SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN ...repository.ump.ac.id/4099/1/Muhammad Itmamul...

i

SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN

KECEPATAN MOTOR INDUKSI

DENGAN VARIABLE

SPEED DRIVE

SKRIPSI

Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar

Sarjana Teknik Elektro

Disusun Oleh :

MUHAMMAD ITMAMUL HUDA

1203030003

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO

2017

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

Skripsi yang diajukan Oleh:

Nama : Muhammad Itmamul Huda

NIM : 1203030003

Program Studi : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto

Judul : Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan

Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive

Telah diterima dan disetujui oleh:

Purwokerto,.... Juli 2017

ii Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Saya yang bertanda tangan dibawah ini:


NIM : 1203030003


Fakultas : Teknik


Menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa Skripsi ini adalah hasil karya saya

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan

benar serta bukan hasil penjiplakan dari karya orang lain.

Demikian pernyataan ini saya buat dan apabila kelak di kemudian hari terbukti ada

unsur penjiplakan, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sesuai dengan

ketentuan yang berlaku.

iii

Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi yang diajukan Oleh :


NIM : 1203030003


Fakultas : Teknik


Judul : Sistem Scada Untuk Pengendalian Kecepatan Motor

Induksi Dengan Variable Speed Drive

Telah dipertahankan di depan dewan penguji

DEWAN PENGUJI

Penguji 1 M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.

NIK. 2160223

Penguji 2 Winarso, S.T., M.Eng.

NIK. 2160311

Penguji 3 Arif Johar Taufiq, S.T., M.T.

NIK. 2160293

Ditetapkan di : Purwokerto

Tanggal : .... Juli 2017

Mengetahui,

Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Purwokerto

M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.

NIK. 2160223

iv Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017

v

MOTTO

“Jangan Menunda Sesuatu Yang Dapat Dilakukan Saat Itu

Juga”


vi

SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN

MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE

Muhammad Itmamul Huda1, Wakhyu Dwiono2, Itmi Hidayat Kurniawan3

INTISARI

Dalam pengendalian proses di industri, PLC dan SCADA seringkali

digunakan untuk memonitoring dan mengontrol kerja dari suatu alat yang

dianggap sangat penting peranannya terhadap sistem. Peracangan sistem SCADA

pada penelitian ini bertujuan untuk memonitoring dan mengendalikan kecepatan

putar motor induksi 3 fasa. Penentuan konstanta PID dalam PLC sistem SCADA

dilakukan dengan menggunakan metode tuning ziegler nichols 2 dan trial and

error. Berdasarkan hasil percobaan, metode tuning ziegler nichols 2 tidak

dipergunakan dalam pengujian kecepatan putar lebih lanjut, karena hasil

percobaan respon dengan osilasi berkesinambungan yang tidak setabil dengan

osilasi sebesar 0,14 – 0,2 Hz dan sulit untuk menentukan penguatan PID.

Percobaan menggunakan tuning trial and error dengan set point 1000 RPM, nilai

Kp=1, Ti=95 dan Td=0 didapatkan nilai maximum overshoot yang kecil (14,7%),

rise time 8 detik dan nilai IAE sebesar 7611 dengan karakteristik sistem yang stabil.

Hasil pengujian unjuk kerja sistem kendali untuk plant kecepatan motor induksi 3

fasa menunjukkan bahwa performansi sistem kendali menggunakan metode tuning

trial and error memiliki nilai rise time yang cepat, nilai overshoot yang cukup kecil

dan karakteristik sistem yang stabil.

Kata kunci: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error


vii

SCADA SYSTEM FOR INDUCTION MOTOR SPEED CONTROL

USING VARIABLE SPEED DRIVE

Muhammad Itmamul Huda1, Wakhyu Dwiono2, Itmi Hidayat Kurniawan3

ABSTRACT

PLC and SCADA are often used for monitoring and controlling the industrial

process because they are playing an important role. SCADA system design on this

research aims to monitor and control the rotational speed of 3 phase induction

motor. The determination of PID constants in SCADA system PLC used method

tuning ziegler nicols 2 and trial and error. Based on the experimental results,

ziegler nichols 2 tuning method is not used in the rotational speed further testing,

because the experimental results show the continuous unstable oscillations with

frequency about of 0.14 to 0.2 Hz that is difficult to determine reinforcement PID.

Experiment using trial and error tuning with set point about 1000 RPM, with value

Kp=1, Ti=95 and Td=0 shows a small overshoot maximum value (14.7%), rise time

8 seconds and the value of IAE of 7611. Results of testing the performance of the

control system for plant 3-phase induction motor speed indicates that the

performance of the control system using the method of trial and error tuning has a

fast rise time value, overshoot value that is small enough and stable enough.

Keywords: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error


viii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kepada Allah SWT atas rahmat, karunia, dan hidayah-Nya,

sehingga Skripsi yang berjudul “Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan

Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive” dapat diselesaikan dengan baik.

Penyusunan Skripsi ini sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan

strata 1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Purwokerto.

Bantuan dan dukungan dari berbagai pihak sangat membantu dalam

terselesaikannya Skripsi ini. Oleh karena itu ucapan terima kasih kepada:

1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga dapat menyelesaikan

Skripsi.

2. Keluarga, Ayah Chudaefah dan Ibu Siti Asyah yang selalu memberikan

semangat, memberikan dukungan serta selalu mendoakan selama proses skripsi

dilaksanakan.

3. Bapak M. Taufiq Tamam, S.T.,M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Purwokerto yang telah mengesahkan Skripsi ini.

4. Bapak Winarso, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto dan dosen

pembimbing akademik mahasiswa angkatan 2012.

5. Bapak Wakhyu Dwiono, S.T,.M.T. selaku dosen pembimbing I dalam

penyusunan Skripsi ini.

6. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan., S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing II

dalam penyusunan Skripsi ini.

7. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini yang tidak

dapat disebutkan satu persatu.

Skripsi ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangannya.

Oleh karena itu, diharapkan adanya masukan berupa kritik dan saran yang bersifat

membangun, sehingga dapat bermanfaat dimasa mendatang. Kritik dan saran dapat

disampaikan kepada penyusun secara langsung ataupun melalui email


ix

[email protected]. Semoga hasil Skripsi ini dapat bermanfaat bagi para

pembaca dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Purwokerto, 06 Juni 2017

Muhammad Itmamul Huda


x

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS ................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iv

MOTTO .............................................................................................................. v

INTISARI ............................................................................................................. vi

ABSTRACT .......................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................viii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv

DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .......................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 3

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................... 3

1.5 Metodologi Penelitian .................................................................... 4

1.6 Sistematika Penulisan Skripsi ........................................................ 5

BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 6

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................... 6

2.2 Sensor Photodioda ........................................................................ 7

2.3 Optocoupler .................................................................................. 9

2.4 Motor Induksi 3 Fasa .................................................................... 10

2.5 Variable Speed Drive .................................................................... 13

2.6 Generator AC 3 Fasa ..................................................................... 17

2.7 Lampu Pijar ................................................................................... 18

2.8 Programmable Logic Controller (PLC) ....................................... 20

2.9 Proportional Integral Derivatif (PID) .......................................... 36


xi

2.10 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) ................. 39

BAB III PERANCANGAN SISTEM ................................................................. 47

3.1 Gambaran Umum .......................................................................... 47

3.2 Diagram Blok Perancangan .......................................................... 48

3.3 Sensor Kecepatan/Photodioda ...................................................... 49

3.4 Pengendali PLC TWIDO TWDLCAE40DRF .............................. 50

3.5 Driver Motor Induksi 3 Fasa......................................................... 51

3.6 Diagram Alir Sistem ..................................................................... 51

3.7 Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................... 52

3.8 Perancangan Sistem SCADA ........................................................ 55

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................ 58

4.1 Analisa Umum ............................................................................. 58

4.2 Analisa Ladder Diagram PLC ..................................................... 60

4.3 Pengujian Komunikasi Data ........................................................ 65

4.4 Pengujian Sinyal Output Photodioda Pada Sensor Kecepatan .... 66

4.5 Kalibrasi Pengukuran Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa.............. 67

4.6 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Tanpa

PID. .............................................................................................. 69

4.7 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Dengan

Algorotma PID ............................................................................. 70

4.8 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Trial and

Error ............................................................................................ 72

4.9 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Ziegler

Nichols 2 ...................................................................................... 76

4.10 Uji Coba Kecepatan Putar Motor Induksi Menggunakan Beban. 78

4.11 Pengujian Keseluruhan SCADA .................................................. 80

BAB V PENUTUP ............................................................................................. 85

5.1 Kesimpulan .................................................................................... 85

5.2 Saran .............................................................................................. 86

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 87

LAMPIRAN


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Simbol dan bentuk photodioda ........................................................ 7

Gambar 2.2 Rangkaian photodioda ..................................................................... 8

Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler ...................................................... 9

Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler .................................... 10

Gambar 2.5 Motor induksi 3 fasa ........................................................................ 11

Gambar 2.6 Penampang stator dan rotor motor induksi 3 fasa ........................... 11

Gambar 2.7 Diagram blok inverter ..................................................................... 13

Gambar 2.8 Skematik diagram generator AC 3 fasa........................................... 18

Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar .................................................................... 19

Gambar 2.10 Icon TwidoSuite .............................................................................. 24

Gambar 2.11 Tampilan menu TwidoSuite ............................................................ 24

Gambar 2.12 Pilihan project management ............................................................ 25

Gambar 2.13 Mengisikan nama project dan directory.......................................... 25

Gambar 2.14 Layar setting PLC............................................................................ 26

Gambar 2.15 Tampilan pertama editor ladder diagram ........................................ 26

Gambar 2.16 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC .......................................... 27

Gambar 2.17 Blok fungsi timer ............................................................................. 32

Gambar 2.18 Blok fungsi counter ......................................................................... 33

Gambar 2.19 Blok fungsi fast counter .................................................................. 34

Gambar 2.20 Blok fungsi PWM ........................................................................... 34

Gambar 2.21 Sistem pengendali PID .................................................................... 37

Gambar 2.22 Arsitektur SCADA .......................................................................... 41

Gambar 2.23 Tampilan citect exploler .................................................................. 44

Gambar 2.24 Tampilan citect project editor ......................................................... 45

Gambar 2.25 Tampilan citect graphics builder ..................................................... 46

Gambar 3.1 Diagram blok sistem monitoring dan pengendali motor induksi .... 48

Gambar 3.2 Rangkaian sensor kecepatan/photodioda ........................................ 50

Gambar 3.3 Rangkaian driver motor induksi ...................................................... 51

Gambar 3.4 Diagram alir sistem ......................................................................... 52


xiii

Gambar 3.5 Diagram alir dalam PLC ................................................................. 53

Gambar 3.6 Pengaturan komunikasi pada TwidoSuite dan Vijeo Citect ............ 56

Gambar 3.7 Tampilan monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor

induksi pada SCADA ...................................................................... 57

Gambar 4.1 Arsitektur monitoring dan pengendalaian kecepatan putar motor

induksi ............................................................................................. 58

Gambar 4.2 Ladder diagram pada rung 0 dan rung 1 ........................................ 60

Gambar 4.3 Ladder diagram pada rung 2 dan rung 3 ........................................ 61

Gambar 4.4 Ladder diagram pada rung 4 ........................................................... 62





Gambar 4.9 Komunikasi SCADA yang tehubung ke jaringan ethernet ............. 65

Gambar 4.10 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor

326 RPM ......................................................................................... 66

Gambar 4.11 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor

1002 RPM ........................................................................................ 67

Gambar 4.12 Data pengamatan kalibrasi pengukuran kecepatan motor induksi .. 69

Gambar 4.13. Respons sistem kendali tanpa menggunakan algoritma PID ......... 69

Gambar 4.14 Output trace PID pada TwidoSuite ................................................. 71

Gambar 4.15 Diagram blok pengendali PID menggunakan PLC ......................... 71

Gambar 4.16 Konfigurasi fungsi kendali input PID pada PLC Twido ................. 72

Gambar 4.17 Konfigurasi fungsi kendali output PID pada PLC Twido ............... 72

Gambar 4.18 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada

set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 .................... 73


set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 99 .................... 74


set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 2 dan Ti = 100 .................. 75

Gambar 4.21 Kurva respon sistem kendali proportional integral derivatif


xiv

(PID) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1, Ti = 99

dan Td = 1 ....................................................................................... 75

Gambar 4.22 Kurva respon sistem dengan osilasi berkesinambungan ................. 77

Gambar 4.23 Sinyal PWM output dari PLC ......................................................... 77


set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 tanpa

beban ............................................................................................... 79


set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95

menggunakan beban ........................................................................ 79

Gambar 4.26 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan

putar motor induksi pada SCADA ................................................. 80

Gambar 4.27 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan

putar motor induksi pada SCADA(motor berputar ke kanan) ....... 81

Gambar 4.28 Kondisi motor berputar ke kiri ........................................................ 82

Gambar 4.29 Uji coba menurunkan kecepatan putar pada set point

550 RPM ......................................................................................... 83

Gambar 4.30 Uji coba menaikan kecepatan putar pada set point 1300 RPM ....... 83

Gambar 4.31 Kondisi motor pada posisi STOP/berhenti ...................................... 84


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daftar tipe instruksi compare block ...................................................... 35

Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi aritmatika ............................................................. 36

Tabel 3.1 Pengalamatan input dan output PLC ..................................................... 54

Tabel 3.2 Daftar memori ladder diagram pada sistem SCADA ........................... 55

Tabel 4.1 Alat Penguji Sistem ............................................................................... 59

Tabel 4.2 Data pengukuran kecepatan putaran motor induksi .............................. 68

Tabel 4.3 Performansi sistem kendali PID dengan tuning trial and error............ 73

Tabel 4.4 Penentuan nilai Kp, Ti dan Td Metode Ziegler Nichols 2 .................... 76

Tabel 4.5 Uji coba kecepatan putar motor menggunakan beban .......................... 78


xvi

DAFTAR SINGKATAN

SCADA = Supervisory Control And data Acquisition

VSD = Variable Speed Drive

PLC = Programable Logic Controler

ms = mili second

KHz = Kilo Hertz

RTU = Remote Terminal Unit

MTU = Master Terminal Unit

HMI = Human Machine Interface

PWM = Pulse Width Modulation

LED = Light Emiting Diode

IR LED = Infra Red Light Emiting Diode

AC = Alternating Current

DC = Direct Current

RPM = Rotary Per Minute

EMF = Electro Motoris Force

IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor

VDC = Volt Direct Current

mA = mili Ampere

AVR = Automatic Voltage Regulator

I/O = Input/Output

CPU = Central Processing Unit

RAM = Random Access Memory

ROM = Read Only Memory

EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

TTL = Transistor – Transistor Logic

CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor

LD = Ladder Diagram

IL = Instruction List Languages

SL = Statement List


xvii

SFC = Squential Function Chart

GL = Grafcet Languages

HL = High Level Languages

N0 = Normaly Open

NC = Normaly Close

PID = Proportional Integral Derivatif

Kp = Konstanta proportional

Ti = Konstanta integral

Td = Konstanta derivatif

DAS = Data Acquisition System

Tr = Rise time

Mo = Maximum overshoot

Ts = Setling Time

M = Memory bit

MW = Memory Word

INT = Iteger

PC = Personal Computer

IP adres = Internet Protocol

FC = Fast Counter

TM = Timer

MF = Memory Float

CMD = Command Promt

IAE = Integral Absolut Error


SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN ...repository.ump.ac.id/4099/1/Muhammad Itmamul...

Documents

Transcript of SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN ...repository.ump.ac.id/4099/1/Muhammad Itmamul...