Stabilisasi Suhu Heatrig Menggunakan Metode Kontrol Logika ...

JURNAL ELKOLIND, SEPTEMBER 2019, VOL.06, N0. 3

55

H

Abstrak — Heatrig merupakan alat yang digunakan untuk

pengamatan atau pengukuran sensor suhu.Selain itu, heatrig

juga dapat digunakan untuk kalibrasi sensor suhu. Suhu yang

dihasilkan heatrig disetiap bagian cekungan alumunium

berbeda-beda dan tidak stabil.Oleh karena itu dibuatkan alat

yang dapat mengatasi permasalahan ketidakstabilan suhu yang

dihasilkan heatrig dikarenakan faktor suhu lingkungan dan

arus listrik. Alat yang digunakan adalah mikrokontroler

sebagai pusat pengendali sistem yang bekerja pada alat,

elemen heater dimana panasnya akan menyala disesuaikan

dengan alat pengendali sehingga dapat menjaga kestabilan

suhu. Sistem kendali yang digunakan adalah kontrol logika

Fuzzy.Pada pengambilan data resistansi sensor NTC diketahui

bahwa sensor NTC bukan merupakan sensor yang rasponnya

linier.Pembacaan sensor dengan menggunakan thermometer

dan LCD memilili error total sebesar 0,11%. Pada saat

pengambilan data respon heatrig, untuk mencapai suhu 90°C

membutuhkan waktu 22,5 menit. Range suhu yang akan

dikontrol adalah 25°C sampai 90°C. Setiap setpoint pada suhu

40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC dan 80ºC akan meberikan respon yang

berbeda-beda tetapi tetap stabil. Saat pengujian dengan

gangguan, meskipun sistem diberi gangguan respon kontroller

masih berjalan dan tetap kembali pada set point suhu yang

telah dipilih. Hal ini membuktikan bahwa kontroler Fuzzy

(KLF) yang telah direncanakan berhasil.

Kata kunci : Heatrig, Kestbilan Suhu, Kontrol Logika Fuzzy

I. PENDAHULUAN

eatrig merupakan salah satu alat yang terdapat

pada laboratorium instrumentasi. Heatrig berfungsi

untuk pengamatan atau pengukuran sensor suhu.

Selain itu Heatrig juga dapat digunakan untuk

kalibrasi sensor suhu. Pada heatrig terdapat tiga bagian.Bagian

pertama yaitu heater, heater berfungsi untuk memanaskan rig

alumunium. Bagian kedua yaitu rig alumunium, pada bagian

rig alumunium terdapat beberapa cekungan yang memiliki

suhu berbeda-beda. Cekungan yang letaknya semakin dekat

dengan heater menghasilkan suhu yang semakin tinggi,

sedangkan cekungan yang letaknya jauh dari heater suhu yang

dihasilkan akan berkurang. Bagian ketiga yaitu heatsink,

Laily Ratnaningtyas adalah mahasiswa D4 Teknik Elektronika Politeknik

Negeri Malang

Eka Mandayatma dan Herwandi adalah dosen Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Malang

heatsink berfungsi untuk menyerap panas atau mengurangi

suhu pada ujung lain rig alumunium yang diharapkan pada

bagian ini suhunya sama dengan suhu ruang. Suhu yang

dihasilkan heatrig tidak stabil. Ketidakstabilan suhu terjadi

karena gangguan yang berasal dari suhu lingkungan sekitar,

misalnya suhu dalam ruangan, suhu AC (Air Conditioner)

yang terdapat didalam ruangan dan arus listrik yang tidak

stabil serta pembebanan. Selama ini heatrig yang ada pada

laboratorium instrumentasi bekerja tanpa kontrol sehingga

menyebabkan ketidakstabilan suhu dan memungkinkan

terjadinya banyak kesalahan (error).

Berdasarkan permasalahan yang ada akan dirancang

sebuah alat yang mampu mengendalikan suhu untuk

menstabilkan suhu heatrig. Maka diusulkan judul untuk

Skripsi yaitu “Stabilisasi Suhu Heatrig Menggunakan Metode

Kontrol Logika Fuzzy (KLF)”. Dengan dirancangnya alat ini

diharapkan memberikan keunggulan dalam meningkatkan

efisiensi kerja heatrig, diantaranya yaitu dapat mengurangi

error suhu yang dihasilkan, serta meningkatkan ketahanan

proses dan konsistensi output.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mikrokontroler ATmega32

Microcontroller AVR (Alf and Vegard’s Risc

processor) standar memiliki arsitektur 8bit, dimana semua

instruksi dikemas dalam kode 16-bit, dan sebagian besar dari

instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock. AVR

dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny,

keluarga ATSOSxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx.

Yang membedakan masing-masing kelas adalah memori.

Gambar 1 Konfigurasi Pin ATmega32

Fungsi umum dari susunan pin

microcontrollerATmega32 adalah sebagai berikut:

Stabilisasi Suhu Heatrig Menggunakan Metode

Kontrol Logika Fuzzy (KLF)

Laily Ratnaningtyas, Eka Mandayatma, Herwandi


56

1. VCC sebagai catu daya positif.

2. GND sebagai pin ground catu daya negatif.

3. Port A (PAO..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan

sebagai pin dari ADC.

4. Port B (PBO..PB7) merupakan pin I/O dua arah yang

berfungsi sebagai, timer/counter, komparator analog, dan

SPI.

5. Port C (PCO..PC7) merupakan pin I/O dua arah yang

berfungsi sebagai, TWI, komparator analog, dan timer

osilator.

6. Port D (PDO..PD7) merupakan pin I/O dua arah yang

berfungsi sebagai, komparator analog, interupsi eksternal

dan komunikasi serial.

7. Reset adalah pin yang digunakan untuk me-reset

microcontroller.

8. XTAL 1 dan XTAL 2 adalah pin clock eksternal.

Pada microcontroller membutuhkan sumber (clock) untuk

mengeksekusi instruksi yang ada di memori. Semakin

tinggi nilai kristalnya, maka semakin cepat

microcontroller.

9. AVCC yaitu sebagai pin tegangan untuk ADC.

10. AREF yaitu sebagai pin tegangan referensi.

Pada gambar 2 dalam datasheet didasarkan pada

simulasi dan characterization microcontrollers AVR, nilai

tegangan pada ATmega32 adalah CMOS 8-bit daya

rendah. Maka microcontroller akan meningkatkan

Arsitektur RISC, dengan cara mengeksekusi instruksi dalam

satu siklus. ATmega32 mencapai throughputs mendekati 1

MIPS per MHz yang memungkinkan system ini untuk

mengoptimalkan konsumsi daya pada pengolahan kecepatan.

(ATMEL, 2003).

Gambar 2 Diagram Blok Atmega32

2.2 Sensor Suhu NTC

NTC adalah jenis resistor non linier yang besar nilai

hambatannya terpengaruh oleh perubahan suhu. Semakin

tinggi suhu maka semakin kecil nilai hambatannya. NTC

atau termistor mempunyai koefisient negatif yang tinggi,

termistor jenis ini dibuat dari oksida logam yang terdapat

dar golongan transisi, seperti ZrO2 - Y2P3 NiAI2O3

Mg(Al, Cr,Fe). Oksida-oksida ini sebenarnya mempunyai

resistansi yang sangat tinggi, tetapi dapat diubah menjadi

bahan semikonduktor dengan menambahkan beberapa ion

lain yang mempunyai valensi yang berbeda dan disebut

dengan doping. Pengaruh dari resistansinya dipengaruhi

perubahan temperatur yang diberikan.

Gambar 3 Bentuk Fisik NTC

Kebanyakan 56ystem56e5656 digunakan pada daerah

56ystem56e565656 dalam konsentrasi inonisasi (n atau p)

yang berpengaruh pada fungsi 56ystem56e565656. Dimana

energy aktivasi Ea adalah hubungan antara 56ystem gap dan

tingkat impuritas. Dimana nilai hambatan semakin kecil

ketika temperaturnya naik, ini yang biasa disebut

56ystem56e5656 NTC.

Dimana R adalah hambatan pada suhu T, R0 adalah

hambatan awal ketika T0 (pada 56ystem56e565656 ruang),

B merupakan konstanta 56ystem56e5656 dimana besarnya

bergantung dari jenis bahan dan memiliki dimensi yang

sama dengan suhu.

Dengan

yaitu merupakan resistivitas listrik

thermistor. Selain konstanta thermistor (B), sensitivitas (α)

juga dapat menentukan karakteristik dari 56ystem56e5656.

Nilai sensitivitas akan menentukan sejauh mana

56ystem56e5656 yang dibuat dapat dengan cepat mendeteksi

perubahan 56ystem56e565656 lingkunagan 56ystem56e5656.

Termistor yang baik sensitifitasnya lebih besar dari -2,2%/K.

Ciri khas dari harga α adalah sekitar = -5% yang mana 10

kali lebih 56ystem56e56 dari 56ystem56e 56ystem56e565656

resistansi metal. Resistansi dari 56ystem56e5656 berada

didaerah 1 KΩ sampai 10 MΩ.

2.3 Heater (Pemanas)

Heater atau alat pemanas banyak digunakan pada

perangkat elektronik yang sering dipakai untuk memenuhi

kebutuhan sehari-hari.Peralatan tersebut antara lain setrika,

pemanas air, pemanas pada akuarium agar suhu dalam air

tetap terjaga, alat pemagang roti, 56ystem56e56 dan lain

sebagainya.Prinsip kerja dari alat pemanas adalah

mengkonversikan 56ystem listrik menjadi 56ystem panas.Pada

peralatan pemanas tertentu diperlukan pengaturan terhadap

suhu panas yang dihasilkan oleh peralatan tersebut, sehingga

perlu adanya pengontrolan terhadap suhu sesuai dengan

kebutuhan.Pengaturan suhu dari peralatan tersebut masih

bersifat manual sehingga suhu yang dihasilkan tidak stabil dan

tidak sesuai dengan setting point dari nilai suhu yang

diinginkan.Pengaturan suhu yang tidak stabil dapat

menyebabkan kinerja dari 56ystem pemanas tidak bekerja

dengan maksimal. Pada penelitian ini akan dirancang dan

dibuat sebuah 56ystem pengontrolan suhu pada pemanas atau

heater.

2.4 Kontrol Logika Fuzzy

Menurud (Kusumadewi, 2010) Logika Fuzzy adalah:

“Sebuah metodologi berhitung dengan 56ystem56e kata-kata

(linguistic variable) sebagai pengganti berhitung dengan


57

bilangan. Kata-kata digunakan dalam Fuzzy logic memang

tidak sepresisi bilangan, namun kata-kata jauh lebih dekat

dengan intuisi manusia” [NAB-2009]. Logika Fuzzy pada

dasarnya tidak semua keputusan dapat dijelaskan dengan 0

atau 1, namun ada kondisi diantara keduanya, dan daerah

diantara keduanya inilah yang disebut dengan Fuzzy atau

tersamar. Secara umum ada beberapa konsep 57ystem logika

Fuzzy yaitu sebagai berikut ini:

a. Himpunan tegas merupakan nilai keanggotaan suatu item

dalam suatu himpunan tertentu.

b. Himpunan Fuzzy merupakan suatu himpunan yang

digunakan untuk mengatasi kekakuan dari himpunan tegas.

c. Fungsi keanggotaan yang memiliki interval 0 sampai 1.

d. Variabel linguistic merupakan suatu 57ystem57e yang

memiliki nilai berupa kata-kata yang dinyatakan dalam

bahasa alamiah dan bukan angka.

e. Operasi dasar himpunan Fuzzy merupakan operasi yang

berfungsi untuk menggabungkan atau memodifikasi

himpunan Fuzzy.

f. Aturan (rule) if-then Fuzzy merupakan suatu pernyataan if-

then, yaitu beberapa kata-kata dalam pernyataan tersebut

ditentukan oleh fungsi keanggotaan.

Dalam proses pemanfaatan logika Fuzzy, ada beberapa

hal yang harus diperhatikan salah satunya seperti cara

mengolah input menjadi output melalui 57ystem inferensi

Fuzzy. Metode inferensi Fuzzy yaitu cara merumuskan

pemetaan dari masukan yang diberikan kepada sebuah

keluaran. Proses ini melibatkan fungsi keanggotaan, operasi

logika, dan aturan IF-THEN. Hasil proses ini menghasilkan

sebuah 57ystem yang disebut dengan FIS (Fuzzy Inferensi

System). Dalam logika Fuzzytersedia beberapa jenis FIS

diantaranya adalah Mamdani, Sugeno, dan Tsukamoto.

III. METODOLOGI

3.1 Diagram Blok Sistem

Pada sistem alat untuk mengendalikan suhu heatrig ini

terdapat beberapa komponen elektronik yang saling

terkoneksi, berikut adalah diagram blok yang direncanakan.

Power Supply

ATmega

Push Button LCD

Potensio Multiturn

Sensor Suhu

(NTC)

Driver Heater

Heater

INPUT PROSES OUTPUT

Gambar 4 Diagram Blok Sistem

Penjelasan fungsi dari masing – masing diagram blok

gambar 4 adalah sebagai berikut :

1. Power Supply

Alat ini menggunakan sumber daya listrik sebesar AC 220

Volt.

2. Input

Sensor yang digunakan adalah sensor suhu NTC, sebagai

deteksi panas pada area heater.Potensio digunakan untuk

memasukkan set point suhu yang diinginkan dengan

rentang suhu 25C-90C.

3. Proses

Pada sistem ini menggunakan ATmega32 untuk

memproses hasil pendeteksian sensor. Pada ATmega32 ini

akan ditanamkan program Fuzzy untuk mengendalikan

panas dari heater dengan menggunakan driver heater.

4. Output

LCD digunakan sebagai tampilan masukkan set point

selanjutnya digunakan sebagai tampilan nilai set point dan

suhu yang dibaca oleh sensor NTC. Driver heater

digunakan untuk mengatur panas pada heater.

3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATmega32

Mikrokontroler yang digunakan pada perancangan

minimum system (minsys) adalah mikrokontroler ATmega

32.Mikrokontroler ATmega 32 berfungsi sebagai kontroler

dari alat ini. Pemilihan ATmega 32, disesuaikan dengan

kapasitas memori untuk program yang ingin dibuat.

Kemampuan memori penyimpanan pada ATmega 32 ini sudah

mencukupi untuk menyimpan program pada alat ini.

Mikrokontroler ATmega 32 memiliki 40 pin input/output,

dimana jumlah dan fungsi dari setiap pin pada ATmega 32

tersebut sudah sesuai dengan kebutuhan alat ini seperti pin

ADC, PWM, serial, dll.

MEGA32-P Gambar 5 Skema Rangkaian Minimum System

Gambar 5 merupakan skema rangkaian minimum

system.Konfigurasi pin ATmega 32 untuk menunjang sistem

kerja alat ini yaitu sebagai berikut :

a. PORT A0 (ADC 0) digunakan sebagai port untuk ADC

output sensor suhu NTC, port ini akan menerima sinyal

perubahan suhu dari NTC.

b. PORT A6 digunakan sebagai input push button.

c. PORT A7 digunakan sebagai input potensiometer

multiturn yang berfungsi untuk memasukkan nilai set point

suhu yang diinginkan.

d. PORT C0 – C7 digunakan sebagai output LCD 16x2.


58

e. PORT D5 digunakan sebagai outputdriver heater, port ini

yang nantinya akan memberikan kontrol berupa sinyal

PWM ke heater.

f. VCC dihubungkan dengan sumber tegangan 5 Volt.

g. GND dihubungkan dengan ground power supply.

h. RESET dihubungkan dengan rangkaian reset yang akan

mengakibatkan program akan kembali pada awal ketika

tombol ditekan. Rangkaian reset ini terdiri dari resistor dan

kapasitor yang dihubungkan secara pararel dan terhubung

dengan push button.

i. XTAL 1 dan XTAL 2 digunakan sebagai masukan clock

external dan osilator, yang menghubungkan secara pararel

dengan kristal sebesar 16MHz, dengan nilai C3 dan C4

33pF (Atmel:2007).

j. AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC 5

Volt, dihubungkan dengan Vcc.

k. AREF dihubungkan dengan tegangan 5 V. penggunaan

AREF sebesar 5 Volt bertujuan agar output leveling 0 – 5

Volt mampu diolah oleh ADC

3.3 Rangkaian NTC

Berikut merupakan rangkaian yang digunakan untuk

merancang rangkaian jembatan wheatstone dan rangkaian

penguat instrumentasi :

Gambar 6 Rangkaian Jembatan Wheatstone

Gambar 7 Rangkaian Penguat Instrumentasi

3.4 Rangkaian Driver Heater

Berikut ini adalah rangkaian driver heater yang

digunakan :

Gambar 8 Rangkaian Driver Heater

3.5 Perencanaan Sistem Kontrol Logika Fuzzy (KLF)

3.5.1 Perancangan Logika Fuzzy

Pada penelitian ini, sistem kotrol logika fuzzy terdiri atas

dua masukan yaitu nilai error (E) dan error (dE) dan

terdapat satu keluaran yaitu dalam bentuk tegangan yang

digunakan untuk mengatur besarnya tegangan heater.

Error = set point – nilai aktual (1)

dimana,

set poin t : besarnya nilai yang diinginkan

nilai aktual : besarnya nilai sebenarnya/yang terbaca

melalui sensor

Error = error (t) – error (t–1) (2)

dimana,

error (t) : nilai error pada waktu t

error (t–1) : nilai error pada waktu t–1

3.5.2 Fungsi Keanggotaan Masukan

Fungsi keanggotaan untuk error (E) dan error (dE)

dapat dilihat pada gambar 9 dan gambar 10 :

Gambar 9 Fungsi Keanggotaan Error

Gambar 10 Fungsi Keanggotaan Error

3.5.3 Fungsi Keanggotaan Keluaran

Gambar 11 menunjukkan fungsi keanggotaan output

heater.


59

Gambar 11 Fungsi Keanggotaan Output Heater

3.5.4 Perancangan Rule

Pada tabel 1 menunjukkan perancangan rule fuzzy yang

dibuat :

Tabel 1 Rule Fuzzy

dE

E N Z P

N N N N

Z N Z Z

P Z P P

3.5.5 Defuzzifikasi

Defuzzifikasi yaitu proses untuk mengubah fuzzy output

menjadi crisp output. Hasil defuzzifikasi inilah yang

menentukan besarnya tegangan yang dihasilkan driver heater.

Metode defuzzifikasi yang digunakan pada penelitian ini

adalah Mean Of Maximum (MOM). Pada metode Mean Of

Maximum (MOM) solusi crisp diperoleh dengan cara

mengambil nilai rata-rata domain yang memiliki nilai

meanggotaan maksimum.

3.6 Software

Berikut ini adalah flowchart program yang berguna

untuk melihat alur kerja dari sistem yang dibuat. Mulai

Potensio= PA7

PB = PA6

NTC = PA0

LCD = PC0 – PC7

Heater = PD5

Baca Potensio

Start = 1 ?

Baca Sensor

Proses Fuzzy

Pengaktifan Heater

Stop = 1 ?

Selesai

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Gambar 12 Flowchart Program

3.7 Perancangan Mekanik

Perancangan mekanik yang dimaksud adalah suatu

bagian yang berfungsi untuk melindungi bagian elektrik dan

untuk meningkatkan penampilan dari alat.Box electric berisi

rangkaian dari sistem yang meliputi rangkaian NTC,

rangkaian mikrokontroler, driver heater, push button,

potensiometer multiturn, LCD. Box electric terbuat dari

akrilik bening yang berukuran 24cm x 16,6cm x 11,5cm (P x

L x T), dengan desain seperti pada Gambar 3.4 dibawah ini.

Gambar 13 Desain Perancangan Mekanik

IV. HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengujian Perblok Sistem

4.1.1 Pengujian Sensor NTC

Pada pengujian sensor suhu NTC (Negative Coefisien

Temperature) terbagi menjadi beberapa pengambilan data,

yaitu :

1. Pengambilan data resistansi sensor NTC

Pada peneltian ini penulis menggunakan NTC yang

memiliki kapasitas 10KΩ (RNTC).

Tabel 2 Pengambilan data resistansi sensor NTC

No. Suhu

(°C)

Resistansi

(KΩ)

Resistansi

Datasheet (KΩ)

Error

(%)

1. 25 9,1 10 9

2. 30 7,5 8,315 9,802

3. 35 6,35 6,948 8,607

4. 40 5,4 5,834 7,439

5. 45 4,6 4,917 6,447

6. 50 3,9 4,161 6,273

7. 55 3,4 3,535 3,819

8. 60 2,7 3,014 10,418

9. 65 2,3 2,356 11,06

10. 70 1,9 2,228 17,722

11. 75 1,7 1,925 11,688

12. 80 1,5 1,669 10,126

13. 85 1,3 1,452 10,468

14. 90 1,2 1,268 5,363

Dari tabel 2 , dapat dianalisis bahwa perbedaan besar

resistansi hasil pengukuran dengan data sheet menghasilkan


60

error rata-rata yaitu 8,945%. Selain itu, untuk menentukan

besar nilai R1, R2, dan R4 berdasarkan dari besar resistansi

sensor NTC pada suhu ruangan. Dilihat dari tabel 4.1, pada

suhu 25°C besar resistansi sensor NTC (RNTC) adalah 9,1 KΩ,

maka besar R1, R2, dan R4 adalah 9,1 KΩ. Berikut ini adalah

rangkaian jembatan wheatstone yang telah dibuat:

Gambar 14 Rangkaian Jembatan Wheatstone

Gambar 15 Lay Out Jembatan Wheatstone

Besar resistansi pada sensor NTC berubah-ubah karena

dipengaruhi oleh besar suhu yang berubah-ubah.Besar

tegangan pada VOUT2 tidak berubah-ubah karena resistansi R2

dan R4 tetap. Sedangkan besar tegangan pada VOUT1akan

berubah-ubah dikarenakan resistansi RNTC yang berubah-ubah

mengikuti suhu disekitar sensor NTC walaupun resistansi R1

tetap. Maka dari itu, untuk perhitungan pada titik OUT-1 yaitu

a. Pada suhu 25°C, resistansi NTC adalah 9,1 KΩ

b. Pada suhu 90°C, resistansi NTC adalah 1,2 KΩ

Karena pada peneltian ini penulis menggunakan set

point 25°C sampai 90°C, maka resistansi NTC dari

perhitungan diatas diambil berdasarkan suhu terendah dan

suhu tertinggi pada set point yang diinginkan. Berikut rumus

untuk mengetahui besar tegangan output maksimal jembatan

wheatstone :

Dari perhitungan diatas didapat jembatan

wheatstone adalah . Pada penelitian ini penulis

mengiinginkan sebesar . Maka, untuk

mencapan tegangan keluaran rangkaian wheatstone

harus dikuatkan menggunakan penguat instrumentasi. Berikut

adalah perhitungan untuk membuat rangkaian penguat

instrumentasi :

Pengali (AV)

= 1,0865

| |

| |

√

√

9074,85 Ω 9,075 KΩ

Untuk mempermudah dalam proses pembacaan dan

analisa maka dari tabel 4.1 dapat dibuat dalam bentuk grafik

yang di bawah ini:

Gambar 16 Grafik Karakteristik Sensor NTC

Dari garafik diatas, dapat membuktikan bahwa

karakteristik sensor NTC adalah semakin rendah suhu maka

resistansi NTC akan semakin besar dan semakin tinggi suhu

maka resistansi NTC akan semakin kecil. Sensor NTC juga

bukan merupakan sensor yang responnya linier.

Tabel 3 Pengambilan data suhu thermometer dan LCD

No. Thermometer

(°C) LCD Error (%)

1. 30 29 3,333

2. 35 35 0

3. 40 41 2,5

4. 45 45 0

5. 50 51 2

6. 55 55 0

7. 60 60 0

8. 65 63 3,077

9. 70 68 2,857

10. 75 71 5,333

11. 80 78 2,5

12. 85 84 1,176

Dari tabel 3, perbandingan pembacaan sensor

menggunakan thermometer dan LCD memiliki selisih yang


61

tidak jauh, rata-rata error dari kedua pembacaan thermometer

dan LCD adalah 1,898%.

2. Pengambilan data rangkaian penguat instrumentasi

Tabel 4 Pengambilan data rangkaian pengkondisi sinyal

No. Suhu

(°C)

VA

(V)

VB

(V)

VAB

(V)

VO

(V)

1. 25 5,1 5,1 0 0

2. 30 4,7 5,1 0,4 0,5

3. 35 4,3 5,1 0,8 1

4. 40 3,8 5,1 1,3 1,5

5. 45 3,4 5,1 1,7 2

6. 50 3,1 5,1 2 2,5

7. 55 2,7 5,1 2,4 3

8. 60 2,3 5,1 2,8 3,4

9. 65 2,1 5,1 3 3,8

10. 70 1,9 5,1 3,2 4

11. 75 1,6 5,1 3,5 4,3

12. 80 1,5 5,1 3,6 4,6

13. 85 1,3 5,1 3,8 4,7

14. 90 1,1 5,1 4 4,97

Untuk mempermudah dalam proses pembacaan dan

analisa maka dari tabel 4 dapat dibuat dalam bentuk grafik

yang di bawah ini:

Gambar 16 Grafik VA(V)

Gambar 17 Grafik VAB(V)

Gambar 18 Grafik VO(V)

Dari gambar 16-18, terdapat ketidak linieran sensor pada

suhu 60°C sampai 90°C karena dipengaruhi oleh keluaran

jembatan (VAB), yang mana terlihat pada gambar 18 terlihat

adanya ketidak linieran sensor pada suhu 60°C sampai 90°C.

Ini dapat membuktikan bahwapengkondisi sinyal akan

menguatkan data atau tegangan pada VAB.

Jika dilihat dari karakteristik sensor yang digunakan

(NTC) pada gambar 16, menunjukkan bahwa output dari

sensor sudah tidak linier yang menyebabkan output

pengkondisi sinyal juga tidak linier.

4.1.2 Pengujian Mikrokontroller

Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 5

Tabel 5 Pengukuran Tegangan Pin Mikrokontroler

No. ATmega32 Tegangan Keterangan

1. Port A 5 V Baik

2. Port B 5 V Baik

3. Port C 5 V Baik

4. Port D 5 V Baik

Berikut ini adalah lay out minimum system yang telah

dibuat

4.1.3 Pengujian Respon Heatrig

Berikut ini merupakan grafik hasil pengujian heater

tanpa menggunakan kontrol logika fuzzy :

Gambar 19 Grafik Respon Heater Tanpa Kontrol

Hasil dari gambar 19 diperoleh dengan time sampling

setiap 15 detik. Terdapat 3 tempat peletakan thermometer

dalam pengujian dengan waktu yang sama yaitu thermometer

diletakkan didekat heater, thermometer diletakkan dibagian

tengah rig, dan thermometer diletakkan didekat heatsink.


62

Thermometer yang diletakkan didekat heater jika dalam

kondisi heatrig dinyalakan terus menerus dapat mencapai suhu

90°C.Thermometer yang diletakkan ditengah rig jika dalam

kondisi heatrig dinyalakan terus menerus dapat mencapai suhu

maksimum 56°C. Sedangkan, thermometer yang diletakkan

didekat heatsink jika dalam kondisi heatrig dinyalakan terus

menerus dapat mencapai suhu maksimum 40°C.

Dari data tersebut, pada penelitian ini yang akan

distabilkan suhunya yaitu pada bagian didekat heater

dikarenakan range suhu yang diinginkan adalah 25°C sampai

90°C.

4.1.4 Pengujian Driver Heater

Rangkaian driver pada modul skripsi ini berfungsi

sebagai kontak dari tegangan DC ke tegangan AC. Prinsip

kerjanya dengan memanfaatkan fungsi MOC 3041 yaitu,

ketika MOC 3041 mendapat tegangan dari mikrokontroller

maka akan saturasi sehingga dapat menghidupkan triac

BT138 dengan kontak AC. Dan ketika MOC tidak

mendapatkan tegangan sehingga triac akan mati karena

Gate tidak mendapatkan tegangan dari MOC.

Untuk perhitungan mencari besar resistansi R4

menggunakan persamaan berikut :

R4

R4

R4 Ω

Berikut ini adalah rangkaian driver heater yang telah

dibuat:

Gambar 20 Rangkaian Driver Heater

Untuk menghitung hasil tegangan output yang dihasilkan

driver heater menggunakan rumus berikut :

VOUT VIN 100%

Berikut adalah hasil pengujian driver heater tanpa

metode kontrol logika fuzzy :

Tabel 6 Pengujian Driver

N

o

Duty

Cycle

VOUT

(V)

Hitung

VOUT

(V)

Hasil

T1

(°C)

T2

(°C)

T3

(°C)

1 10% 22 30 45 35 29

2 20% 44 90 52 38 30

3 30% 66 110 60 40 30,5

4 40% 88 130 69 44 31

5 50% 110 160 73 47 32

6 60% 132 180 78 49 32,5

7 70% 154 200 84 51 33

8 80% 176 210 92 55 34

9 90% 198 220 98 57 35

1

0 100% 220 220 99 58 35,5

Dari data tabel 6 dapat dianalisa bahwa semakin kecil

duty cycleakan menyebabkan tegangan yang dihasilkan driver

heater juga semakin kecil. Jika tegangan yang dihasilkan

driver heater kecil maka daya heater yang dihasilkan juga

kecil, sehingga suhu heater akan rendah.

4.2 Pengujian Sistem

4.2.1 Pengujian Tanpa Gangguan

a. Pengujian pada suhu 40ºC

Grafik hasil pengujian sistem pada suhu 40ºC dapat

dilihat pada gambar 4.13

Gambar 21 Grafik Respon Sistem Suhu 40ºC

Dari hasil pengujian sistem dengan suhu 40°C

didapatkan grafik seperti pada gambar 21, sehingga

didapatkan analisa sebagai berikut:

1. Waktu tunda (delay time) : td = 2,27 menit.

2. Waktu naik (rise time) : tr = 0,169 menit.

3. Waktu puncak (peak time) : tp = 7,209 menit.

4. Overshoot maksimum (maximum overshoot) : Mp

=41,6°C. Biasanya dirumuskan dalam presentase :

5. Waktu settling (settling time) : ts = 2,321 menit.

b. Pengujian pada suhu 50ºC


dilihat pada gambar 4.8







63


3. Waktu puncak (peak time) : tp = 6,044 menit.

4. Overshoot maksimum (maximum overshoot) : Mp =

50,5°C.Biasanya dirumuskan dalam presentase :


c. Pengujian pada suhu 60ºC








d. Pengujian pada suhu 70ºC

Grafik hasil pengujian sistem pada suhu 70ºC dapat dilihat

pada gambar 24


e. Pengujian pada suhu 80ºC


dilihat pada gambar 25


Pada gambar24 dan gambar 25, grafik respon sistem

suhu 70°C dan 80ºC tidak mencapai set point.Tidak

tercapainya suhu yang diinginkan tersebut karena dipengaruhi

suhu luar ruangan atau pada saat pengambilan data berada di

ruang terbuka yang kondisinya berangin.

4.2.2 Pengujian dengan Gangguan

Gambar 26 Grafik Respon Sistem Suhu 50ºC dengan

Gangguan

Dari hasil pengujian sistem dengan suhu 50°C yang

diberikan gangguan didapatkan grafik seperti pada gambar 26,

sehingga didapatkan analisa sebagai berikut:

Respon sistem pada suhu 50°C dengan ditambahkannya

gangguan berupa penambahan air pada tabung heatrig dapat

membuktikan bahwa kontrol logika fuzzy berjalan dengan

baik. Pada saat suhu telah mencapai setpoint 50°C dan

diberikan gangguan dengan menurunkan suhu menjadi 30°C,

maka kontrol logika fuzzy akan memerintahkan driver heater

untuk menambah tengangan untuk memanaskan heater.

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan serta pengujian yang telah

dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa :

1. Perancangan kontrol logika fuzzy (KLF) sebagai

pengendali suhu pada heatrig menggunakan metode

mamdani. Sistem kotrol logika fuzzy terdiri atas dua

masukan yaitu nilai error (E) dan error (dE) dan

terdapat satu keluaran untuk mengatur besarnya tegangan

heater. Pada perancangan rule, terdapat 9 aturan yang

dihasilkan dari kombinasi antara 3 variabel yaitu Negative

(N), Zero (Z), dan Positive (P).

2. Pembuatan alat yang dapat mengatur suhu pada proses

stabilisasi suhu heatrig secara efektif dan efisien dalam

penggunaannya dilakukan dengan menggunakan kontrol

logika fuzzy yang ditanamkan pada mikrokontroler

ATmega32 untuk mengatur aktuator berupa heater, dan

sensor NTC sebagai pembaca suhu yang dihasilkan.

3. Penggunaan kontrol logika fuzzy dapat meningkatkan

efisiensi kerja pada heatrig, diantaranya yaitu mengurangi

error suhu yangdihasilkan, serta meningkatkan ketahanan

proses dan konsistensi output sehingga diperoleh suhu

heatrig yang stabil. Pada pengujian sistem tanpa gangguan,

diperoleh hasil yang paling baik yaitu pada set point 40°C

dikarenakan besar overshoot dan undershoot yang


64

dihasilkan kecil. Saat pengujian dengan gangguan,

meskipun sistem diberi gangguan respon kontroler masih

berjalan dan tetap kembali pada set point suhu yang telah

dipilih. Hal ini membuktikan bahwa kontroler fuzzy (KLF)

yang telah direncanakan berhasil.

5.2 Saran

Rancangan yang telah dibuat ini masih perlu adanya

perbaikan agar dapat bekerja secaraoptimal. Untuk

pengembangan lebih lanjut yang dapat dilakukan diantaranya:

1. Menggunakan heater yang dayanya lebih besar agar

responnya lebih cepat dan dapat mencapai suhu 100°C.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arissandi, Rizky. 2014. Implementasi Kontrol Logika Fuzzy(KLF)

sebagai Pengendali Suhu Sistem Pasteurisasi Kuning Telur Cair

Berbasis Mikrokontroler Arduino. Program Sarjana. Universitas

Brawijaya. Malang.

[2] Dicarara, Marina. 2014. Implementasi Pengendalian Suhu pada Sistem

Fermentasi Susu dengan Kontrol Logika FuzzyBerbasis Mikrokontroler

Arduino Mega. Program Sarjana. Universitas Brawijaya. Malang.

[3] Fadhila, Erwin dkk.2014. Pengendalian Suhu Berbasis Mikrokontroler

pada Ruang Penetas Telur.Program Sarjana.Institut Teknologi

Nasional. Bandung.

[4] Kusumadewi, Sri & Purnomo, Hari. (2004). Aplikasi Logika Fuzzy

Untuk Sistem Pendukung Keputusan Edisi Pertama.Yogyakarta: Graha

Ilmu.

[5] Kusumadewi, Sri & Hartati, Sri. (2006). Neuro Fuzzy-Integrasi Sistem

Fuzzy dan Jaringan Syaraf.Yogyakarta: Graha Ilmu.

[6] Putra, Achmad Rochman dkk. 2013. Sistem Pengendalian Suhu pada

Tungku Bakar Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy. Program Sarjana.

Universitas Brawijaya. Malang.

[7] Romadhan, Setiawan dkk.2014. Menggunakan Kontrol Fuzzyuntuk

Pengaturan SuhuCairan Berbasis Atmega16.Program Sarjana.

Universitas Diponegoro. Semarang.

[8] Rusdi, Akhbar Prachaessardhi. 2014. Sistem Pengendalian Suhu pada

Proses Distilasi Vakum Bioetanol Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy.

Program Sarjana. Universitas Brawijaya. Malang.

Stabilisasi Suhu Heatrig Menggunakan Metode Kontrol Logika ...

Documents

Transcript of Stabilisasi Suhu Heatrig Menggunakan Metode Kontrol Logika ...