SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE

(1)

i

SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN

KECEPATAN MOTOR INDUKSI

DENGAN

VARIABLE

SPEED DRIVE

SKRIPSI

Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro

Disusun Oleh :

MUHAMMAD ITMAMUL HUDA

1203030003

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

(2)

HALAMAN PERSETUJUAN

Skripsi yang diajukan Oleh:

Nama : Muhammad Itmamul Huda

NIM : 1203030003

Program Studi : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto

Judul : Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive

Telah diterima dan disetujui oleh:

(3)

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

NIM : 1203030003

Fakultas : Teknik

Menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa Skripsi ini adalah hasil karya saya dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar serta bukan hasil penjiplakan dari karya orang lain.

Demikian pernyataan ini saya buat dan apabila kelak di kemudian hari terbukti ada unsur penjiplakan, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku.

(4)

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi yang diajukan Oleh :

NIM : 1203030003

Fakultas : Teknik

Judul : Sistem Scada Untuk Pengendalian Kecepatan Motor

Induksi Dengan Variable Speed Drive

Telah dipertahankan di depan dewan penguji

DEWAN PENGUJI

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

NIK. 2160223

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

NIK. 2160311

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

NIK. 2160293

Ditetapkan di : Purwokerto

Tanggal : .... Juli 2017

Mengetahui,

Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Purwokerto

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

(5)

v

MOTTO

“Jangan

Menunda Sesuatu Yang Dapat Dilakukan Saat Itu

(6)

SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN

MOTOR INDUKSI DENGAN

VARIABLE SPEED DRIVE

Muhammad Itmamul Huda1_{, Wakhyu Dwiono}2_{, Itmi Hidayat Kurniawan}3

INTISARI

Dalam pengendalian proses di industri, PLC dan SCADA seringkali digunakan untuk memonitoring dan mengontrol kerja dari suatu alat yang dianggap sangat penting peranannya terhadap sistem. Peracangan sistem SCADA pada penelitian ini bertujuan untuk memonitoring dan mengendalikan kecepatan putar motor induksi 3 fasa. Penentuan konstanta PID dalam PLC sistem SCADA dilakukan dengan menggunakan metode tuning ziegler nichols 2 dan trial and error. Berdasarkan hasil percobaan, metode tuning ziegler nichols 2 tidak dipergunakan dalam pengujian kecepatan putar lebih lanjut, karena hasil percobaan respon dengan osilasi berkesinambungan yang tidak setabil dengan osilasi sebesar 0,14 – 0,2 Hz dan sulit untuk menentukan penguatan PID. Percobaan menggunakan tuning trial and error dengan set point 1000 RPM, nilai Kp=1, Ti=95 dan Td=0 didapatkan nilai maximum overshoot yang kecil (14,7%), rise time 8 detik dan nilai IAE sebesar 7611 dengan karakteristik sistem yang stabil. Hasil pengujian unjuk kerja sistem kendali untuk plant kecepatan motor induksi 3 fasa menunjukkan bahwa performansi sistem kendali menggunakan metode tuning trial and error memiliki nilai rise time yang cepat, nilai overshoot yang cukup kecil dan karakteristik sistem yang stabil.

(7)

vii

SCADA SYSTEM FOR INDUCTION MOTOR SPEED CONTROL

USING VARIABLE SPEED DRIVE

Muhammad Itmamul Huda1_{, Wakhyu Dwiono}2_{, Itmi Hidayat Kurniawan}3

ABSTRACT

PLC and SCADA are often used for monitoring and controlling the industrial process because they are playing an important role. SCADA system design on this research aims to monitor and control the rotational speed of 3 phase induction motor. The determination of PID constants in SCADA system PLC used method tuning ziegler nicols 2 and trial and error. Based on the experimental results, ziegler nichols 2 tuning method is not used in the rotational speed further testing, because the experimental results show the continuous unstable oscillations with frequency about of 0.14 to 0.2 Hz that is difficult to determine reinforcement PID. Experiment using trial and error tuning with set point about 1000 RPM, with value Kp=1, Ti=95 and Td=0 shows a small overshoot maximum value (14.7%), rise time 8 seconds and the value of IAE of 7611. Results of testing the performance of the control system for plant 3-phase induction motor speed indicates that the performance of the control system using the method of trial and error tuning has a fast rise time value, overshoot value that is small enough and stable enough.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kepada Allah SWT atas rahmat, karunia, dan hidayah-Nya, sehingga Skripsi yang berjudul “Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive” dapat diselesaikan dengan baik.

Penyusunan Skripsi ini sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan strata 1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto.

Bantuan dan dukungan dari berbagai pihak sangat membantu dalam terselesaikannya Skripsi ini. Oleh karena itu ucapan terima kasih kepada:

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

Skripsi.

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

semangat, memberikan dukungan serta selalu mendoakan selama proses skripsi dilaksanakan.

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

Muhammadiyah Purwokerto yang telah mengesahkan Skripsi ini.

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

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto dan dosen pembimbing akademik mahasiswa angkatan 2012.

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

(9)

ix

[email protected]. Semoga hasil Skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Purwokerto, 06 Juni 2017

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

MOTTO ... v

1.6 Sistematika Penulisan Skripsi ... 5

BAB II DASAR TEORI ... 6

(11)

xi

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

BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 47

3.1 Gambaran Umum ... 47

3.2 Diagram Blok Perancangan ... 48

3.3 Sensor Kecepatan/Photodioda ... 49

3.4 Pengendali PLC TWIDO TWDLCAE40DRF ... 50

3.5 Driver Motor Induksi 3 Fasa... 51

3.6 Diagram Alir Sistem ... 51

3.7 Perancangan Perangkat Lunak (Software) ... 52

3.8 Perancangan Sistem SCADA ... 55

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 58

4.1 Analisa Umum ... 58

4.2 Analisa Ladder Diagram PLC ... 60

4.3 Pengujian Komunikasi Data ... 65

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

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

4.6 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Tanpa PID. ... 69

4.7 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Dengan Algorotma PID ... 70

4.8 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Trial and Error ... 72

4.9 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan TuningZiegler Nichols 2 ... 76

4.10 Uji Coba Kecepatan Putar Motor Induksi Menggunakan Beban. 78 4.11 Pengujian Keseluruhan SCADA ... 80

BAB V PENUTUP ... 85

5.1 Kesimpulan ... 85

5.2 Saran ... 86

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Simbol dan bentuk photodioda ... 7

Gambar 2.2 Rangkaian photodioda ... 8

Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler ... 9

Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler ... 10

Gambar 2.5 Motor induksi 3 fasa ... 11

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

Gambar 2.7 Diagram blok inverter ... 13

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

Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar ... 19

Gambar 2.10 Icon TwidoSuite ... 24

Gambar 2.11 Tampilan menu TwidoSuite ... 24

Gambar 2.12 Pilihan project management ... 25

Gambar 2.13 Mengisikan nama project dan directory... 25

Gambar 2.14 Layar setting PLC... 26

Gambar 2.15 Tampilan pertama editor ladder diagram ... 26

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

Gambar 2.17 Blok fungsi timer ... 32

Gambar 2.18 Blok fungsi counter ... 33

Gambar 2.19 Blok fungsi fast counter ... 34

Gambar 2.20 Blok fungsi PWM ... 34

Gambar 2.21 Sistem pengendali PID ... 37

Gambar 2.22 Arsitektur SCADA ... 41

Gambar 2.23 Tampilan citect exploler ... 44

Gambar 2.24 Tampilan citect project editor ... 45

Gambar 2.25 Tampilan citect graphics builder ... 46

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

Gambar 3.2 Rangkaian sensor kecepatan/photodioda ... 50

Gambar 3.3 Rangkaian driver motor induksi ... 51

(13)

xiii

Gambar 3.5 Diagram alir dalam PLC ... 53

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

Gambar 3.7 Tampilan monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA ... 57

Gambar 4.1 Arsitektur monitoring dan pengendalaian kecepatan putar motor induksi ... 58

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

Gambar 4.10 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor 326 RPM ... 66

Gambar 4.11 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor 1002 RPM ... 67

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

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

Gambar 4.14 Output trace PID pada TwidoSuite ... 71

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

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

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

Gambar 4.18 Kurva respon sistem kendali proportionalintegral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 ... 73

Gambar 4.19 Kurva respon sistem kendali proportionalintegral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 99 ... 74

(14)

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

dan Td = 1 ... 75 Gambar 4.22 Kurva respon sistem dengan osilasi berkesinambungan ... 77 Gambar 4.23 Sinyal PWM output dari PLC ... 77 Gambar 4.24 Kurva respon sistem kendali proportionalintegral (PI) pada

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

beban ... 79 Gambar 4.25 Kurva respon sistem kendali proportionalintegral (PI) pada

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

menggunakan beban ... 79 Gambar 4.26 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan

putar motor induksi pada SCADA ... 80 Gambar 4.27 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan

putar motor induksi pada SCADA(motor berputar ke kanan) ... 81 Gambar 4.28 Kondisi motor berputar ke kiri ... 82 Gambar 4.29 Uji coba menurunkan kecepatan putar pada set point

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daftar tipe instruksi compare block ... 35

Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi aritmatika ... 36

Tabel 3.1 Pengalamatan input dan output PLC ... 54

Tabel 3.2 Daftar memori ladderdiagram pada sistem SCADA ... 55

Tabel 4.1 Alat Penguji Sistem ... 59

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

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

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

(16)

DAFTAR SINGKATAN

SCADA = Supervisory Control And data Acquisition

VSD = Variable Speed Drive

PLC = Programable Logic Controler

ms = mili second KHz = Kilo Hertz

RTU = Remote Terminal Unit

MTU = Master Terminal Unit

HMI = Human Machine Interface

PWM = Pulse Width Modulation

LED = Light Emiting Diode

IR LED = Infra Red Light Emiting Diode

AC = Alternating Current

DC = Direct Current

RPM = Rotary Per Minute

EMF = Electro Motoris Force

IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor

VDC = Volt Direct Current

mA = mili Ampere

AVR = Automatic Voltage Regulator

I/O = Input/Output

CPU = Central Processing Unit

RAM = Random Access Memory

ROM = Read Only Memory

EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

TTL = Transistor – Transistor Logic

CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor

LD = Ladder Diagram

IL = Instruction List Languages

(17)

xvii SFC = Squential Function Chart

GL = Grafcet Languages

HL = High Level Languages

N0 = Normaly Open

NC = Normaly Close

PID = Proportional Integral Derivatif

Kp = Konstanta proportional

Ti = Konstanta integral

Td = Konstanta derivatif

DAS = Data Acquisition System

Tr = Rise time

Mo = Maximum overshoot

Ts = Setling Time

M = Memory bit

MW = Memory Word

INT = Iteger

PC = Personal Computer

IP adres = Internet Protocol

FC = Fast Counter

TM = Timer

MF = Memory Float

CMD = Command Promt