RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI PENENTU WAKTU MEMASAK BUAH KELAPA SAWIT DENGAN LOGIKA FUZZY BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51

(1)

Rancang Bangun Sistem Kendali Penentu Waktu Memasak Buah Kelapa Sawit………Syamsul, dkk

30 RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI PENENTU WAKTU MEMASAK

BUAH KELAPA SAWIT DENGAN LOGIKA FUZZY BERBASIS

MIKROKONTROLLER AT89S51

Syamsul1, Hanafi1 dan Suherman1

1

Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe

e-mail: syamsul0466@yahoo.com, hnfbatubara@yahoo.com, suherman_msi@gmail.com

ABSTRAK

Dalam sistem pengolahan kelapa sawit, salah satu prosesnya adalah proses rebusan yang dilaksanakan pada stasiun rebusan. Proses rebusan kelapa sawit dilakukan dengan proses tekanan uap air. Variabel yang berperanan penting dalam proses rebusan ini adalah jumlah buah kelapa sawit dan tekanan uap air dalam Sterilizer (salah satu bagian dari stasiun rebusan). Semakin besar buah kelapa sawit mendapat tekanan uap air untuk waktu tertentu, semakin cepat terjadi pemasakan. Untuk melakukan optimasi waktu perebusan buah kelapa sawit yang efektif, efisien dan fleksibel, terlebih dahulu perlu dibangun suatu model simulasi berupa simulasi komputer menggunakan program Matlab, untuk membangun logika Fuzzy kemudian ditanamkan pada Mikrokontroller AT89S51. Tujuan penelitian ini adalah merealisasikan suatu prototipe untuk optimasi waktu memasak buah kelapa sawit pada pabrik kelapa sawit (PKS) yang dirancang dan dibangun menggunakan Mikrokontroller AT89S51 dengan menggunakan metode logika Fuzzy. Optimasi berupa efisiensi dan efektivitas serta fleksibelitas dilakukan pada bagian sterilizer. Manfaat penelitian ini adalah dengan dihasilkan prototipe ini, maka energi yang diperlukan dalam memasak buah kelapa sawit pada bagian sterilizer akan dapat dihemat, dengan mengefisienkan waktu memasak buah kelapa sawit dengan adanya pengaturan menggunakan logika Fuzzy yang ditanamkan pada Mikrokontroller AT89S51. Manfaat lainnya adalah adanya fleksibelitas dari prototipe karena pengaturan dapat diubah sesuai dengan karakteristik dari pabrik kelapa sawit (PKS) dengan cara menset program sesuai dengan logika Fuzzy yang diinginkan. Pada penelitian ini ada dua bagian yang dilakukan yaitu perancangan logika Fuzzy menggunakan program komputer

matlab versi 7.02 dan menanamkan hasil simulasi logika Fuzzy pada Mikrokontroller AT89S51. Rancang bangun

sistem dalam bentuk prototipe ini dilakukan dalam dua pendekatan yaitu fungsional dan struktural. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini prototipe sistem kendali memiliki port input untuk banyaknya buah kelapa sawit yang akan dimasak dan tekanan uap. Respon yang dihasilkan adalah lamanya waktu memasak buah kelapa sawit.

Kata-kata kunci: Buah kelapa sawit, Logika Fuzzy, mikrokontroller AT89S51

I. PENDAHULUAN

Kelapa sawit meruapakan salah satu komoditas ekspor andalan Indonesia, dimana pohon kelapa sawit yang berasal dari spesies Arecaceae atau famili Palma, mengeluarkan minyak kelapa sawit. Kelapa sawit termasuk tumbuhan pohon dan ketinggiannya dapat mencapai 24 m. Bunga dan buahnya berupa tandan, dimana tandan buahnya bercabang banyak. Buahnya kecil, apabila masak berwarna merah kehitaman. Daging buahnya padat. Daging dan kulit buahnya mengandung minyak. Agar kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai minyak secara maksimal, maka perlu dilakukan proses pengolahan kelapa sawit dari TBS (Tandan Buah Segar) hingga dihasilkan CPO (Crude Palm Oil). Hasil sebagai CPO dapat dimanfaatkan sebagai minyak goreng, sabun dan lilin.

Dalam sistem pengolahan kelapa sawit, salah satu prosesnya adalah proses rebusan yang dilaksanakan pada stasiun rebusan. Proses rebusan kelapa sawit dilakukan dengan proses tekanan uap air. Variabel yang berperanan penting dalam proses rebusan ini adalah jumlah buah kelapa sawit dan tekanan uap air dalam Sterilizer (salah satu bagian

dari stasiun rebusan). Semakin besar buah kelapa sawit mendapat tekanan uap air untuk waktu tertentu, semakin cepat terjadi pemasakan. Untuk melakukan optimasi waktu perebusan buah kelapa sawit yang efektif, efisien dan fleksibel, terlebih dahulu perlu dibangun suatu model simulasi berupa simulasi komputer menggunakan program Matlab, untuk membangun logika Fuzzy kemudian ditanamkan pada Mikrokontroller AT89S51. Permasalahan dalam penelitian ini adalah optimasi waktu memasak buah kelapa sawit pada pabrik kelapa sawit (PKS) di bagian sterilizer belum efisien. Hal ini mengakibatkan adanya pemborosan biaya dalam proses perebusan buah kelapa sawit. Di samping itu, pengaturan waktu yang diperlukan dalam proses pemasakan buah kelapa sawit belum dikendalikan secara elektronik sehingga dapat juga menyebabkan pemborosan biaya dan waktu. Dari permasalahan-permasalahan tersebut di atas maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah merancang dan membangun suatu prototipe berbasis Mikrokontroller AT89S51 menggunakan metode logika terlebih dahulu disimulasikan pada Matlab, untuk optimasi waktu memasak buah kelapa sawit di stasiun perebusan pada pengolahan CPO dengan

(2)

Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 9 Nomor 1, Maret 2012: hal. 30-35

31

memasukkan jumlah buah kelapa sawit dan besarnya tekanan uap air yang masuk ke dalam sterilizer.

Tujuan penelitian ini adalah merealisasikan suatu prototipe untuk optimasi waktu memasak buah kelapa sawit pada pabrik kelapa sawit (PKS) yang dirancang dan dibangun menggunakan Mikrokontroller AT89S51 dengan menggunakan metode logika Fuzzy. Optimasi berupa efisiensi dan efektivitas serta fleksibelitas dilakukan pada bagian

sterilizer. Manfaat penelitian ini adalah dengan

dihasilkan prototipe ini, maka energi yang diperlukan dalam memasak buah kelapa sawit pada bagian

sterilizer akan dapat dihemat, dengan mengefisienkan

waktu memasak buah kelapa sawit dengan adanya pengaturan menggunakan logika Fuzzy yang ditanamkan pada Mikrokontroller AT89S51. Manfaat lainnya adalah adanya fleksibelitas dari prototipe karena pengaturan dapat diubah sesuai dengan karakteristik dari pabrik kelapa sawit (PKS) dengan cara menset program sesuai dengan logika Fuzzy yang diinginkan.

II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pengolahan Kelapa Sawit

Proses pengolahan kelapa sawit dari TBS (Tandan Buah Segar) hingga dihasilkan CPO dan inti sawit melalui beberapa stasiun pengolahan yang dapat dibagi menjadi 3 bagian tahapan sebagai berikut [2]:

Tahapan Pengolahan Awal 1. Stasiun Penerimaan buah 2. Stasiun Rebusan (Sterilizer) 3. Stasiun Penebah

4. Stasiun Kempa

Tahapan Pengolahan CPO : 1. Stasiun Klarifikasi

2. Stasiun Penimbunan Minyak 3. Stasiun Pengutipan Minyak Tahapan Pengolahan Inti Sawit 1. Stasiun Depericarper 2. Stasiun Pabrik Biji

2.2 Fuzzy Logic

Fuzzy merupakan representasi suatu pengetahuan yang dikonstruksikan dengan if-then rules. Karakteristik dari metode ini adalah [3]: a. Pemecahan masalah dilakukan dengan

menjelaskan sistem bukan lewat angka-angka, melainkan secara linguistik, atau

variabel-variabel yang mengandung

ketidakpastian/ketidaktegasan.

b. Pemakaian if-then rules untuk menjelaskan kaitan antara satu variabel dengan yang lain. c. Menjelaskan sistem memakai algoritma fuzzy

Secara umum dalam sistem logika fuzzy terdapat empat buah elemen dasar, yaitu [6]: 1. Basis kaidah (rule base), yang berisi

aturan-aturan secara linguistik yang bersumber dari para pakar.

2. Suatu mekanisme pengambilan keputusan (inference engine), yang memperagakan bagaimana para pakar mengambil suatu keputusan dengan menerapkan pengetahuan (knowledge).

3. Proses fuzzifikasi (fuzzification), yang mengubah besaran tegas (crisp) ke besaran

fuzzy.

4. Proses defuzzifikasi (defuzzification), yang mengubah besaran fuzzy hasil dari inference

engine, menjadi besaran tegas (crisp).

5. Pola masukan dihitung maju mulai dari layar masukan hingga layar keluaran menggunakan fungsi aktivasi yang ditentukan.

Fungsi Keanggotaan

Ada dua cara mendefinisikan keanggotaan himpunan fuzzy, yaitu secara numeris dan fungsional. Definisi numeris menyatakan fungsi derajat keanggotaan sebagai vektor jumlah yang tergantung pada tingkat diskretisasi. Misalnya, jumlah elemen diskret dalam semesta pembicaraan. Definisi fungsional menyatakan derajat keanggotaan sebagai batasan ekspresi analitis yang dapat dihitung. Standar atau ukuran tertentu pada fungsi keanggotaan secara umum berdasar atas semesta X bilangan real. Fungsi keanggotaan (membership-function) yang sering digunakan terdiri dari beberapa jenis, yaitu [3]: 1. Fungsi-S (S-function)

Persamaan dari fungsi-S ini adalah :

dengan b = (a+c)/2. 2. Fungsi-π (π-function)

Persamaan fungsi-π diperoleh dari persamaan fungsi-S, yaitu :

3. Fungsi keanggotaan segitiga

Persamaan untuk bentuk segitiga ini adalah :

4. Fungsi keanggotaan trapesium

Persamaan untuk bentuk trapesium ini adalah :

(3)

32

Persamaan untuk bentuk gbell ini adalah :

2.3 Mikrokontroller AT89S51

AT89S51 adalah sebuah mikrokontroller 8 bit terbuat dari CMOS, yang berkonsumsi daya rendah dan mempunyai kemampuan tinggi. Mikrokontroller ini memiliki 4 Kbyte In-System Flash Programmable Memory, RAM sebesar 128 byte, 32 input/output, watchdog timer, dua buah register data pointer, dua buah 16 bit timer dan counter, lima buah vektor interupsi, sebuah port serial full-duplex, osilator on-chip, dan rangkaian clock AT89S51 dibuat dengan teknologi memori non-volatile dengan kepadatan tinggi oleh ATMEL. Mikrokontroller ini cocok dengan instruksi set dan pinout 80C51 standart industri. Flash on-chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer memory nonvolatile yang biasa. Sistem Mikrokontroller AT89S51 diperlihatkan pada gambar 1[1].

Gambar 1. Sistem Mikrokontroller AT89S51

2.4 ADC (Analog to Digital Converter)

Pengubah Analog ke Digital (A/D) berfungsi untuk mengkonversikan besaran analog menjadi besaran digital. Tegangan analog yang tak diketahui dimasukkan ke dalam pengubah A/D, dan akan muncul keluaran biner yang bersangkutan. Keluaran biner tersebut akan berbanding lurus dengan masukan

analog. Keluaran ADC 0804 ini berada di port 11-18

yang akan masuk ke mikrokontroller.ADC0804 dapat beroperasi dalam mode free running dan controlled. Mode kerja ADC0804 kiri, adalah mode kerja dimana ADC0804 akan mengeluarkan data hasil pembacaan input secara otomatis dan berkelanjutan setelah selesai mengkonversi. Pin 5 (INTR = interrupt, active

low) yang berlogika rendah setelah ADC selesai

mengkonversi dihubungkan ke pin 3 (WR = write

enable, active low) untuk memerintahkan ADC

memulai konversi kembali. Mode controlled. Mode

kerja ADC0804 kanan, adalah mode kerja dimana ADC0804 baru memulai konversi setelah diberi instruksi dari mikrokontrollerv [7].

III. METODE PENELITIAN

Perancangan logika Fuzzy merupakan langkah pertama yang harus dilakukan dalam penelitian ini. Perancangan logika Fuzzy didasarkan pada data-data yang diperoleh dari spesifikasi pabrik kelapa sawit (PKS). Secara blok diagram proses memasak buah kelapa sawit dilakukan pada bagian

sterilizer seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.

Gambar 2 Bagan Seluruh Tahapan Pengolahan Kelapa Sawit

Keterangan: 1. Boiler

2. Back Preassure Vessel (BPV) 3. Sterillizer

4. Safety Valve 5. Pembuangan Uap 6. Manometer 7. Thermometer

8. Sistem Kendali Perebusan 9. Lori

Dengan menggunakan mikrokontroller ATMEL AT89S51 yang mengatur pembuangan uap dengan waktu yang sudah ditentukan untuk mencapai tekanan yang dibutuhkan rata-rata 3 kgf/cm2 dan banyak buah sekali perebusan rata-rata 10 ton. Dari sterilizer lori-lori yang berisi TBS hasil rebusan dipindahkan ke hosting crane di stasiun penebah. Proses perebusan yang dilakukan di bagan nomor 3 pada Gambar 2, menggunakan tekanan uap. Sehingga besarnya tekanan uap di Sterilizer menjadi faktor yang sangat penting dalam penentuan waktu masak buah kelapa sawit. Dengan diketahui banyaknya buah kelapa sawit dan tekanan uap di Sterilizer diharapkan dapat dihasilkan optimasi waktu masaknya. Untuk perhitungan waktu masak buah kelapa sawit tersebut dalam penelitian ini digunakan logika Fuzzy dengan defuzzyfikasinya menggunakan metode Mamdani.

2 3 4 5 5 9 8

(4)

33

Adapun variabel bebasnya adalah jumlah buah kelapa sawit dan tekanan uap air dalam sterillizer, sedangkan sebagai variabel tak bebasnya atau nilai yang dicari adalah waktu memasak buah kelapa sawit. Variabel bebas jumlah buah kelapa sawit diasumsikan dengan fungsi keanggotaan Sedikit, Standard dan Banyak sedangkan variabel bebas tekanan uap air dalam sterilizer diasumsikan dengan fungsi keanggotaan Kecil, Normal dan Besar. Untuk variabel tak bebas waktu memasak diasumsikan fungsi keanggotaan adalah Singkat, Sedang dan Lama. Aturan fuzzy yang digunakan ada 9 aturan.

Bagian kedua dari penelitian ini adalah merancang modul Mikrokontroller AT89S51 yang berfungsi untuk mengendalikan proses pemasakan buah kelapa sawit pada bagian sterilizer, dimana modul ini diprogram mengikuti perancangan logika Fuzzy yang didasarkan pada data-data spesifikasi pabrik kelapa sawit (PKS). Blok diagram dari rancangan modul mikrokontroller AT89S51 diperlihatkan pada gambar 3.

Gambar 3 Blok Diagram Modul Mikrokontroller AT89S51

Dari gambar 3, dapat dijelaskan sebagai berikut; sensor merupakan rangkaian yang mendeteksi berat kelapa sawit yang akan dimasak dan tekanan uap (bagian ini dismulasikan menggunakan komputer). Sensor ini akan memberikan sinyal berupa tegangan sesuai dengan karakteristik sensor. Tegangan ini kemudian dikuatkan menggunakan rangkaian penguat opersional (op-amp), selanjutnya diubah dalam bentuk digital 8 bit oleh rangkaian ADC. Mikrokontroller AT89S51 merupakan otak dari proses pengendalian ini. Setting dilakukan menggunakan logika Fuzzy yang sudah dirancang sebelumnya sesuai dengan data-data dari pabrik

kelapa sawit (PKS). Transfer data rancangan dilakukan menggunakan modul downloader

AT89Sxx yang terhubung ke komputer. Bagian yang dikendalikan oleh Mikrokontroller AT89S51 ini, dihubungkan dengan rangkaian driver yang selanjutnya dihubungkan ke bagian sistem kendali lokal untuk membuka dan menutup pintu perebusan (sterilizer), dimana bagian ini juga disimulasikan menggunakan program komputer.

Variabel yang berpengaruh adalah banyak buah kelapa sawit yang akan dimasak dalam satuan ton dan tekanan uap dengan satuan kgf/cm2. Kedua variabel bebas ini yang akan mempengaruhi waktu memasak buah kelapa sawit. Fungsi keanggotaan banyaknya buah kelapa sawit mengikuti logika Fuzzy metode Mamdani adalah sesuai dengan persamaan berikut [5]:

Selajutnya dari persamaan ini ditentukan tipe fungsi keanggotaannya yang dalam hal ini tipe fungsi keanggotaan untuk banyaknya buah kelapa sawit adalah segitiga.

Fungsi keanggotan tekanan uap diperlihatkan pada persamaan 2a, 2b dan 2c berikut ini.

Tipe fungsi keanggotaan yang dipilih adalah gbell. Selanjutnya fungsi keanggotaan ini membentuk aturan Fuzzy mengikuti metode Mamdani dengan aturan sebagai berikut [5]:

1. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Sedikit dan Tekanan Besar maka perlu Waktu Memasak yang Singkat.

2. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Sedikit dan Tekanan Normal maka perlu Waktu Memasak yang Singkat. Rangkaian Driver Mengaktifkan Sistem Kendali Sterilizer Sensor Berat Penguat Operasional ADC Mikrokontroller AT89S51 Downloader AT89Sxx Komputer Sensor tekana n Penguat Operasional ADC

(5)

34

3. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Sedikit dan Tekanan Kecil maka perlu Waktu Memasak yang

Sedang.

4. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Standar dan Tekanan Besar maka perlu Waktu Memasak yang Singkat.

5. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Standar dan Tekanan Normal maka perlu Waktu Memasak yang Sedang.

6. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Standar dan Tekanan Kecil maka perlu Waktu Memasak yang

Lama.

7. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Banyak dan Tekanan Besar maka perlu Waktu Memasak yang Sedang.

8. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Banyak dan Tekanan Normal maka perlu Waktu Memasak yang lama.

9. Jika Jumlah Kelapa Sawit masuk Banyak dan Tekanan Kecil maka perlu Waktu Memasak yang

lama.

Menggunakan simulator Matlab Versi 7.02, simulasi optimasi waktu memasak buah kelapa sawit akan dihasilkan.

Selanjutnya adalah pendekatan struktural untuk modul mikrokontroller AT89S51, yang pertama dilakukan adalah memilih komponen mulai dari rangkaian sensor, rangkaian penguat sensor, rangkaian pengubah analog ke digital, jenis mikrokontroller, dan rangkaian driver disesuaikan dengan aktuator yang akan dikendalikan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembuatan prototipe sistem optimasi waktu memasak buah kelapa sawit berbasis Mikropkontroller AT89S51 dilakukan setelah logika Fuzzy yang disimulasikan menggunakan matlab. Logika Fuzzy yang digunakan sesuai dengan spesifikasi system perebusan (sterilizer) dari pabrik kelapa sawit (PKS). Spesifikasi prototipe adalah: modul mikrokontroller AT89S51, 2 port masukan dan satu port keluaran, diperlihatkan pada gambar 4.

Gambar 4 Prototipe Mikrokontroler AT89S51 Port masukan yang didesain untuk masukan dari sensor banyaknya buah kelapa sawit. Port yang digunakan adalah port 1.0.

Selain port masukan untuk banyaknya buah kelapa sawit, port masukan untuk merespon tekanan

uap juga menggunakan port 1.1. Kedua masukan ini akan mempengaruhi lamanya memasak buah kelapa sawit. Sedangkan untuk port keluaran menggunakan port 0.0.

Data-data dari fungsi keanggotaan input yaitu banyaknya buah kelapa sawit yang akan dimasak, dikonversikan dalam bentuk bilangan dari dari 0 sampai 25 atau dari 00000000 sampai 00011001. Dan untuk fungsi keanggotan tekanan uap mulai 0 sampai 5 atau 00000000 sampai 00000101. Input ini dikalibrasikan menggunakan ADC (analog to digital converter) 8 bit dimana data yang akan dihasilkan adalah 256 keadaan.

Data-data dari ADC ini kemudian dimenggunakan program assembler ditanamkan pada mikrokontroller AT89S51, menggunakan downloader.

V. KESIMPULAN

Kesimpulam yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:

1. Prototipe yang dirancang dapat dipalikasikan untuk mengoptimasikan waktu memasak buah kelapa sawit dengan 256 keadaan yang berbeda karena menggunakan ADC 8 bit.

2. Variabel-variaabel input terlebih dahulu dinormalisasikan sehingga memenuhi kondisi input pada mikrokontroler AT89S51 dan ADC, demikian untuk outputnya, karena input sebenarnya adalah dalam angka-angka yang besar.

3. Untuk memperoleh hasil yang optimal maka data-data pabrik sangat diperlukan sehingga sesuai dengan perancangan.

4. Konisi input dan output pada penelitian masih dalam bentuk simulasi bukan pada plant yang sebenarnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Agfianto. E. P., 2000, Belajar Mikrokontroler

AT89S51/52/55: Teori dan Aplikasi, Edisi 2,

Elex Media Komputindo, Jakarta.

[2] Departemen Perindustrian, 2008, Gambaran

Sekilas Industri Minyak Kelapa Sawit.

[3] Kusumadewi, S., 2002, Analisis Desain Sistem

Fuzzy Menggunakan Tool Box MATLAB,

Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta.

[4] Kusumadewi, S. dan Purnomo, H., 2004,

Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pendukung Keputusan, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta.

[5] Supriyono dan Bayu Azmi, Model Simulasi

untuk Optimasi Penentuan Waktu Memasak Buah Kelapa Sawit dengan Logika Fuzzy,

Seminar Nasional IV Teknologi Nuklir Yogyakarta, 25-26 Agustus 2008.

(6)

35

[6] The Matlab Curriculum Series, 1992, The

Student Edition of MATLAB, Prentice Hall,

Inc, New Jersey.

[7] www.ittelkom.ac.id, Analog to Digital

Converter (diakses pada tanggal 22 Januari