3. PERENCANAAN SISTEM
Perencanaan Sistem Kontrol Lift dibagi atas dua bagian yang saling berkaitan satu dengan yang lainnya, yaitu perencanaan perangkat keras dan perencanaan perangkat lunak. Gambar 3.1 memperlihatkan blok diagram Sistem Kontrol Lift dengan PLC Omron C200HG berbasis Fuzzy Logic.
CPU Input
Digital
High Speed Counter
Fuzzy Unit
Output Digital
Output Analog
Rangkaian Penguat Lift
Driver Motor Lift
C200HG
Encoder Motor lift - Tombol
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem
3.1 Perencanaan Mekanik Lift
Desain mekanik untuk sistem simulasi ini terdiri atas 5 lantai, dengan jarak tiap lantainya adalah 50 cm. Sedangkan tinggi ruang mesin adalah 30 cm, serta jarak lantai paling bawah dengan lantai adalah 20 cm, sehingga total tinggi simulasi lift ini adalah 3 m.
Dalam lift ini tidak terdapat semua bagian dari lift seperti lift sesungguhnya, tetapi hanya terdapat beberapa bagian penting yang berpengaruh pada sistem kontrol kecepatan lift seperti yang dibahas dalam karya Tugas Akhir ini. Bagian-bagian tersebut adalah sangkar (car), counterweight, shaftway, dan motor penggerak.
Sangkar (car)
Motor
Encoder DC
50 cm
30 cm 20 cm Counter- weight
60 cm
30 cm
Gambar 3.2. Perencanaan Mekanik Lift
3.2 Perencanaan Perangkat Keras Sistem Kontrol Lift
Dalam simulasi lift ini, menggunakan motor DC 24 V sebagai penggerak utama. Sehingga sistem kontrol motor tersebut terbagi atas dua bagian besar, yaitu perangkat input dan output. Perangkat input terdiri atas input jumlah pulsa putaran motor, sedangkan untuk output adalah tingkat kecepatan motor dan arah motor.
3.2.1 Perencanaan Input Posisi Lift
Input posisi lift menggunakan sebuah encoder yang terpisah dari motor dan disambungkan pada motor sehingga as dari motor dan encoder menjadi satu..
Encoder yang digunakan adalah Encoder Omron E6B2 – CWZ6C. Yang memiliki resolusi 600 pulsa dalam setiap putarannya. Output dari encoder tersebut yang terdiri atas input A dan B, kemudian diterima oleh PLC melalui High Speed Counter (CT001) dari PLC. Oleh karena encoder yang digunakan adalah encoder tipe Open Collector, maka rangkaian antara encoder dan High Speed Counter adalah sebagai berikut1:
24 V
24 V 12 V 5 V
0 V
Encoder CT001-V1
Input A
Output A Power Supply
Rectifier
Ia Ia
24 V 12 V 5 V
0 V Input B
Output B
Rectifier
Ib Ib
Rangkaian
Rangkaian Encoder
Encoder
Gambar 3.3. Rangkaian Encoder
Special unit CT001-V1 yang merupakan High Speed Counter Unit berguna untuk menghitung jumlah pulsa dari encoder sehingga bisa diketahui posisi motor. Setting yang diberikan adalah sebagai berikut :
- Nomor unit di-set ‘5’ sehingga unit menggunakan memori IR 150 159 dan DM 1500 – 1501.
1 SYSMAC C200H CT001 – V1/CT002 High Speed Counters Operation Manual, Omron Co., Ltd., September 1989.
- Mode pengoperasian di-set pada ‘1’ sehingga mode yang dipilih adalah mode Linear.
- DIP switch pin 1 dan 2 di-set ‘OFF’ untuk mode input A dan input B adalah offset phases.
- DIP switch 4 dan 5 di-set ‘OFF” karena tidak menggunakan input Z.
- DIP switch 6 dan 7 di-set ‘OFF’ untuk input IN1 diambil dari internal - DIP switch 8 di-set ‘ON’ untuk reset bit effective on rising edge.
3.2.2 Perencanaan Output
Untuk mengatur kecepatan motor, digunakan special unit DA001 yang merupakan analog output unit pada PLC. Keluaran dari DA001 akan sambungkan dengan rangkaian common collector yang digunakan untuk men-drive motor.
Setting yang diberikan adalah sebagai berikut :
- Nomor unit di-set ‘6’ sehingga unit menempati memori IR 160 163 dan DM 1600 – 1604.
- DIP switch pada bagian belakang unit pin 1 di-set ‘ON’ untuk tipe sinyal output 0 – 10 VDC
- DIP switch pada bagian belakang unit pin 2 dan 3 di-set ‘OFF’ karena output yang diinginkan bukan berupa ouput pulsa.
Hasil output dari DAC ini kemudian dikuatkan dengan menggunakan non-inverting amplifier untuk menghasilkan range output op-amp sebesar 0 – 24 VDC seperti pada gambar 3.4, dengan perhitungan sebagai berikut :
Vout = A x Vin ( 3.1 )
24 = A x 10
A = 24/10 = 2,4 , dimana Rf
A = 1 + --- ( 3.2 )
Ri Rf
--- = 2,4 – 1 = 1,4 Ri
Diambil Ri sebesar 10 KÙ, maka
Rf = 1,4 x Ri = 1,4 x 10 KÙ = 14 KÙ 15 KÙ
Kemudian nilai ini di-input-kan ke rangkaian common collector dengan menggunakan transistor NPN 2N3055, yang memiliki VCEmaks = 100 VDC, ICmaks
= 10 A, Pmaks = 115 W dan ßDC = 20 untuk men-drive motor yang memiliki Imaks
= 2 A. Namun karena dari hasil perhitungan IB terlihat bahwa ISOURCE dari LM324 (IOHmaks adalah 40 mA) tidak mencukupi, maka rangkaian diatas ditambahkan dengan rangkaian darlington dengan menggunakan transistor 9013 yang memiliki IC maks = 500 mA, ßDC = 40 seperti pada gambar 3.4, dengan perhitungan sebagai berikut :
IB = IC/ ßDC ( 3.3 )
ßDC ßDC1 x ßDC2 ( 3.4 )
IB = 2/(40*20) = 2/800 = 2,5 mA < IOHmaks
Untuk Vin = 24 VDC (FFFH), IC = 0,4 A
VIN = VBE + VMOTOR ( 3.5 )
24 = 1,4 + VMOTOR
VMOTOR = 24 – 1,4 = 22,6 VDC
VCE = VCC – VMOTOR ( 3.6 )
VCE = 30 – 22,6 = 7,4 VDC
P = VCE x IC ( 3.7 )
= 7,4 x 0,4 = 2,96 W <<< Pmaks
Untuk VIN = 12,264 VDC (6FFH), IC = 0,53 A VMOTOR = 12,264 – 1,4 = 10,864 VDC
VCE = 30 – 10,864 = 19,136 VDC
P = 19,136 x 0,53 = 10,14 W <<< Pmaks
Untuk VIN = 0 VDC (000H), IC = 0,04 A VMOTOR = 0 VDC
VCE = 30 – (0) = 30 VDC
P = 30 x 0,04 = 1,2 W <<< Pmaks
Dari data perhitungan daya di atas, maka dapat dilihat bahwa daya yang terpakai pada transistor 2N3055 jauh lebih kecil dari daya maksimum transistor
tersebut, hal ini menunjukkan bahwa penggunaan transistor ini tepat karena tidak memaksa kerja dari taransistor tersebut.
Untuk mengatur arah putaran motor, maka digunakan 2 buah relay 24 VDC yang dirangkai menyerupai rangkaian H-bridge sehingga motor dapat berputar dalam dua arah yang berlawanan seperti rangkaian pada gambar 3.4
RELAY RELAY A
- +
MOTOR SERVO
00400
00401
2N3055 30 VDC
LM324 DAC
Rf
Ri
DIODE
With Heatsink 9013
Vin
Gambar 3.4 Rangkaian Driver Motor
3.2.3 Perencanaan Fuzzy Logic Unit
Untuk melakukan perhitungan Fuzzy digunakan Fuzzy Logic Unit (FZ001), yang merupakan special unit dari PLC OMRON C200H untuk melakukan perhitungan Fuzzy. Fuzzy Logic Unit didukung oleh Fuzzy Support Software untuk membuat Fuzzy Knowledge Base. Nomor unit pada FZ001 di-set 9
sehingga alamat IR yang digunakan adalah IR 190 – TR 199. Setting DIP switch yang diberikan adalah :
- DIP switch 1 di-set menggunakan factory setting yaitu pin 1 – 4 serta pin 6 di-set ‘OFF’ dan pin 5, 6 dan 7 diset ‘ON’ sehingga sistem komunikasi RS-232 menggunakan 2 stop bits, parity mode even, enables parity dan menggunakan 7 bit data.
- Dip switch 2 pin 1 – 3 di-set ‘ON’ dan pin 4 dan 5 di-set ‘OFF’ sehingga nomor unit adalah 7 (untuk komunikasi dengan FSS).
- Dip switch 2 pin 6 dan 8 di-set ‘OFF’ dan pin 7 di-set ‘ON’ sehingga baud rate RS-232 adalah 9600.
Dengan demikian maka nilai setting serial port pada komputer juga harus disesuaikan dengan nilai setting di atas.
3.3 Perencanaan Perangkat Lunak Sistem Kontrol Lift
Perangkat lunak sistem kontrol lift ini terbagia atas 3 bagian yaitu perencanaan traffic lift, perencanaan Ladder Diagram untuk PLC C200H dan Fuzzy Language dengan menggunakan Fuzzy Support Software (FSS).
3.3.1 Perencanaan Traffic Lift
Dalam perencanaan traffic lift digunakan arah lift sebagai prioritas utama dalam menentukan lantai tujuan lift. Sehingga lift akan bergerak ke lantai permintaan dengan syarat posisi lantai permintaan lebih besar (untuk arah naik)/lantai permintaan lebih kecil (untuk arah turun) dan arah permintaan sama dengan arah dari lift. Apabila ada permintaan yang arahnya sesuai namun posisi lantai lebih kecil (arah naik)/lebih besar (arah turun), maka lantai tersebut akan diabaikan dulu sampai lift berbalik arah dan mencapai kondisi syarat seperti di atas. Apabila dalam semua kondisi syarat sudah terpenuhi, maka lift akan memilih lantai terdekat sebagai tujuannya.
Apabila semua kondisi diatas tidak terpenuhi, maka lift akan melihat arah tujuan yang berlawanan arah dengan arah lift, kemudian lift akan berganti arah (naik menjadi turun, turun menjadi naik), apabila kondisi tersebut juga tidak terpenuhi (khususnya permintaan yang searah dengan lift dan sudah terlewati atau
lantai yang sudah terlewati), maka lift akan mengecek lantai mana yang melakukan permintaan, kemudian lantai tersebut kemudian di-set menjadi setting point (SP) dan arah lift disesuaikan antara setting point dan present value (PV).
Apabila SP > PV, maka arah lift menjadi naik, tetapi kalau SP < PV, maka arah lift menjadi turun.
Apabila dalam perjalanan lift menuju lantai yang diinginkan sejak awal, ada penekanan tombol, maka lift akan langsung mengecek posisi yang diinginkan.
Seandainya posisi yang diinginkan belum terlewati, maka lift akan berhenti dulu di lantai yang diminta tersebut.
3.3.2 Program Ladder Untuk PLC
Perangkat lunak pada PLC digunakan untuk menerima input-an dari tiap lantai lift, dan kemudian diolah sehingga menghasilkan nilai kecepatan motor pada saat itu setelah melewati proses perhitungan fuzzy. Untuk fuzzy input pertama digunakan alamat DM 100 dan Fuzzy output pertama digunakan alamat DM 110.
Pertama-tama perlu dilakukan inisialisasi untuk alamat fuzzy input yang diinginkan serta jumlah input maupun output. Dengan setting nomor unit 9, maka alamat IR190 diisi 0002, IR191 diisi 0100, IR192 diisi 0003 dan IR193 diisi 0110, sehingga jumlah input adalah 2 dengan alamat input pertama DM100 dan jumlah output adalah 1 dengan alamat output pertama adalah DM110. Setelah itu dilakukan juga inisialisasi untuk High Speed Counter, dengan nomor unit 5, mode gate, input IN1 dari internal, alamat DM1500 diisi dengan 400 dan DM1501 diisi dengan 0001.
Setelah proses inisialisasi dilakukan pembacaan input tombol yang kemudian diolah menjadi nilai lantai yang dituju yaitu berupa posisi lantai tersebut berdasarkan perhitungan encoder yang telah dimasukan dalam database.
Nilai lantai yang dituju yang kemudian di-set menjadi Setting Point dan disimpan ke alamat DM0000. Sedangkan nilai pembacaan encoder yaitu berupa posisi lift saat itu di-set menjadi nilai Present Value dan disimpan ke alamat DM0001.
Setelah itu proses dilanjutkan dengan menghitung nilai Error dan Derror yang didapat dengan rumus :
Error = Setting Point – Present Value (3.8) Derror = Error – Error-1 (3.9) Error didapat dengan mengurangi isi DM0000 dengan DM0001, dan Derror didapat dengan mengurangkan Error dengan error sebelumnya yang terdapat pada alamat DM0003, kemudian nilai Error dimasukkan ke alamat DM0100 sedangkan nilai Derror ke alamat DM0101.
Setelah itu PLC akan mengecek Output hasil perhitungan Fuzzy dialamat DM0110. Output hasil perhitungan Fuzzy kemudian dimasukkan ke alamat IR160 sebagai nilai input DA001. Tetapi sebelumnya PLC akan mengecek apakah nilai output tersebut lebih kecil dari 000H atau lebih besar dari FFFH. Apabila nilai output lebih kecil dari 000H maka nilai output akan langsung di-set 000H dan apabila nilai output tersebut lebih besar dari FFFH, maka nilai tersebut akan di-set FFFH.
Setelah output dikeluarkan ke DA unit, kemudian kembali ke langkah awal looping. Diagram alir program Ladder adalah sebagai berikut :
Inisialisasi
Fuzzy Logic Unit Crisp Output
Lantai Yang Dituju (SP) Mulai
Crisp Input
Kecepatan Motor
END START
Naik/Turun
Lantai Yang Dituju (SP)
Error = 0
PV = Min
Crisp Input
Fuzzy Logic Unit Crisp Output
Kecepatan Motor Posisi Lift (PV)
E = SP - PV De = E - E-1
Error = 0
PV = Maks
Posisi Lift (PV)
E = SP - PV De = E - E-1
Arah = Turun Arah = Naik
Naik Turun
Ya
Tidak Tidak
Ya
Tidak Tidak
Ya Ya
Ya
Tidak
Cek Status Tombol dan Arah
Gambar 3.5. Diagram Alir Program Ladder PLC
Untuk alaman input tombol, maka digunakan alamat IR 001 dan IR 002.
Sedangkan untuk alamat output arah motor digunakan alamat IR 004. Daftar lengkap pemakaian alamat untuk I/O dapat dilihat pada tabel 3.1 dan tabel 3.2.
Tabel 3.1 Alokasi Alamat Input PLC Omron C200HG
CH Bit
00 Tombol lantai 1 naik 01 Tombol lantai 2 turun 02 Tombol lantai 2 naik 03 Tombol lantai 3 turun 04 Tombol lantai 3 naik 05 Tombol lantai 4 turun 06 Tombol lantai 4 naik 07 Tombol lantai 5 turun 00 Tombol lantai 1 01 Tombol lantai 2 02 Tombol lantai 3 03 Tombol lantai 4 04 Tombol lantai 5 156 00 - 15 Pembacaan encoder
Keterangan Alamat (IR)
01
02
Tabel 3.2 Alokasi Alamat Output PLC Omron C200HG
CH Bit
00 Lift naik 01 Lift turun 160 00 - 15 Kecepatan motor
04
Alamat (IR)
Keterangan
3.3.3 Perencanaan Logika Fuzzy
Sistem kontrol posisi lift mempunyai satu variabel input. Kendali logika fuzzy pada sistem ini menggunakan teknik error dan delta_error, karena sistem harus dapat mencapai setting point tertentu. Dari variabel input ini dapat diperoleh 2 buah crisp input, yaitu :
- Error, yang berarti perbedaan posisi yang diinginkan dengan posisi aktual, didapat dari mengurangi setting point dengan present value.
Semakin besar nilai error, maka lantai yang dituju semakin jauh
- Derror, yang berarti perubahan posisi lift didapat dari mengurangi error sebelumnya dengan present error.
Dalam sistem ini hanya digunakan satu crisp output yaitu kecepatan. Nilai output ini yang langsung akan dipakai sebagai input DAC.
Masing-masing crisp input menggunakan membership function dengan 5 label yaitu Negatif Big (NB), Negatif Small (NS), Zero (Z), Positive Small (PS) dan Positive Big (PB). Crisp output menggunakan 5 label yaitu Negatif Big (NB), Negatif Small (NS), Zero (Z), Positive Small (PS) dan Positive Big (PB). Bentuk masing-masing membership function dapat dilihat dari gambar berikut :
1
0
250 500 750 1024
Gambar 3.6. Input Error Membership Function
1
0
62.5 125 187.5
Gambar 3.7. Input Derror Membership Function
Pada gambar input membership function di atas, label NB adalah gambar yang paling kiri, berikutnya adalah label NS, bagian tengah adalah Z, berikutnya adalah PS dan yang paling kanan adalah PB.
1
0
1023.75 2047.5 3071.5 4095
Gambar 3.8. Output Motor Membership Function
Jumlah rule maksimal yang dapat digunakan adalah 25, didapat dari pemetaan 5 x 5 = 25 dimana angka 5 merupakan jumlah label yang digunakan oleh masing-masing crisp input. Dalam pengujian sistem tidak semua rule digunakan, tetapi dimulai dengan jumlah rule yang sedikit kemudian ditambahkan dengan rule lain untuk melengkapi. Rule yang digunakan dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 3.3. Fuzzy Rules E
De
NB NB Z PB PB PB
NS NB NS PS PB PB
Z NB NS Z PS PB
PS NB NB Z PS PB
PB NB NB NS Z PS
PB
NB NS Z PS
