SISTEM KENDALI DIGITAL PADA KENDALI LEVEL AIR DENGAN METODA: ZIEGLER NICHOLS TIPE-1, ZIEGLER NICHOLS TYPE-2, COHEN COON MENGGUNAKAN MATLAB DAN ARDUINO

Laporan ini disusun untuk untuk memenuhi salah satu mata kuliah Sistem Kendali Digitaldi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung

Oleh :Dessy Erdinsyah Putri131311041

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRONIKAJURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015

ABSTRACT

Dessy Erdinsyah Putri : Water Level Control System. Final Report: Program Study D3 Electronics Engineering. Bandung State Polytechnic. 2015

Water level control system is one example of designing a digital control system (SKD), a plant used to use digital-based control. In the lab PID Ziegler-Nichols method of type 1, Ziegler-Nichols of type 2, Cohen Coon used as a simulator Matlab software and interface for easier and simpler to obtain and view the results of the control of practicum. In addition to using Matlab software also uses Arduino Uno module that serves as a controller to control systems used. With help of Arduino Uno as a controller in the control of water level in order to facilitate the manual tuning can set as needed. Results using the Arduino Uno is more practical and easier. And a water level control system can be said to be a water control dam simulator.

Keywords: control system, water level, arduino, manual-tuning, matlab

ABSTRAKDessy Erdinsyah Putri : Sistem Kendali Level Air. Laporan Akhir : Program Studi D3 Teknik Elektronika. Politeknik Negeri Bandung. 2015Sistem kendali level air adalah salah satu contoh perancangan sebuah sistem kendali digital (SKD), sebuah plant yang digunakan menggunakan kendali berbasis digital. Pada praktikum Metode PID Ziegler-Nichols type 1, Ziegler-Nichols type 2, Cohen Coon digunakan software Matlab sebagai simulator dan interface agar lebih mudah dan sederhana untuk mendapatkan dan melihat hasil dari kendali yang dipraktikumkan. Selain menggunakan software Matlab juga menggunakan modul Arduino Uno yang berfungsi sebagai kontroler pada sistem kendali yang digunakan. Dengan bantuan dari Arduino Uno sebagai kontroler pada kendali level air mempermudah dalam manual tuning agar dapat men-set sesuai kebutuhan. Hasil menggunakan Arduino Uno tersebut lebih praktis dan mudah. Dan sistem kendali level air ini dapat dikatakan sebagai simulator kendali air bendungan. Kata kunci : sistem kendali, level air, arduino, manual-tuning, matlab

DAFTAR ISIABSTACT iiABSTRAKiiiDAFTAR ISI ivDAFTAR TABEL ivDAFTAR GAMBAR viiBAB I PENDAHULUAN 11.1 Latar belakang 11.2 Rumusan masalah 21.3 Ruang lingkup dan batasan masalah 2BAB II DASAR TEORI 32.1. SISTEM KENDALI 32.1.1. Kendali lup terbuka 32.1.2. Kendali lup tertutup 32.1.2.2. Sistem kendali manual 42.1.2.2. Sistem kendali otomatis 52.2. Kontroler PID 62.2.1. Kontrol Proporsional 62.2.2. Kontrol Integratif 72.2.3. Kontrol Derivatif 82.3. Plant Kendali Air 112.3.1 Skala Level Air 112.3.2 Tujuan kendali level air 11BAB III METODA DAN PROSES PENYELESAIAN 123.1. Deskripsi Alat 123.2. Perancangan Alat 123.2.1. Modul Power Supply 133.2.2. Modul Set Point 133.2.3. Modul Penguat daya 143.2.4. Modul PID 153.2.5. Modul Kendali Level Air 153.2.6. Arduino Uno 153.4. Langkah-Langkah Percobaan 163.4. Metoda Praktikum 173.4.1. ZIEGLER NICHOLS TYPE 1 173.4.2. ZIEGLER NICHOLS TYPE 2 183.4.3. COHEN COON 193.4.4. SCRIPT ARDUINO UNO 20BAB IV DATA DAN ANALISA 234.1. Ziegler Nichols tipe-1 234.2. Ziegler Nichols tipe-2 254.3. Cohen Coon 284.4. Script Matlab304.5. Stand Alone Arduino Uno 34BAB V KESIMPULAN DAN SARAN5.1. Kesimpulan 425.2. Saran 42DAFTAR PUSTAKA 43

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 tabel rumus kendali PID 10Tabel 2.2. Fungsi PID 10Tabel 3.1 Parameter PID ZN-1 (Kp, Ti dan Td) 18Tabel 3.2 Parameter PID ZN-2 (Kp, Ti dan Td) 18Tabel 3.3 Parameter PID CC (Kp, Ti dan Td) 20Tabel 4.1 Hasil PID ZN-2 27Tabel 4.2 Hasil PID CC 29

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 sistem pengendali lup terbuka 3Gambar 2.2 Sistem pengendalian lup tertutup 4Gambar 2.3 Sistem pengendalian level cairan secara manual 5Gambar 2.4 Sistem pengendalian level cairan secara otomatis 5Gambar 2.5 Blok Diagram PID 6Gambar 3.1 Plant Keseluruhan Kendali Level Air 12Gambar 3.2 Plant Power Supply 13Gambar 3.3 Plant Set-Point 14Gambar 3.4 Modul Pengali Dua 14Gambar 3.5 Modul Level Air 15Gambar 3.6 Arduino Uno 16Gambar 3.6 Plant Level Air 16Gambar 3.7 Sistem Kendali dari Ziegler Nichols tipe-1 17Gambar 3.8 Cara Menentukan Parameter T dan L berdasarkan respon yang didapat 17Gambar 3.9 Sistem Kendali Ziegler Nichols tipe-2 18Gambar 3.10 Sistem kendali input step 19Gambar 3.11 Sistem Kendali Sinyal Respon 19Gambar 3.12 Proses Mencari nilai Gp, d dan 19Gambar 3.13 Konfigurasi Arduino Uno 20Gambar 3.14 Rumus PID 21Gambar 3.15 Konsep Integral PID 21Gambar 3.16 Shiel Arduino 22

Gambar 4.1 Plant Level Air 23Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe-1 23Gambar 4.3 Proses Desain 24Gambar 4.5 Hasil Respon setelah memasukan nilai pada PID 24Gambar 4.6 Respon Hasil Manual Tunning 25Gambar 4.7 Plant Level Air 25Gambar 4.8 Simulink Zieglers Nichols tipe-2 26Gambar 4.9 Hasil Respon 26Gambar 4.10 Hasil Respon (set-point diatur) 26Gambar 4.11 Proses Desain 27Gambar 4.12 Hasil Respon masukan PID 27Gambar 4.13 hasil Respon (setelah Tunning Manual) 28Gambar 4.14 Simulink Cohen Coon 28Gambar 4.15 Hasil Respon Cohen Coon 29Gambar 4.16 Proses Desain 29Gambar 4.17 Hasil Respon setelah diset (PID) 30Gambar 4.19 Hasil Respon Script Matlab 30Gambar 4.20 Hasil Respon32Gambar 4.21 Hasil Respon Gangguan 33Gambar 4.22 Hasil Script pada software Arduino Uno 36Gambar 4.23 Hasil Stand Alone (SP 2,5 mbar) 40Gambar 4.23 Hasil Stand Alone (SP 5 mbar) 40Gambar 4.24 Hasil Stand Alone (SP 3 mbar) 41

41

BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangSeiring perkembangan teknologi yang semakin modern pada masa sekarang, terutama pada bidang elektronika yang dapat mempermudah dalam pengoperasian suatu alat, sehingga manusia sangat dimudahkan dengan adanya berbagai peralatan yang diciptakan dan dapat dioperasikan serta digunakan secara otomatis. Perkembangan teknologi tersebut menyebabkan banyak perubahan dalam pemakaian sistem peralatan diseluruh bidang kehidupan baik dunia industri, jasa, kesebatan dan sebagainya. Pekerjaan pekerjaan yang dulu dikerjakan secara manual oleh tanaga manusia, sekarang ini cenderung sudah dilakukan oleh sistem peralatan yang serba otomatis. Peralatan dengan prinsip kerja otomatis itu tidak lepas dari sistem kontrol sebagai pengendalinya. Teknik kontrol yang dapat digunakan sangat beragam, sehingga mampu diterapkan pada peralatan elektronik dengan tingkat keamanan dan keakuratan yang tinggi.Pada industriindustri modern maupun industri menengah yang sedang berkembang, banyak ditemukan sistem kontrol untuk mengendalikan berbagai macam peralatan yang dapat dioperasikan secara otomatis. Hanya dengan menekan tombol, alat sudah dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Dengan demikian, pekerjaan akan lebih cepat dan efisien. Hasil yang dicapai juga sesuai dengan keinginan. Salah satu peralatan industri yang dioperasikan secara otomatis adalah alat pencampur cat (mixing paint) pada industri otomotif, pengemasan oli minuman kaleng dan lain sebagainya. Yang paling sederhana adalah kontrol pada pengisian BBM di SPBU. Sekarang ini sudah tidak ada lagi pengisian yang menggunakan kontrol manual untuk pengisian. Sebagian besar sudah menggunakan kontrol digital.[1]Dalam industri sistem kendali yang digunakan menggunakan pengendaliaan PID (Proportional Integral Deriviatif) merupakan kontroler untuk menentukan presisi dari suatu sistem dengan umpan balik pada sistem tersebut. PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar eror yang diperoleh. Control Valve akan menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri dengan menggunakan Set Point.Dalam praktikum sistem kendali level air ini menggunakan PID juga, PID tersebut untuk menentukan nilai Kp, Kd, Ki, Td dan Ti, yang gunanya untuk mengatur respon pengendalinya (respon keluaran).

1.2. Rumusan Masalah1. Bagaimana rancangan sistem kendali level air yang digunakan dalam praktikum.2. Bagaimana cara mengatur sistem kendali level air agar sesuai dengan yang digunakan.3. Bagaimana implementasi PID kontroler pada kendali level air.

1.3. Ruang Lingkup dan Batasan MasalahSejumlah permasalahan yang dibahas dalam laporan akhir ini akan dibatasi ruang lingkup pembahasannya, antara lain :1. Simulator dan interface Sistem Kendali Level Air yang digunakan.2. Mempertahankan ketinggian air pada posisi yang ditentukan agar stabil.3. Metoda pengendalian menggunakan PID.4. Parameter yang digunakan dalam Sistem Kendali Level Air.

BAB IIDASAR TEORI

2.1. Sistem KendaliSistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan kendalian (plant). Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan; sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama.2.1.1 Lup terbuka (open loop)Pada sistem kendali dikenal sistem lup terbuka (open loop system) dan sistem lup tertutup (closed loop system). Sistem kendali lup terbuka atau umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh controller. Suatu keadaan apakah plant benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan atau referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler.

Gambar 2.1 sistem pengendali lup terbuka2.1.2 Lup tertutup (close loop)Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali lup tertutup (closed loop system) memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperi ini juga sering dikenal dengan sistem kendali umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk sistem kemudi kapal laut dan pesawat terbang. Perangkat sehari-hari yang juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada almari es, oven, tungku, dan pemanas air.

Gambar 2.2 Sistem pengendalian lup tertutup

Dengan sistem kendali gambar 1.2, kita bisa ilustrasikan apabila keluaran aktual telah sama dengan referensi atau masukan maka input kontroler akan bernilai nol. Nilai ini artinya kontroler tidak lagi memberikan sinyal aktuasi kepada plant, karena target akhir perintah gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbuka dan tertutup tersebut merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem pengaturan yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan (input) dengan keluaran (output) menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan. Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan. Untuk mendalami lebih lanjut mengenai sistem kendali tentunya diperlukan pemahaman yang cukup tentang hal-hal yang berhubungan dengan sistem kontrol. Sebagai contoh dua tipe pengendalian ;2.1.2.2 Sistem pengendali manualSistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak untuk membuka atau menutup katup sebagai aktuator guna mempertahankan keadaan permukaan yang diinginkan.

Gambar 2.3 Sistem pengendalian level cairan secara manual2.1.2.2 Sistem pengendalian otomatisSistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia.

Gambar 2.4 Sistem pengendalian level cairan secara otomatis

2.2. PID (Propotional Integrative Derivative).Sistem Kontrol PID ( ProportionalIntegralDerivative controller ) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut ( Feed back ). Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan.

Gambar 2.5 Blok Diagram PIDDengan persamaan PID, dalam domain waktu sinyal kendali, u(t) ditulis sebagai berikut :

2.2.1. Kontrol ProposionalKontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta.Jika u = G(s) e maka u = Kp e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).Ciri-ciri pengontrol proporsional :1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time).2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time).3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi.4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi tidak menghilangkannya.2.2.2. Kontrol IntegratifPengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol.Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t]Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde systemKeluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.Ciri-ciri pengontrol integral :1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol 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 integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.2.2.3. Kontrol DerivatifKeluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsistep), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsiramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsirampdan factor konstanta Kd.Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s)=s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks kecepatan atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiriCiri-ciri pengontrol derivatif :1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan.3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem.4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot.Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainnya.Rumus untuk kendali PID, sebagai berikut :

Tabel 2.1 tabel rumus kendali PIDEfek dari setiap pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif pada sistem lup tertutup disimpulkan pada table berikut ini :

Tabel 2.2. Fungsi PIDSetiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan :1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya2. menghilangkan offset3. menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.2.3. Plant Level AirModul kendali level air tujuannya adalah untuk mengukur ketinggian air yang masuk dalam kantung air. Pada plant level air menggunakan sistem pompa, yaitu mengatur kecepatan pompa. Maka semakin cepat pompa, proses pengisian akan semakin cepat.2.3.1 Skala Level AirSkala level air yang digunakan dalam plant level air di sini dengan satuan mbar. Di mana 1 mbar=1 kotak horizontal.2.3.2 Tujuan pengukuran ketinggian level air pada praktikum.1. Mendapatkan hasil yang sesuai dengan yang diinginkan.2. Dapat men-set PID agar hasil pada plant level air sempurna.3. Dapat mengukur output respon pada plant kendali level air

BAB IIIMETODA DAN PROSES PENYELESAIAN

3.1 Deskripsi AlatSistem kendali yang digunakan dalam praktikum ini adalah plant kendali level air. Pada plant level air ini menggunakan sensor ketinggian air agar air yang masuk dalam kantung dapat dideteksi ketinggian airnya tersebut. Dalam praktikum kendali level air, digunakan bantuan plant yang lainnya. Seperti Modul Power Supply, modul Set Point, modul PID, Modul Pengali dua. Dan juga menggunakan arduino Uno yang berfungsi sebagai...

Gambar 3.1 Plant Keseluruhan Kendali Level Air

3.2 Perancangan AlatDalam perancangan alat ini akan menjelaskan tentang modul-modul yang digunakan dalam praktikum kendali level air :3.2.1. Modul Power SupplyModul Power Supply berfungsi sebagai sumber daya masukan tegangan yang akan dihubungkan pada seluruh plant yang digunakan. Ketika 220Vac dihubungkan dan switch dinyalakan maka 220Vac masuk kedalam transformator dan mengalami penurunan tegangan DC yang beragam. Penurunan tersebut diatur oleh potensio yang terdapat pada modulnya. Pada titik-titik keluaran yang tertera yaitu +15V,+5V dan -15V yang dihubungkan juga dengan GROUND

Gambar 3.2 Plant Power Supply

3.2.2. Modul Set-PointModul Set Point berfungsi untuk mengatur atau men-set keluaran yang digunakan setelah masukan dari modul Power Supply. Dan modul ini menjadi titik tegangan untuk hasil output kendali sistem. Dan memiliki 2 pengaturan. Pertama untuk -10V s/d +10V dan 0V s/d +15V. Tetapi pada praktikum kali ini menggunakan pengaturan pertama yaitu -10V s/d +10V

Gambar 3.3 Plant Set-Point

3.2.3. Modul Penguat DayaModul penguat daya berfungsi untuk menguatkan daya keluaran untuk mengendalikan plant. Modul ini mempunyai dua titik keluaran yaitu tegangan positif dan tegangan negatif tetapi hasil tegangannya sama hanya saja polaritasnya yang berbeda.

Gambar 3.4 Modul Pengali Dua

3.2.4. Modul PIDSistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I (Integral). Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan.

3.2.5. Modul Kendali Level AirModul Kendali Level Air inilah plant spesial tersebut. Yaitu Plant Level Air. Yang di mana sebuah keluarannya berupa air, yang responnya didapat melalui sensor di dalam kantung level air tersebut.

Gambar 3.5 Modul Level Air

3.2.6. Arduino UnoArduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan adaptor atau baterai.

Gambar 3.6 Arduino Uno

3.3 Langkah-Langkah Percobaan

Gambar 3.6 Plant Level AirGambar di atas adalah gambar keseluruhan Plant Level Air. Yang terdiri dari ; Catu Daya, Set Point, PID, Penguat Daya, Level Air dan arduino. Plant tersebut saling terhubung satu sama lain. Catu daya yang terhubung dengan 220Vac dihubungkan pada Set Point, yang berfungsi untuk mengatur keluaran air dari plant level air, yang dihubungkan juga pada PID, yang berfungsi sebagai pengaturan untuk KP, Ti dan Td. Lalu PID tersebut dihubungkan ke plant Penguat Daya, plant tersebut untuk menguatkan keluaran. Dan yg terakhir penguat daya dihubungkan pada plant Level Air, plant ini adalah plant spesial karna dari plant inilah hasil respon didapat.Lalu dari plant level air di umpan balikkan ke PID. Dan set point di hubungkan ke A0 arduino, plant level air dihubungkan juga ke A5 arduino, dan ground pada plant dihubungkan juga pada GND arduino. Dan arduino itu sendiri dihubungkan ke Laptop.3.4 Metode PraktikumDalam praktikum digunakan 4 metoda. Yaitu : Ziegler Nichols tipe 1, Ziegler Nichols tipe 2, Cohen Coon, Stand Alone Arduino. Dan berikut hasil respon pada masing-masing metode :3.4.1 Ziegler Nichols type 1Metode ini adalah plant diberi input step (sinyal DC) lalu responnya dilihat.

Gambar 3.7 Sistem Kendali dari Ziegler Nichols tipe-1

Gambar 3.8 Cara Menentukan Parameter T dan L berdasarkan respon yang didapat

Tabel 3.1 Parameter PID (Kp, Ti dan Td)

3.4.2 Ziegler Nichols type 2Metode ini adalah sistem diset memiliki umpan balik dengan menggunakan Kendali Proposional (Kp)/Gain sebagai controller (Ki&Kd diset 0/off).

Gambar 3.9 Sistem Kendali Ziegler Nichols tipe-2

Tabel 3.2 Parameter PID (Kp, Ti dan Td)

3.4.3 Cohen Coon CC bisa dipakai untuk plant yang memiliki deadtime yang besar. Desain dengan Cohen Coon Plant diberi input step, lalu respon dibiarkan sampai mencapai steady-state.

Gambar 3.10 Sistem kendali input step

Input step ditambah(diubah), lalu respon dibiarkan sampai mencapai steady-state. Sinyal perubahan inilah yang akan dipakai untuk mendesain kendali.

Gambar 3.11 Sistem Kendali Sinyal Respon

Mencari Gp, d dan .

Gambar 3.12 Proses Mencari nilai Gp, d dan .

Menentukan Parameter PID (Kp, Ti dan Td).

Tabel 3.3 Parameter PID (Kp, Ti dan Td)

3.4.4 Stand Alone Arduinoa. Konfigurasi Arduino Uno

Gambar 3.13 Konfigurasi Arduino Unoini adalah konfigurasi Arduino Uno yang dipakai. Dengan Analog Input A0, A1, A2, A3, A4, dan A5. Sedangkan Analog Output ~3, ~5, ~6, ~9, ~10, dan ~11. Dengan daya 0-5V.b. Instalasi Arduino Uno1. Instal software Arduino Uno.2. Dua folder berisi library I/O.3. Uji Blink pada PIN 13, sesuai dengan penempatan COM Arduino yang terpasang.4. Setelah Instalasi Arduino Uno selesai, baru dapat menjalankan program serial untuk Stand Alone (Arduino Uno).

c. PID Script Rumus PID :

Gambar 3.14 Rumus PID

Dengan konsep Integral pada konsep PID sebagai berikut :

Gambar 3.15 Konsep Integral PID

Flow chart dari Script PID :

Untuk menerjemahkan semua algoritma pengendali PID adalah flowchartnya. Jika sudah memahami Flowchartnya, dapat menerjemahkan (step 1) ke bahasa pemograman.

Ini adalah Shield Arduino dan Shield yang digunakan untuk proses Stand Alone (Arduino Uno). Di mana Shield di sini adalah penghubung antara Arduino Uno dengan LCD.BAB IVDATA DAN ANALISA

Dalam praktikum sistem kendali level air yang telah dilakukan dalam empat metode yaitu Ziegler Nichols tipe-1, Ziegler Nichols tipe-2, Cohen Coon dan Stand Alone yang menggunakan script PID Matlab dan Script Arduino. 4.1. Ziegler Nichols tipe-1

Gambar 4.1 Plant Level AirDan berikut hasil hasil respon dari metoda Ziegler Nichols tipe-1 :

Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe-1Dan inilah hasil respon dari level air yang di kendalikan. Dengan di dapat Tmatlab=3000 dan Tasli=249detik.

Gambar 4.3 Proses DesainLalu setelah respon didapat maka, didesainlah respon tersebut untuk mendapatkan nilai T dan L yang digunakan untuk menghitung/menentukan nilai Kp, Ti dan Td yang akan di tuning.

Gambar 4.5 Hasil Respon setelah memasukan nilai pada PIDDan ini adalah hasil respon yang telah dihitung sebelumnya. Dengan memasukan nilai Kp, Ti dan Td pada plant PID asli.

Gambar 4.6 Respon Hasil Manual Tunning

Uji coba praktikum yang terakhir adalah mentuning secara manual, agar respon yang sebelumnya lebih baik (agar overshoot dan over damp berkurang) dengan masukan ke PID : Kp=30; Td=0,02; Ti=10.

4.2. Ziegler Nichols tipe-2

Gambar 4.7 Plant Level AirSetelah Plant diatur/ditata. Membuat simulink matlab untuk hasil respon keluaran yang diinginkan.

Gambar 4.8 Simulink Zieglers Nichols tipe-2

Gambar 4.9 Hasil Respon

Ini adalah hasil respon dari level air. Dengan di dapat :

Gambar 4.10 Hasil Respon (set-point diatur)

Gambar 4.11 Proses DesainLalu setelah respon didapat maka, didesainlah respon tersebut untuk mendapatkan nilai x0, x1, Pcr, Pcr(asli) dan Kcr. yang digunakan untuk menghitung/menentukan nilai Kp, Ti, Td, Ki dan Td yang akan di tuning. Setelah didapat, didapat hasil semua itu. Hasil dapat dilihat dibawah ini.

Tabel 4.1 Hasil PID

Gambar 4.12 Hasil Respon masukan PIDDan ini adalah hasil respon yang telah dihitung dari data yg sudah didapat sebelumnya. Dengan dimasukan nilai Kp, Ti dan Td ke PID aslinya.

Gambar 4.13 hasil Respon (setelah Tunning Manual)Uji coba praktikum yang terakhir adalah mentuning secara manual, agar respon yang sebelumnya lebih baik dan lebih halus. Hasilnya seperti gambar di atas. Untuk mendapatkan hasil yang lebih halus responnya, dengan men-set Kp=200, Td=0/OFF dan Ti=tetap.

4.3. Cohen CoonSebelum mendapatkan respon Cohen Coon, terlebih dahulu membuat simulink seperti dibawah ini. Simulink ini adalah bantuan untuk mendapatkan respon Cohen Coon.

Gambar 4.14 Simulink Cohen Coon

Gambar 4.15 Hasil Respon Cohen CoonIni adalah hasil respon dari metoda Cohen Coon. Steady state 2 di dapat dengan memberi tegangan kejut menggunakan set-point. Dan otomatis respon mengikuti line steady state.

Gambar 4.16 Proses DesainDan selanjutnya mendesai respon yang sudah didapat. Dan diketahuilah data yang telah di cari dan dihitung.

Tabel 4.2 Hasil PID

Gambar 4.17 Hasil Respon setelah diset (PID)Hasil respon sudah sempurna dan steady state, jadi tidak memerlukan manual tunning untuk metoda Cohen Coon ini.4.4. Script Matlab

Gambar 4.18 Plant Level Air Script Matlab

Programming dengan Matlab Command. Berikut program untuk Arduino Uno :

Gambar 4.19 Hasil Respon Script MatlabRespon tersebut diketahui bahwa nilai KP=30, Td=0 dan Ti=10 didapat pada manual tuning yang sudah dicoba/dicari pada praktikum sebelumnya. Tetapi Ts=0,1 (semula).

Gambar 4.20 Hasil Respon dengan nilai Ts dirubahIni adalah hasil repon setelah dirubah pada nilai Ts-nya. Ts yang didapat adalah 0,05. Ts tersebut didapat dengan perhitungan Time sebenarnya dan Time Matlab. Bahwa didapat Time sebenarnya=5 detik pada Time Matlab=1000. Dan ternyata hasil dari perubahan nilai Ts yang didapat, menghasilkan bentuk respon yang lebih baik. Overshoot yang didapat mengecil/lebih kecil.

Gambar 4.21 Hasil Respon GangguanDan inilah hasil respon dengan Noise(gangguan), gangguan yang diganggu adalah aliran keluaran air pada Plant sebenarnya, dan hasil responnya yang tidak stabil.

4.5 Stand Alone Arduino UnoScript Serial Pada Arduino Uno :

Dari hasil Script yang sudah dibuat dan dihubungkan dengan Plant. Dapat dilihat proses respon plant kendali level air dari software Arduino Uno : Dengan SetPoint 2,5 mbar

Gambar 4.22 Hasil Script pada software Arduino UnoDan gambar di atas dengan set point diatur pada 5 mbar. Bahwa respon dari kendali level air juga mengikuti set point yang ditentukan. Dan sudah stady state, walau masih ada perubahan respon, perubahan tersebut disebabkan oleh dorongan air dari pompanya, dan menyebabkan air yang pada kantung tersebut bergelonjak(terjadinya ombak).Untuk ditampilkan pada LCD, menggunakan Shield Arduino. Shield dihubungkan antara Arduino Uno dan LCD. Agar respon keluar pada LCD, ditambahkan program pada program sebelumnya :

Dan ini adalah Script untuk LCD. Di mana Script ini adalah program untuk Arduino Uno untuk Stand Alone dan respon dari Kendali Level Air ditampilkan pada LCD. Dan Script untuk LCD ini hanya menambahkan script yang hanya untuk Arduino Uno ditambahkan untuk LCD. Di script inilah kita memberikan huruf-huruf pengaturan untuk menampilkan hasil respon.

Gambar 4.23 Hasil Stand Alone (SP 2,5 mbar)

Gambar 4.23 Hasil Stand Alone (SP 5 mbar)Dan jika set point diset pada posisi 5 mbar. Maka PV pun akan mengikuti SP, hasilnya sama. Bahwa PV tidak slalu stabil dengan SP, disebabkan oleh pompa Level Air yang mendorong air masuk dan terjadi ombak pada kantung air. Pada intinya PV stabil (Stady State).

Gambar 4.24 Hasil Stand Alone (SP 3 mbar)Dan ini adalah instalasi dari Stand Alone. Di mana kabel dihubungkan pada tegangan langsung, dan Set Point diatur di Potensiometer, dan respon SP dan PV ditampilkan pada LCD.

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULANBerdasarkan dari hasil praktikum sistem kendali digital dengan plant kendali air yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : Praktikum sistem kendali digital dengan plant level air dapat dilakukan dengan lima metoda, yaitu; Ziegler Nichols tipe-1, Ziegler Nichols tipe-2, Cohen Coon, PID Matlab dan Stand Alone Arduino Uno dengan tujuan untuk mendapatkan hasil respon yang stabil (steady state). Hasil respon dari plant kendali air, selalu ada ombak yang menyebabkan naik turunnya respon. Didapat hasil terbaik pada metode Cohen Coon. Hasil respon stabil. Pada Stand Alone Arduino Uno, Arduino Uno dapat digunakan sebagai pengendali, tanpa menggunakan PID asli

5.2. SARAN Untuk mengembangkan hasil praktikum yang sudah dilakukan dan sistem kendali digital, terdapat saran yang diajukan sebagai berikut Pengecekan terhadap modul secara intensif agar modul yang digunakan dalam keadaan baik selalu. Mengikuti prosedur dan arahan dengan benar.

DAFTAR PUSTAKA

1. Mengenal Arduino Uno lebih rinci http://aozon.blogspot.com/2014/03/mengenal-arduino-uno-lebih-rinci.html 2. Pengertian Sistem Kendali http://eviandrianimosy.blogspot.com/2010/05/pengertian-sistem-kendali.html 3. PID https://putraekapermana.wordpress.com/2013/11/21/pid/ 4. teori Kontrol PID http://menanamilmu.blogspot.com/2010/09/teori-kontrol-pid-proportionalintegrald.html 5. Sistem Kendali PID http://anggashorapratama.blogspot.com/2012/12/sistem-kendali-pid.html