Perancangan Sistem Pengendalian Level

Sistem pengendalian level Direct Synthesis Tuning PID adalah metode yang

didasarkan atas penyusunan suatu formula pembangkit untuk respon sistem, lalu

menemukan sebuah parameter kontroller yang kemudian diberikan ke respon sistem

tersebut. Rancang bangun ini terdiri dari hardware dan software, proses dimulai dengan

pengukuran dari potensiometer model pelampung sebagai sensor level tangki untuk harga

proses variabel. Hasil pengukuran oleh potensiometer mendapatkan harga tegangan

dalam output range 0.1-4.9 volt. Tegangan tersebut digunakan sebagai input

pengkondisian sinyal untuk mengkondisikan sifat besaran listrik dengan menggunakan

rangkaian pengubah tegangan ke tegangan (V/V signal conditioning). Output V/V signal

conditioning berupa tegangan yang telah dikondisikan menjadi 0-5 volt. Pengolahan

akuisisi data dapat dikondisikan oleh signal conditioning menggunakan ADC,

selanjutnya keluaran (output) dari ADC dapat dimasukkan kedalam multiplekser untuk

disalurkan melalui port LPT1 dan diolah dalam PC.

Berikut ini adalah gambar diagram blok dari pengendalian level .

Gambar 3.1 Skema variabel proses pengendalian level

3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Perancangan untuk hardware ini dimulai dari control valve, perancangan suplai

daya, perancangan sensor level, sistem akuisisi data, pengkondisi sinyal (signal

conditioning), dan Multiplekser. Berikut gambar rancang bangun pengendali level.

Gambar 3.2 Rancang Bangun direct Synthesis Tuning PID

3.2.1 Perancangan sensor level

Pada tugas akhir ini menggunakan potensio yang dihubungkan dengan pelampung

sebagai sensor level. Sensor ini akan mengalami perubahan hambatan jika terjadi

perubahan level, sehingga dapat merubah tegangan input.

Pengambaran dari sensor level tersebut adalah sebagai berikut :

Gambar 3.3 Sensor level

Sedangkan potensio yang digunakan untuk sensor level itu adalah sebagai

berikut :

Gambar 3. 4 Potensio untuk pelampung

3.2.2 Control valve

Control valve terdiri dari dua bagian dasar yaitu Aktuator dan katup. Aktuator

merupakan bagian yang menggerakkan valve buka atau tutup, sedangkan katup adalah

bagian komponen mekanis yang menentukan laju aliran air. Dalam rancang bangun

pengendalian level ini aktuator adalah sistem ulir penggerak katup (motor) dengan

ukuran 12 volt arus 0.5 Ampere, sedangkan katup adalah katup kran dengan ukuran ½

dim (inch).

Gambar 3.5 Rancang Bangun Control Valve

3.2.3 Perancangan suplai daya

Suplai daya adalah sumber tenaga yang dibutuhkan suatu rangkaian elektronik

untuk bekerja. Besar suplai daya ini tergantung oleh spesifikasi dari alat masing-masing.

Pada plant pengendalian ini suplai daya yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian

ADC, driver, dan V/V.

Rangkaian ADC, driver, dan V/V membutuhkan suplai daya masing-masing

sebesar +5, -5, +15, dan –15. Rangkaian dibawah ini adalah rangkaian suplai daya yang

dapat menyediakan keperluan dari rangkaian diatas, masukan rangkaian ini adalah

tegangan 220 volt dan menggunakan transistor 7806, 7915, dan 7815. Rangkaian ini

menghasilkan keluaran +5 V, -5 V, +15 V, dan –15 V.

Gambar 3.6 Gambar rangkaian suplai daya

3.2.4 Akuisisi data

Pengubah analog menjadi digital atau sering disebut ADC (Analog to Digital

Converter) adalah alat yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi digital.

Prinsip kerjanya adalah jika masukan mulai konversi dari unit kendali diberi logika 0,

maka register SAR (Succesive Aproximation Register) akan mereset sehingga keluaran

Vout unit DAC menjadi 0. Proses konversi diawali dengan pengesetan bit paling berarti

(MSB) register SAR oleh unit kendali. Selanjutnya data digital dalam register SAR

dikonversikan ke analog oleh unit pembanding. Bila Vout>Vin, maka unit pembanding

akan mengirim sinyal negatif ke unit kendali. Dengan sinyal negatif ini, unit kendali akan

mereset bit paling berarti (MSB) register SAR. Sebaliknya bila Vout<Vin, unit pembanding

akan mengirim sinyal positif ke unit kendali. Dengan sinyal positif ini, unit kendali akan

tetap mengeset bit paling berarti (MSB). Pada pulsa clock berikutnya unit kendali akan

mengeset bit yang lebih rendah yaitu bit ke 7 register SAR. Kemudian data dikonversikan

oleh unit DAC, dan hasil konversi Vout dibandingkan dengan sinyal masukan Vin. Sinyal

hasil perbandingan akan menentukan unit kendali untuk mengeset atau mereset register

SAR. Demikian seterusnya proses ini berlangsung sampai nilai Vin sama dengan Vout.

Apabila konversi telah selesai, unit kendali mengirim sinyal selesai konversi yang

berlogika rendah. Tetapi penurunan sinyal ini akan mengisikan data digital yang

ekuivalen dengan nilai Vin kedalam register penahan.

Gambar 2.8 ADC Metode pendekatan berturut-turut[3]

Gambar dibawah ini merupakan skema pengalamatan pin-pin yang digunakan kaki-kaki

IC ADC 0804:

Gambar 2.9 Pin-pin ADC 0804[3]

Dalam perancangan tugas akhir ini dibutuhkan akuisisi data berupa pengkonversi

ADC (Analog to Digital), agar sinyal sensor dapat dibaca oleh komputer.

Pengubah analog ke digital atau ADC (Analog to Digital Converter) adalah

rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog ke digital.

Perancangan alat tugas akhir ini memakai ADC 0804. ADC tipe ini memakai metode

pendekatan berturut-turut (Succesive Aproximation) untuk mengkonversi masukan analog

(0-5.02 volt DC) menjadi data digital 8-bit. Pada gambar (3.7) dapat dilihat hubungan

pin-pin IC ADC 0804. Pada ADC 0804 ini memiliki input VCC sebesar 5 volt DC,

resolusi 8-bit dan total error 1/4 LSB, 1/2 LSB, dan 1 LSB.

Gambar 3.7 Rangkaian ADC 0804

Pada rangkaian ini ADC diset dalam mode free-running, artinya dalm

pengoperasiannya tidak diperlukan sinyal kontrol seperti star converting (SC) dan end of

converting (EOC). Hal ini disebabkan kaki Vref dibiarkan terbuka sehingga nilai Vref sama

dengan tegangan sumber yaitu 5.02 volt maka perubahan sebesar ½8 x 5.02 volt =

19.53125 mV menyebabkan perubahan 1 bit pada keluaran ADC. Dikarenakan keluaran

dari ADC adalah 8-bit dengan desimal 0-255, maka konversi dari keluaran ADC ke

tegangan adalah:

……3.1

3.2.5 Pengkondisi sinyal (Signal Conditioning)

Pada perancangan tugas akhir ini tegangan keluaran dari elemen sensor kecil (0-

2.5 volt), sedangkan ADC membutuhkan tegangan masukan 0-5 volt. Maka dari itu

dibutuhkan pengkondisi sinyal V/V agar terjadi penguatan tegangan.

Tegangan keluaran (Vout) dari elemen sensor berkisar antara 0–2.5 volt DC. Sesuai

dengan spesifikasinya, ADC 0804 membutuhkan tegangan input sebesar 0–5 volt,

sehingga Vout dari elemen sensor harus dikuatkan terlebih dahulu agar mencapai range 0-5

volt. Pada rangkaian V/V ini terjadi penguatan tegangan agar sinyal keluaran dari

transmitter dapat dibaca oleh ADC 0804. Rangkaian V/V converter ini ditunjukan pada

gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian V/V Converter

Pada dasarnya rangkaian V/V Signal Conditioning ini menggunakan prinsip kerja

dari Op-Amp (Operational Amplifier). Zero disini berfungsi untuk mencari batas bawah

dari range yang diinginkan, sedangkan span berfungsi untuk mencari batas atas dari

range yang diinginkan, sehingga dengan adanya rangkaian ini maka besarnya tegangan

yang masuk ke rangkaian ADC dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, yaitu 0–5 volt

LAMPIRAN

Keterangan Gambar :

1 = Tangki yang dikendalikan

2 = Tangki keluaran air

3 = Tangki penampungan

4 = Control Valve