ix
1
LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM PENGENDALIAN OTOMATIS
SIMULASI PENGENDALIAN SUHU PADA PCT 13 DENGAN LABVIEW 2013
FRESI YULIANA PUTRI TIAS AJI 2414106010
Asisten Praktikum
AFIF RACHMAN APRIYANTO 2411100052
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Program Studi S-1
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2015
LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM PENGENDALIAN OTOMATIS
SIMULASI PENGENDALIAN SUHU PADA PCT 13 DENGAN LABVIEW 2013
FRESI YULIANA PUTRI TIAS AJI 2414106010
Asisten Praktikum
AFIF RACHMAN APRIYANTO 2411100052
Laboratorium Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol
Program Studi S-1
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2015
ABSTRAK
LabVIEW atau Laboratory Virtual Instrument Enggineering Workbench adalah software yang dapat diintegrasikan dengan plant sehingga dapat melakukan controlling dari sebuah laptop.
Tunning controller merupakan kegiatan menentukan nilai parameter kontroler (Kp, Ti, dan Td) untuk mendapatkan respon control yang baik. Pada praktikum ini metode tunning controller yang digunakan adalah metode Ziegler-Nichols dan trial and error.
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan pada praktikum ini, didapatkan bahwa mode control yang tepat untuk pengendalian level ialah mode control PI dengan nilai Kp=36 dan Ti=30,4. Sedangkan mode control untuk pengendalian suhu ialah PID dengan nilai parameter Kp=20, Ti=0.08, dan Td=0.02.
aKata Kunci: D, I, P, Tunning controller,
ABSTRACT
LabVIEW or Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench is a software that can be integrated with the plant so that it can perform the controlling from computer.
Tunning controller is an activity to determine the value of controller parameters (Kp, Ti and Td) to obtain a good control response. In this worklab the method of tuning controller that used is the Ziegler-Nichols and trial and error method.
Based on the experiments that have been conducted in this worklab, we found that the proper control mode to control a levelis PI control mode with the value of Kp = 36 and Ti = 30.4. While the proper mode control to control temperature is PID control mode with value of parameter Kp = 20, Ti = 0:08, and Td = 0:02.
Keywords: D, I, P, Tunning controller,
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga Laporan Resmi Praktikum Sistem Pengendalian Otomatik "Simulasi Pengendalian Suhu Pada Pct 13 Dengan Labview 2012" ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya.
Dalam kesempatan kali ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada:
Asisten laboratorium Larinst yang telah membimbing dalam pelaksanaan praktikum "Simulasi Pengendalian Suhu Pada Pct 13 Dengan Labview 2013".
Rekan-rekan yang telah membantu terlaksananya kegiatan praktikum ini.
Penyusun menyadari bahwa banyak kekurangan dalam pembuatan laporan ini baik dari segi materi maupun penyajian. Untuk itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun.
Akhir kata penyusun berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi penyusun sendiri khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surabaya, 19 April 2015
Penyusun
DAFTAR ISI
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
KATA PENGANTAR v
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL x
BAB I 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Permasalahan 1
1.3 Tujuan 1
BAB II 2
2.1 Definisi Sistem Pengendalian 2
2.2 Metode Tunning Ziegler Nichols Dalam Desain Kontroler PID 10
2.3 Labview 2013 12
2.3.1 FrontPanel 14
BAB III 16
3.1 Peralatan 16
3.2 Prosedur Percobaan 16
BAB IV 19
4.1 Analisis Data 19
4.2 Pembahasan 28
BAB V 29
5.1 Kesimpulan 29
5.2 Saran 30
DAFTAR PUSTAKA 31
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Sistem pengendalian lup terbuka 2
Gambar 2. 2 Sistem pengendalian lup tertutup 3
Gambar 2. 3 Sistem Pengendalian lup tertutup 5
Gambar 2. 4 Sistem Pengendalian level cairan secara manual 6
Gambar 2. 5 Sistem pengendalian level cairan secara otomatis 6
Gambar 2. 6 Sistem pengendalian digital 7
Gambar 2. 7 Sistem pengendalian kontinyu 10
Gambar 2. 8 Kurva S Analisa Grafis Ziegler Nichols 10
Gambar 2. 9 Kharakteristik keluaran sistem dengan penambahan Kp 11
Gambar 2. 10 LabVIEW 2013 13
Gambar 2. 11 Front Panel 14
Gambar 2. 12 Block Diagram 15
Gambar 2. 13 Controls dan Function Palletes 15
Gambar 4. 1 Menentukan nilai Kc dengan cara trial and error 20
Gambar 4. 2 Parameter PID 21
Gambar 4. 3 Grafik respon mode pengendalian P 21
Gambar 4. 4 Parameter PID 22
Gambar 4. 5 Grafik respon mode pengendalian PI 22
Gambar 4. 6 Parameter PID 23
Gambar 4. 7 Grafik respon mode pengendalian PID 23
Gambar 4. 8 Grafik respon PI menggunakan metode trial and error 24
Gambar 4. 9 Mode Pengendalian P nilai Kc=15 25
Gambar 4. 10 Mode Pengendalian P nilai Kc=20 25
Gambar 4. 11 Mode Pengendalian PID: Kc, Ti, Td (20, 0.01, 0.01) 26
Gambar 4. 12 Mode Pengendalian P nilai Kc=25 27
Gambar 4. 13 Mode Pengendalian PID, nilai Kc,Ti,Td(20, 0.02, 0.08) 27
Gambar 4. 14 Mode Pengendalian PID, nilai Kc,Ti,Td(20, 0.08, 0.02) 27
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Formula untuk mencari nilai Kp, Ti, dan Td 11
Tabel 2. 2 Formula untuk mencari nilai Kp, Ti, dan Td 12
Tabel 4. 1 Parameter controller 20
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Permasalahan
Permasalahan dalam praktikum kali ini adalah:
Bagaimanakah konfigurasi hardware National Instrument Field Point pada praktikum P2?
Bagaimanakah cara pemrogramman Labview 2012?
Bagaimanakah peran mode Kontrol PID secara Real Time?
Tujuan
Berikut beberapa diantaranya tujuan dari praktikum:
Praktikan dapat mengetahui konfigurasi hardware National Instrument Field Point yang digunakan untuk mengendalikan besarnya suhu pada PCT 13.
Praktikan dapat mengetahui cara pemrogramman Labview 2012.
Praktikan dapat mengetahui peran mode Kontrol PID secara Real Time.
BAB II
DASAR TEORI
Definisi Sistem Pengendalian
Sistem 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.
Pada sistem kendali dikenal sistem lup terbuka (openloopsystem) dan sistem lup tertutup (closedloopsystem). Sistem kendali lup terbuka atau umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator kendali (controlactuator) 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.
Pengatur (controller)Proses/Plantmasukankeluaran
Pengatur (controller)
Proses/Plant
masukan
keluaran
Gambar 2. 1 Sistem pengendalian lup terbuka
Pada sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali lup tertutup (closedloopsystem) memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperti 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.
KontrollerActuator(Control) Valve)Plant(Tangki)Sensor(LM-35)Level InputLevel Output+-
Kontroller
Actuator
(Control) Valve)
Plant
(Tangki)
Sensor
(LM-35)
Level Input
Level Output
+
-
Gambar 2. 2 Sistem pengendalian lup tertutup
Dengan sistem kendali gambar 2.2, 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. Oleh karena itu selanjutnya akan dikaji beberapa istilah-istilah yang dipergunakannya.Istilah-istilah umum yang sering didengar dalam sistem pengendalian antara lain :
Masukan
Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan.
Keluaran
Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali.
Plant
Seperangkat peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan dikendalikan, msalnya pabrik, reaktor nuklir, mobil, sepeda motor, pesawat terbang, pesawat tempur, kapal laut, kapal selam, mesin cuci, mesin pendingin (sistem AC, kulkas, freezer), penukar kalor (heatexchanger), bejana tekan (pressurevessel), robot dan sebagainya.
Proses
Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya.
Sistem
Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama-sama untuk mencapai tujuan tertentu.
Diagramblok
Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model matematika dari sistem fisik.Contohnya adalah kotak pada gambar 2.1 atau 2.2.
FungsiAlih (TransferFunction)
Perbandingan antara keluaran (output) terhadap masukan (input) suatu sistem pengendalian. Suatu misal fungsi alih sistem pengendalian loop terbuka gambar 2.1 dapat dicari dengan membandingkan antara output terhadap input. Demikian pula fungsi alih pada gambar 2.3.
Sistem Pengendalian Umpan Maju (openloopsystem)
Sistem kendali ini disebut juga sistem pengendalian lup terbuka .Pada sistem ini keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian sebagaimana dicontohkan gambar 2.1. Di sini kinerja kontroler tidak bisa dipengaruhi oleh input referensi.
Sistem Pengendalian Umpan Balik
Istilah ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup. Pengendalian jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem keluaran pengendalian ikut andil dalam aksi kendali.
KontrollerActuator(Control) Valve)Plant(Tangki)Sensor(LM-35)Level InputLevel Output+-
Kontroller
Actuator
(Control) Valve)
Plant
(Tangki)
Sensor
(LM-35)
Level Input
Level Output
+
-
Gambar 2. 3 Sistem Pengendalian lup tertutup
Sistem Pengendalian Manual
Sistem 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. 4 Sistem Pengendalian level cairan secara manual
Sistem Pengendalian Otomatis
Sistem 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 kendali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidang yang prosesnya membahayakan keselamatan jiwa manusia.
Gambar 2. 5 Sistem pengendalian level cairan secara otomatis
Variabel terkendali (Controlled variable)
Besaran atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram kotak disebut processvariable (PV). Level fluida pada bejana pada gambar 2.4 merupakan variabel terkendali dari proses pengendalian. Temperatur pada gambar 2.5 merupakan contoh variabel terkendali dari suatu proses pengaturan.
Manipulated variable
Masukan dari suatu proses yang dapat diubah -ubah atau dimanipulasi agar processvariable besarnya sesuai dengan setpoint (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol). Masukan proses pada gambar 2.4 adalah laju aliran fluida yang keluar dari bejana , sedangkan masukan proses dari gambar 2.5 adalah laju aliran fluida yang masuk menuju bejana. Laju aliran diatur dengan mengendalikan bukaan katup.
Sistem Pengendalian Digital
Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensingelement dan transmitter), elementcontroller (controlunit), dan finalcontrolelement (controlvalue ).
Gambar 2. 6 Sistem pengendalian digital
Gangguan (disturbance)
Suatu sinyal yang mempunyai k ecenderungan untuk memberikan efek yang melawan terhadap keluaran sistem pengendalian (variabel terkendali).Besaran ini juga lazim disebut load.
Sensing element
Bagian paling ujung suatu sistem pengukuran (measuringsystem) atau sering disebut sensor.Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor on/off menggunakan limitswitch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressuregauge untuk pengukur tekanan.
Transmitter
Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller.
Aktuator
Piranti elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan. Perangkat bisa dibuat dari system motor listrik (motor DC servo, moto r DC stepper, ultrasonic motor, linier moto, torque motor , solenoid), sistem pneumatik dan hidrolik. Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan maka bisa dipasang sistem gearbox atau sprochetchain.
Transduser
Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan mekanis menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran getaran. Terkadang antara transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya memang mempunyai fungsi serupa. Transduser lebih bersifat umum, namun transmiter pemakaiannya pada sistem pengukuran.
Measurement Variable
Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran.
Setting point
Besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap setpoint.
Error
Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif atau negatif, bergantung nilai setpoint dan variabel terkendali. Makin kecil error terhitung, maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler terhadap plant hingga akhirnya mencapai kondisi tenang ( steady state)
Alat Pengendali (Controller)
Alat pengendali sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan suatu proses. Controller merupakan elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap pengaturan, yaitu : membandingkan setpoint dengan measurementvariable, menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan, danmengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya
Control Unit
Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan.
Final Controller Element
Bagian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated variable atas dasar perintah kontroler.
Sistem Pengendalian Kontinyu
Sistem pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon sistem selalu ada.Pada gambar 2.7. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu. (Eviandriani, 2010)[1]
Gambar 2. 7 Sistem pengendalian kontinyu
Metode Tunning Ziegler Nichols Dalam Desain Kontroler PID
Aspek yang sangat penting dalam desain kontroler PID ialah penentuan parameter kontroler PID supaya sistem close loop memenuhi kriteria performansi yang diinginkan. Hal ini disebut juga dengan tuning kontroler.
Terkadang pemodelan matematis suatu plant susah untuk dilakukan. Jika hal ini terjadi maka perancangan kontroler PID secara analitis tidak mungkin dilakukan sehingga perancangan kontroler PID harus dilakukan secara eksperimental.
Metode ke 1 (Metode Kurva)
Ziegler– Nichols mengusulkan aturan untuk menentukan nilai Kp, Ti dan Td berdasarkan pada karakteristik tanggapan peralihan dari plant yang diberikan. Metode pertama Ziegler–Nichols menentukan nilai Kp, Ti, dan Td:
Gambar 2. 8 Kurva S Analisa Grafis Ziegler Nichols
Aturan perpotongan garis lurus terjadi pada kondisi linier dari kurva S repon sistem.Ketepatan dalam pengambilan perpotongan ini sangatlah penting karena menentukan parameter T dan L yang menjadi acuan dari kontroler.(Fahmi, 2010)[2]
Tabel 2. 1 Formula untuk mencari nilai Kp, Ti, dan Td
Tipe Pengendali
Kp
Ti
Td
P
TL
0
PI
0,9TL
L0,3
0
PID
1,2TL
2L
0,5L
Metode ke-2 (Metode Osilasi)
Pada metode ke-2, penalaan dilakukan dalam kalang tertutup dimana masukan referensi yang digunakan adalah fungsi tangga (step). Pengendali pada metode ini hanya pengendali proporsional. Kp, dinaikkan dari 0 hingga nilai kritis Kp,sehingga diperoleh keluaran yang terus-menerus berosilasi dengan amplitudo yang sama. Nilai kritis Kp ini disebut sebagai ultimated gain. Tanggapan keluaran yang dihasilkan pada 3 kondisi penguatan proporsional ditunjukkan pada Gambar 2.8. Sistem dapat berosilasi dengan stabil pada saat Kp = Ku.
Gambar 2. 9 Kharakteristik keluaran sistem dengan penambahan Kp
Nilai ultimated period, Tu, diperoleh setelah keluaran sistem mencapai kondisi yang terusmenerus berosilasi. Nilai perioda dasar, Tu, dan penguatan dasar, Ku, digunakan untuk menentukan konstanta-konstanta pengendali sesuai dengan tetapan empiris Ziegler-Nichols pada Tabel 2.2
Tabel 2. 2 Formula untuk mencari nilai Kp, Ti, dan Td
Tipe Pengendali
Kp
Ti
Td
P
Ku2
0
PI
2Ku5
4Pu5
0
PID
3Ku5
Tu2
3Tu25
Labview 2013
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) adalah software pemrograman visual yang dikembangkan oleh National Instrument.Pengguna program cukup memasukkan logic berupa icon-icon yang dirangkai sesuai alur logika pemrograman.Selain menggunakan icon, syntax berupa teks juga dapat digunakan untuk memprogram dengan standard pemrograman Mathscript Language.
LabVIEW dapat digunakan untuk pemrosesan dan visualisasi data dalam bidang akuisisi data, kendali instrumentasi serta automasi industri.Pertama kali dikembangkan oleh perusahaan National Instruments pada tahun 1986. Perangkat lunak ini dapat dijalankan pada sistem operasi Linux, Unix, Mac OS X dan Windows. Labview yang digunakan dalam tugas akhir ini yakni labview 2010 seperti yang terlihat di Gambar 3.4 (NI,2012)[3]
Gambar 2. 10 LabVIEW 2013
Program LabVIEW disebut dengan Virtual Instrumen (VI) karena beberapa tampilan dan operasi pada program LabVIEW menyerupai suatu instrument seperti osiloskop dan multimeter. Setiap VI menggunakan fungsi-fungsi yang memanipulasi input dari user interface atau sumber lain dan menampilkan informasi tersebut atau memindahkan informasi tersebut ke file/ komputer lain.
LabVIEW merupakan suatu bahasa pemrograman berbasis grafis yang menggunakan icon sebagai ganti bentuk teks untuk menciptakan aplikasi.Berlawanan dengan bahasa pemrograman berbasis text, di mana instruksi menentukan pelaksanaan program. Labview menggunakan pemrograman dataflow, yang mana alur data menentukan pelaksanaan (execution). Tampilan pada Labview menirukan instrument secara virtual.
Membangun antarmuka pemakai dengan menggunakan satu set peralatan (tools) dan objek-objek. Antarmuka pemakai dikenal sebagai panel depan (front Panel). Selanjutnya menambahkan kode menggunakan grafis yang mewakili fungsi untuk mengendalikan objek panel muka. Diagram blok berisi kode ini. Dalam beberapa hal, diagram blok menyerupai suatu flowchart( Herwins, 2012).
LabVIEW terdiri dari dua komponen, yaitu :
Front panel, merupakan komponen tampilan Labview.
Block diagram, merupakan komponen logika yang akan dieksekusi.
FrontPanel
Front panel merupakan interface antara pengguna (user) dengan program. Didalam front panel terdapat Kontrol (Input) dan Indikator (Output). Kontrol pada frontpanel dapat berupa knop, tombol, dial dan lainnya. Sedangkan untuk indikator (Output) dapat berupa LED, grafik dan tampilan lainnya.
Gambar 2. 11 Front Panel
Kontrol menirukan input instrument dan menyuplai data ke diagram blok pada VI yang bersangkutan. Indikator menirukan instrumen keluaran dan menampilkan data yang diperoleh atau dihasilkan oleh diagram blok.
Block Diagram
Setelah merancang front panel, menambahkan kode menggunakan grafis yang mewakili fungsi untuk mengendalikan obyek-obyek panel muka. Blok diagram berisi sourcecode grafis. Obyek-obyek panel muka nampak seperti terminal pada diagram blok. Virtual Instrumen pada Gambar 3.6 menunjukkan beberapa obyek diagram blok seperti terminal-terminal, fungsi-fungsi, dan alur.
Gambar 2. 12 Block Diagram
Fungsi-fungsi yang dapat dilakukan oleh LabVIEW terlihat pada controls palette dan function pallete yang terdapat pada kedua komponen utama LabVIEW. Pada front panel, fungsi yang dapat dilakukan adalah fungsi-fungsi tampilan seperti grafik, indikator numeris, array, string, kontrol numeris dan lain-lain. Sedangkan pada block diagram, fungsi yang dapat dilakukan adalah fungsi-fungsi pemrograman seperti struktur, matematis, file I/O, probabilitas, analisis sinyal dan lain-lain. (NI,2012)[3]
Gambar 2. 13 Controls dan Function Palletes
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
Peralatan
Peralatan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah:
LABVIEW 2013 dan hardware National Instrument Field Point
Satu set PCT 13 + kabel penghubung LM35
Rangkaian Triac
Pompa sirkulasi air dingin
Prosedur Percobaan
Labview diaktifkan dengan diklik pada Labview 2013, kemudian blank VI diklik untuk membuat front panel dan block diagram.
Gambar 3. 1 Tampilan Labview 2013
Front Panel Simulasi Temperatur dan Level Kontrol (real plant) ditampilkan.
Gambar 3. 2 Tampilan Front Panel Simulasi Temperatur dan Level Kontrol (real plant)
Front Panel Temperatur dan Level Kontrol ditampilkan.
Gambar 3. 3 Tampilan Front Panel Temperatur dan Level Kontrol
Power supply dinyalakan agar pompa dan heater bekerja.
Set point diatur sebesar 50 untuk real plant.
Set point diatur 45 dan 50 untuk temperatur control.
Nilai Kp, Ti dan Td diubah-ubah untuk melakukan tuning pengendalian.
Respon sistem diamati dan dicatat (screenshoot).
Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 kali.
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
Analisis Data
Sebelum melakukan percobaan pada plant real, praktikan melakukan simulasi dengan menggunakan software Labview. Simulasi yang dilakukan ialah pengendalian level air menggunakan Labview. Pada percobaan ini dilakukan dua buah metode tunning. Yang pertama menggunakan metode Ziegler-Nichols dan Trial and Error. Data percobaan yang didapatkan ialah sebagai berikut:
Praktikan menentukan nilai melalui percobaan dengan mengubah nilai Kc dari mulai 10-100 Ti=0 dan Td=0. Kemudian mengamati respon yang memiliki amplitude tetap atau mencari osilasi yang stabil (maksudnya jarak puncak ke setpoint=jarak lembah ke setpoint). Dan didapatkan nilai Kc=90.
Gambar 4. 1 Respon saat nilai Kc=90 Ti=0 dan Td=0
Gambar 4. 2 Menentukan nilai Kc dengan memasukkan nilai 10-100 dan mengamati responnya.
Dari gambar 4.1 diperoleh besarnya Tu (Periode gelombang) yaitu 38. Selanjutnya kami melakukan tunning dengan menggunkan metode ke 2 Ziegler-Nichols sehingga diperoleh data sebagai berikut:
Tabel 4. 1 Parameter controller
Kp
Ti
Td
P
0,2 Kc=0,2 90=45
-
-
PI
0,45 Kc=0,45 90=40,5
4Tu5=4 385=30,4
-
PID
0,6 Kc=0,6 90=54,4
Tu2=382=19
3Tu25=3 3825=4,56
Grafik respon yang dihasilkan pada mode pengendalian P dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols
Gambar 4. 3 Parameter PID
Gambar 4. 4 Grafik respon mode pengendalian P
Grafik respon yang dihasilkan pada mode pengendalian PI dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols
Gambar 4. 5 Parameter PID
Gambar 4. 6 Grafik respon mode pengendalian PI
Grafik respon yang dihasilkan pada mode pengendalian P dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols.
Gambar 4. 7 Parameter PID
Gambar 4. 8 Grafik respon mode pengendalian PID
Sedangkan dengan menggunakan metode trial and error data terbaik yang kami dapatkan beserta grafik responnya ialah sebagai berikut ; Kc,Ti,Td (5, 0.08, 0)
Gambar 4. 9 Grafik respon PI menggunakan metode trial and error
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan yaitu pengendalian suhu pada PCT 13 menggunakan Labview 2012. Pada percobaan tunning dengan menggunakan metode trial and error didapatkan data sebagai berikut:
Set Point
45o C
50o C
Data
Kc
Ti
Td
Kc
Ti
Td
1
15
0
0
25
0
0
2
20
0
0
20
0.02
0.08
3
20
0.10
0.10
20
0.08
0.02
Dan respon system yang didapatkan adalah sebagai berikut:
Pada set point 45o C
Gambar 4. 10 Mode Pengendalian P nilai Kc=15
Gambar 4. 11 Mode Pengendalian P nilai Kc=20
Gambar 4. 12 Mode Pengendalian PID: Kc, Ti, Td (20, 0.01, 0.01)
Pada set point 50o C
Gambar 4. 13 Mode Pengendalian P nilai Kc=25
Gambar 4. 14 Mode Pengendalian PID, nilai Kc,Ti,Td(20, 0.02, 0.08)
Gambar 4. 15 Mode Pengendalian PID, nilai Kc,Ti,Td(20, 0.08, 0.02)
Pembahasan
Untuk melakukan tunning controller dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai metode. Beberapa metode yang telah kami pelajari pada praktikum kali ini ialah metode Ziegler-Nichols dan metode trial and error. Berdasarkan analisa data yang telah praktikan lakukan, praktikan menyimpulkan bahwa dalam melakukan tunning controller nilai Kp, Ti, dan Td akan mempengaruhi respon suatu system. Adakalanya suatu system control hanya perlu menggunakan pengendalian P saja, PI, PD, ataupun PID. Itu tergantung pada system tersebut. Misalkan pada pengendalian level yang telah kita lakukan, ternyata pengendalian yang paling cocok ialah dengan menggunakan pengendalian PI. Walaupun sebenarnya menggunakan pengendalian P saja sudah cukup tapi akan lebih baik jika menggunakan pengendalian PI. Hal ini dibuktikan dengan grafik respon pada gambar 4.5 penambahan konstanta Ti menyebabkan offset berkurang. Sedangkan pada pengendalian suhu, mode pengendalian terbaik ialah dengan menggunakan pengendalian PID. Hal ini dibuktikan melalui grafik respon pada gambar 4.11 untuk set poin 45o C dan grafik respon pada gambar 4.14 untuk set point 50o C. PID ini cocok digunakan untuk pengendalian suhu karena suhu memiliki respon yang lambat dan PID sendiri berfungsi untuk mempercepat reaksi sebuah sistem.
BAB V
PENUTUP
Kesimpulan
Berdasarkan praktikum yang telah kami lakukan, maka dapat kami simpulkan:
Kp atau konstanta proporsional. Kp berfungsi sebagai Gain atau penguat. Pada control proporsional keluarannya ialah hasil kali kontanta proporsional dengan error. Jika nilai Kp kecil, kontroler proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat. Jika nilai Kp dinaikkan, respon sistem menunjukkan semakin cepat mencapai keadaan mantap. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan berosilasi.
Ti atau konstanta Integral. Pada kontrol Integral dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ti yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ti yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde system.
Td atau konstanta derivative. Dengan meningkatkan nilai Td, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot.
Pada percobaan simulasi pengendalian level menggunakan Labview. Mode pengendali yang paling baik yaitu menggunakan mode pengendali PI dengan nilai konstanta Kp=36 dan Ti=30,4. Pada pengendalian level penggunaan pengendali PI lebih cocok.
Pada percobaan simulasi pengendalian suhu pada pct 13 dengan labview 2012. Mode pengendali yang paling baik yaitu menggunakan mode pengendali PID. Penambahan nilai Td diperlukan karena suhu memiliki respon yang lambat sedangkan konstanta Td itu sendiri mempunya fungsi salah satunya untuk meningkatkan stabilitas system dan menurunkan overshoot. Nilai konstanta Kp=20 Ti=0.08 dan Td=0.02 menghasilkan grafik respon paling baik pada percobaan ini.
Saran
Saran yang dapat diberikan untuk percobaan selanjutnya mengenai pengendalian suhu menggunakan PCT13 adalah harus dipastikan bahwa sensor suhu (LM35) pada modul telah terpasang dengan benar. Karena kesalahan pemasangan atau perubahan letak sensor dapat mempengaruhi pembacaan nilai. Hal ini dapat mempengaruhi respon system yang terbentuk di software Labview.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Laboratorium Instrumentasi Teknik Fisika, 2014 "Modul Praktikum SistemPengendalianOtomatis"
[2] Wicaksono Handy. 2004. Analisa Performansi dan Robustness
Beberapa Metode Tuning Kontroler PID pada Motor DC.
[3] Ogata, Katsuhiko, Modern Control Engineering, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ.
LAMPIRAN
Judul: Analisa Performansi dan Robustness Beberapa Metode Tuning Kontroler PID pada Motor DC.
Penulis: Handy Wicaksono
Review:
Dari hasil simulasi, kontroler PID dengan metode tuning Ziegler Nichols dan Cohen-Coon mempunyai performansi yang lebih baik (rise time sekitar 0.1 s dan settling time di bawah 1 s) dari metode Direct Synthesis (rise time dan settling time sebesar 5 s). Juga kedua metode tersebut memberikan Robustness sistem yang lebih baik, dengan phase margin 41.40 dan 42.60, dibanding metode terakhir yang memberikan phase margin 88.50. metode Direct Synthesis memberikan performansi yang lebih baik (tanpa overshoot, rise time dan settling time sebesar 5 s), dibanding kedua metode lainnya (maximum overshoot: 32%, rise time : 2.2s, dan settling time di atas 8s). Jadi, untuk aplikasi nyata metode Direct Synthesis memberikan hasil yang jauh lebih baik dari kedua metode lainnya. Beberapa metode tuning yang akan dibahas di sini ialah Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, dan Direct Synthesis. Dengan mengimplementasikan kontroler PID pada motor DC, akan dianalisa performansi dan Robustness dari system tersebut. Secara umum metode Ziegler-Nichols dan Cohen-Coon memberikan performansi yang lebih baik (rise time sekitar 0.1s
dan settling time di bawah 1s), juga Robustness yang lebih baik (phase margin sekitar 400). Namun jika diberikan pendekatan nonlinier akibat keterbatasan motor DC, metode Direct Synthesis memberikan performansi yang jauh lebih baik
Kekurangan:
Terlalu banyak metode yang dibahas sehingga tidak focus dan informasi yang diberikan pada tiap-tiap metode masih kurang maksimal.
Kelebihan:
Jurnal ini memberikan cukup banyak informasi mengenai metode tunning controller yaitu 3 metode sekaligus. Metode Ziegler-nichols, Cohen-choon, dan Direct Synthetis. Sehingga menambah pengetahuan pembaca bahwa ada banyak metode dalam melakukan tunning controller. Tidak hanya Ziegler-Nichols dan Cohen-choon saja yang selama ini paling popular.
