil. Adapun persamaan yang digunakan untuk mencari nilai a dan b

dengan metode kuadrat terkecil adalah:

b = (�∑��)�(∑�.∑�)

(�∑��)�((∑�)�) (2-22)

a = Y� + b X� (2-23)

31

BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan sistem secara umum

Secara umum, perancangan sistem pengendali kekentalan cat diperlihatkan pada

diagram blok berikut ini:

Gambar 3.1 Diagram blok sistem pengendali kekentalan cat.

Sistem pengendali kekentalan cat ini dirancang sesuai dengan diagram blok yang

diperlihatkan pada gambar 3.1. Berdasarkan diagram blok tersebut, cara kerja dari sistem

pengendali kekentalan cat ini ada 2 macam:

1. Kendali kekentalan cat dengan cara manual.

2. Kendali kekentalan cat dengan cara otomatis.

Komputer (GUI

MATLAB)

Unit Kontrol (Arduino Uno)

Driver kran 1 & 2

Kran Kendali

OutPut

Sensor Speed

Schmitt Trigger

Op-amp Pengurang

Tombol Manua 1 &

2

F/V Converter

Switch Saklar geser

32

Cara kerja manual:

Pada saat tombol manual 1 ditekan maka terjadi aliran cat ke wadah campuran dan

begitu juga pada saat tombol manual 2 ditekan maka akan terjadi aliran pencair cat ke

wadah campuran. Hasil campuran antara cat dan pencair cat akan diaduk oleh pengaduk

dan akan di deteksi kekentalan hasil campurannya melalui putaran motor sensor yang di

kopel dengan sensor putaran dan hasil pendeteksian akan ditampilkan pada display LCD

16x2. Cara ini bertujuan untuk mengetahui tingkat perbandingan pencampuran cat dan

pencair cat yang diinginkan dan nilai hasil pendeteksiannya dijadikan Setpoint pada cara

kerja otomatis..

Cara kerja otomatis:

Dalam cara kerja otomatis ini akan diterapkan sistem kontrol PID dimana nilai

kekentalan hasil dari cara kerja manual akan digunakan sebagai nilai Setpoint pada cara

kerja otomatis ini. Sebelum menerapkan sistem otomatis, telah dilakukan tuning parameter

PID dan hasil tuning parameter PID dimasukkan pada program Arduino UNO. Dalam

penelitian ini, tuning parameter PID dicoba menggunakan metode osilasi Ziegler-Nichols.

Kemudian, setelah parameter tersebut dimasukkan pada program Arduino UNO, maka

Arduino UNO akan mengontrol pergerakan masing-masing kran kendali melalui masing-

masing Driver kran kendali, sehingga terjadi aliran cat dan pencair cat melalui masing-

masing kran kendali. Hasil campuran cat dan pencair cat akan diaduk oleh pengaduk dan

dibaca oleh sensor melalui kecepatan putar motor sensor. Semakin tinggi kekentalan cat

maka kecepatan putar motor sensor semakin lambat dan sebaliknya semakin kurang

kekentalan cat tersebut maka kecepatan putar motor sensor semakin cepat. Dalam

pembacaan kecepatan putar akan digunakan sensor kecepatan putar (Optocoupler).

3.2 Perancangan perangkat keras sistem

Perancangan perangkat keras sistem terdiri dari sistem mekanik yang meliputi

desain kontruksi sistem dan lain-lain, dan sistem elektronik yang meliputi rangkaian sensor

kecepatan, rangkaian schmitt trigger, rangkaian pengkonversi frekuensi ke tegangan,

rangkaian op-amp pengurang, rangkaian power supply, rangkaian unit kontrol, dan

rangkaian elektronik tambahan lainnya.

33

Wadah cat Wadah pencair cat

Wadah campuran

Kran kendali 2

Poros kopel

Benda putar

Kran kendali 1

Motor sensor

Sensor speedRotary enkoder

3.3 Desain kontruksi sistem

Gambar 3.2 Kontruksi sistem.

Desain kontruksi sistem kendali kekentalan cat ini dibuat seperti yang diperlihatkan

pada gambar 3.2. Terdapat tiga buah wadah yaitu wadah cat, wadah pencair cat dan wadah

campuran. Dua buah kran kendali yaitu kran kendali 1 untuk kendali aliran cat dan kran

kendali 2 untuk kendali aliran pencair cat. Pengaduk dibuat seperti pengaduk pada mixer.

Pengaduk akan di gabungkan dengan tranducer dimana pada tranducer tersebut terdapat

benda putar yang berfungsi untuk mendeteksi gesekan putaran dengan cat yang sudah

tercampur dengan pencair cat yang terdapat dalam wadah campuran. Untuk sensor

kecepatan, akan digunakan sensor optocoupler dengan piringan enkodernya yang dikopel

dengan poros motor sensor.

3.4 Perancangan mekanik sistem

Mekanik sistem terdiri dari kerangka alat, wadah cat, wadah pencair cat, wadah

campuran, pengaduk dan rangkaian tranducer, dan kran kendali.

3.4.1 Kerangka alat

Kerangka alat dibuat menggunakan besi siku dengan ketebalan 1,5 mm dan terdapat

baut pendukung kerangka alat. Adapun tujuan dari penggunaan besi siku dan baut dalam

pembuatan kerangka alat adalah agar alat yang sudah jadi, mudah untuk dimodifikasi

34

kembali jika ditemukan model kerangka alat yang tidak seimbang setelah pemasangan

keseluruhan.

Gambar 3.3 Kerangka alat.

3.4.2 Wadah cat

Dalam penelitian ini digunakan cat tembok yang berukuran 5 kg sebagai bahan

penelitian, maka wadah cat dibuat dengan daya tampung ± 4 liter menggunakan stainless.

Tujuannya adalah agar dapat menampung cat ukuran 5 kg yang volumenya sekitar ± 2,7

liter dalam satu kemasan.

Gambar 3.4 Wadah cat.

3.4.3 Wadah pencair cat

Berdasarkan aturan yang ada pada kemasan cat tembok 5 kg, campuran ideal yang

digunakan adalah 10 % air ditambahakan dalam 1 kemasan cat tembok 5 kg, atau sekitar

0,27 liter air jika rata-rata volume dalam 1 kemasan adalah ± 2,7 liter.

35

Gambar 3.5 Aturan pemakaian cat tembok.

Dengan mengacu pada aturan yang ada pada kemasan cat tembok 5 kg tersebut,

sehingga dibuat wadah pencair cat dengan daya tampung ± 2 liter air.

Gambar 3.6 Wadah pencair cat.

3.4.4 Wadah campuran

Dengan melihat volume cat dalam satu kemasan yang berisi ± 2,7 liter cat dan

wadah pencair cat yang memiliki daya tampung ± 2 liter air, maka digunakan sebuah ember

sebagai wadah campuran dengan daya tampung ± 4,5 liter.

Gambar 3.7 Wadah campuran.

36

Sensor speed

Rotary enkoder

Benda putar

Poros motor sensor

Wadah campuran

Motor sensor

3.4.5 Pengaduk dan rangkaian tranducer

Pengaduk dibuat menggunakan motor DC 38v 1,8A seri D06D304E dan dibuat juga

sebuah gearbox pengaduk yang bertujuan untuk meningkatkan torsi pengadukan. Mata

pengaduk dibuat seperti mata mixer.

Tranducer dibuat dengan model seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.8 model

tranducer sistem. Dimana tranducer tersebut dibuat dengan menggunakan beberapa bahan

seperti motor DC, optocoupler type U, piringan enkoder (rotary enkoder), benda putar dan

batang poros yang difungsikan untuk memperpanjang poros motor DC.

Gambar 3.8 Model tranducer sistem.

Kontruksi tranducer dibuat menggunakan motor DC sebagai motor sensor, dimana

poros motor ujung bawah dipanjangkan dan dikopel menggunakan benda putar yang

berfungsi mendeteksi gesekan putaran dengan larutan yang diukur, selain benda putar,

poros motor juga dikopel dengan rotary enkoder sensor kecepatan putar, dan terdapat

sensor kecepatan putar (optocoupler) dimana keluaran sensor tersebut berupa sinyal analog

sehingga diperlukan perangkat tambahan yang akan dijelaskan pada sub BAB berikutnya.

Adapun teknik pembacaan tingkat kekentalan ini akan dilakukan dengan cara mendeteksi

kecepatan putar dari motor sensor, semakin kental cairan cat maka kecepatan putar semakin

lambat dan sebaliknya semakin berkurang kekentalan cat maka kecepatan putar semakin

cepat.

37

Sensor speed

Rotary enkoder

Poros kopel

3.4.6 Kran kendali

Untuk keran kendali pencair cat, digunakan sebuah solenoid valve 12 Volt yang

berukuran 1/4 inchi. Sedangkan untuk kran kendali cat dibuat menggunakan besi ulir dan

pipa besi, dan menggunakan motor DC seri RS-385PH sebagai aktuatornya, dan juga

terdapat gearbox kran kendali.

Gambar 3.9 Kran kendali cat. Gambar 3.10 Kran kendali pencair cat.

3.5 Perancangan elektronik sistem

Elektronik sistem terdiri dari rangkaian sensor kecepatan, rangkaian schmitt trigger,

rangkaian LM2917, rangkaian op-amp pengurang, rangkaian driver kran kendali, rangkaian

LCD 16x2 dan rangkaian unit kontroler.

3.5.1 Rangkaian sensor kecepatan

Gambar 3.11 Model sensor kecepatan.

Sensor kecepatan berfungsi untuk mendeteksi kecepatan putar dari motor sensor.

Keluaran dari sensor ini berupa fulsa sinyal analog. Karna keluaran dari sensor ini berupa

sinyal sembarang, maka dibutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal yaitu rangkaian schmit

trigger yang berfungsi mengubah sinyal sembarang menjadi sinyal kotak yang sangat

diperlukan untuk proses digitalisai.

38

V C C

100 O hm 4,7 K ilo O hm

ke input SN 74L S14

Adapun rangkaian sensor kecepatan yang digunakan diperlihatkan pada gambar

3.12 berikut ini.

Gambar 3.12 Rangakain sensor kecepatan.

Dalam pembuatan sensor kecepatan diguanakan optocoupler type U seri S53,

dimana pada rangkaian tersebut dipasang resistor 100 Ω yang berfungsi membatasi

besarnya arus IRED pada optocoupler. Karena, jika arus yang masuk pada IRED melebihi

batas toleransi yang diijinkan, maka akan menyebabkan kerusakan pada IRED.

Berdasarkan datasheet S53, arus IRED maksimum yang ditoleransi adalah 50 mA.

Adapun perhitungannya adalah:

Diketahui :

V in = 5,2 v (diambil dari hasil pengukuran)

V forward IRED (Vf) = 1,25 v (diambil dari datasheet optocoupler S53)

R = 100 Ω

Ditanyakan : I = .............?

Jawab :

Vin - I.R - Vf = 0 (3-1)

atau

I = ��

PENGGUNAAN TEKNIK KONTROL PID PADA SISTEM ...eprints.unram.ac.id/7139/1/ZAMHARI RATIB...

Documents

Transcript of PENGGUNAAN TEKNIK KONTROL PID PADA SISTEM ...eprints.unram.ac.id/7139/1/ZAMHARI RATIB...