PENGENDALI TEKANAN PADA KETEL UAP DENGAN MENGGUNAKAN PENGENDALI PI

PENGENDALI TEKANAN PADA KETEL UAP

DENGAN MENGGUNAKAN

PENGENDALI PI

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

Nama : Denny Christanto NIM : 025114026

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

BOILER PRESSURE CONTROLLER

USING IP CONTROLLER

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

By:

Name : Denny Christanto Student Number : 025114026

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF ENGINEERING

SANATA DHARMA UNIVERSITY

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain,

kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

Yogyakarta 20 Oktober 2007

HALAMAN PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karya tulis ini kepada :

Tuhan Yesus Kristus, yang selalu melindungi diriku

Bapak dan Ibu Tercinta atas semangat, doa, serta

dukungan secara moril maupun materiil

Saudara terkasih, Wisnu Yoga Wardana

Kekasihku, Budi Tri Utami

HALAMAN MOTTO

Berdoa dan bekerja

Pengalaman adalah guru yang terbaik

Kegagalan adalah sukses yang tertunda

Buku adalah gudang ilmu

Uang mudah dicari

Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap

Dengan Menggunakan Pengendali PI

Nama : Denny Christanto NIM : 025114026

INTISARI

Tugas akhir ini mendeskripsikan tentang Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap Dengan Menggunakan Pengendali PI yang menggunakan sensor tekanan, pemanas dan Boiler untuk mendapatkan tekanan yang stabil yang sesuai dengan tekanan yang diinginkan.

Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap Dengan Menggunakan Pengendali PI diimplementasikan dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols. Masukan dari pengendali Proporsional Integral adalah selisih tegangan antara set point dengan

feedback ( sensor ). Dari hasil selisih itu kemudian digunakan untuk mengendalikan pemanas yang akan berakibat pada tekanan yang dihasilkan. Pada implementasi, terdapat 3 nilai level tegangan ( Set Point ) dengan besar tegangan yang berbeda-beda. Pemilihan level tegangan dilakukan dengan memutar Rotary Switch.

Setelah dilakukan percobaan ternyata sistem yang telah dibuat dan dikerjakan tidak dapat berjalan sesuai dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan.Sistem yang telah dibuat tidak dapat mengendalikan dan menjaga kestabilan tekanan yang ada dalam Boiler.

PRESSURE CONTROLLER at STEAMING

BOILER

BY USING CONTROLLER PI

Nama : Denny Christanto NIM : 025114026

ABSTRACT

This Final Duty is about Pressure Controller at Steaming Boiler By Using Controller PI using pressure sensor, heater and Boiler to get the stable pressure matching with wanted pressure.

Pressure Controller At Steaming Boiler By Using Controller of PI implementation by using method Ziegler-Nichols. Input from Proporsional Integral controller is tension difference between setting point by feedback ( sensor ). From that difference result then used to control the heater to cause pressure yielded. At implementation, there are 3 value of level tension ( Set the Point ) which different each other. Election of tension level conducted by turning around rotary switch.

After tried, system which have been made and done cannot walk in line with and expected benefit. In the reality control system which have been made cannot control and take care of the existing pressure stability in Boiler

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Nama : Denny Christanto

Nomor Mahasiswa : 025114026

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

PENGENDALI TEKANAN PADA KETEL UAP DENGAN MENGGUNAKAN PENGENDALI PI

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 28 Februari 2008

Yang menyatakan

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, karena atas kasih karunia-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.

Dalam proses penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan perhatian dan bantuan dengan caranya masing-masing sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih antara lain kepada :

1. Tuhan Yesus Kristus, karena lindunganNya hingga hari ini penulis dapat menikmati segala bentuk ciptaanNya.

2. Bapak dan Ibu serta saudara saudariku tercinta atas semangat, doa serta dukungan secara moril maupun materiil.

3. Bapak Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku dekan fakultas teknik.

4. Bapak Bayu Primawan, S.T., M.Eng., selaku ketua jurusan teknik elektro

5. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T., selaku pembimbing I atas ide-ide yang berguna, bimbingan, dukungan, saran dan kesabaran bagi penulis dari awal sampai tugas akhir ini bisa selesai.

7. Seluruh dosen Teknik Elektro atas ilmu yang telah diberikan selama penulis menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma.

Budi Tri Utami,

8. kekasih yang selalu memberikan dukungan dan support moril

, Andis, Ido.

.

bil data.

h jauh dari

san i dapat bermanfaat bagi semua

pihak.

9. Teman-teman satu bimbingan TA: Tcus, Harek’s, Lele, Dani, Yoga, Sinung , Deri, Plentonk, Andek, Widi, Clement, Gepeng

10.Teman-teman angkatan ’02 yang selalu berbagi cerita dan bersama dalam kuliah 11.Mas Sur, Mas Mardi, Mas Broto selaku laboran yang telah mengizinkan

membuka Lab sewaktu-waktu jika diperlukan untuk mengam

12.Dan seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir ini yang terlalu banyak jika disebutkan satu-persatu.

Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masi

sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini gat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir in

Terima kasih.

Yogyakarta, 20 Oktober 2007

DAFTAR ISI

Halaman

JUDUL...i

HALAMAN PERSETUJUAN...iii

BAB I. PENDAHULUAN

I. 1 I. 2 Tujuan dan Manfaat ... 2

... 2

BA

II. 2 Boiler... 8

... 9

HALAMAN PENGESAHAN...iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v

HALAMAN PERSEMBAHA...vi

HALAMAN MOTTO...vii

INTISARI...viii

ABSTRACT...ix

KATA PENGANTAR... x

DAFTAR ISI...xii

DAFTAR GAMBAR... xv

DAFTAR TABEL...xvii

Latar Belakang... 1

I. 3 Batasan Masalah ... I. 4 Metodologi Penelitian... 3

I. 5 Sistematika Penulisan ... 5

B II. DASAR TEORI

II. 1 Aturan Ziegler-Nichols... 6

II. 4. 1 Rangkaian Proporsional... 11

II. 4. 2 Rangkaian Integral... 12

II. 4. 3 Rangkaian PI ... 13

II. 5 Triac Driver... 15

II. 6 T II. 7 P

BAB II

III. 1 I. 3 Plant... 28

... 31

III. III. III.

BA

riac... 16

enguat Instrumentasi ... 18

II. 7. 1 Rangkaian Penguat Beda... 18

II. 7. 2 Rangkaian Penguat Tegangan ... 19

II. 8 PWM ... 20

I. PERANCANGAN

Pengendali Secara Umum ... 24

III. 2 Penyepadanan Alat-Alat Kontrol PI... 25

II III. 4 Sensor Tekanan ... III. 5 Set Point... 32

III. 6 Pengendali ... 34

III. 6. 1 Pengendali Proporsional... 35

III. 6. 2 Pengendali Integral ... 36

III. 6. 3 Pengendali PI ... 37

III. 7 Current To Voltage Converter... 39

8 Rangkaian Deteksi Error... 40

9 PWM ... 41

10 Interfacing Triac... 43

B IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

IV. 1 Kinerja Plant... 46

IV. 2. 2 Analisis Pengendali... 49

BAB V. P

V. 1 Ke V. 2 Sa

LA

IV. 2. 2. 1 Analisis Set Point... 49

IV. 2. 2. 2 Analisis Rangkaian Deteksi Error... 49

IV. 2. 2. 3 Analisis Rangkaian Proporsional... 50

IV. 2. 2. 4 Analisis Rangkaian Integral... 50

IV. 2. 2. 5 Analisis PWM... 51

ENUTUP

simpulan ... 52

ran... 52

DAFTAR GAMBAR

Halaman

BAB I

AB II

ambar 2. 1 Kurva Respon Tangga Satuan ... 5

2. 3 Kurva Respon Berbentuk-S ... 6

Gambar 2. 4 Rangkaian Proporsional... 12

. 5 Rangkaian Integral... 12

Kurva Perpotongan Garis Singgung ... 27

5Boiler ...29

B

G Gambar 2. 2 Respon Tangga Satuan Sebuah Sistem... 6

Gambar Gambar 2 Gambar 2. 6 Diagram Blok Kontroller PI ... 14

Gambar 2. 7 Rangkaian PI... 14

Gambar 2. 8 Skema MOC30XXX... 16

Gambar 2. 9 Simbol Triac ...17

Gambar 2. 10 Rangkaian Penguat Beda ... 18

Gambar 2. 11 Rangkaian Penguat Tegangan... 19

Gambar 2. 12 Pulsa PWM ... 20

Gambar 2. 13 Rangkaian PWM... 21

Gambar 2. 14 Cara Kerja Pembangkitan Gelombang Segitiga ... 21

BAB III

Gambar 3. 1 Diagram Blok Rangkaian Secara Umum... 24

Gambar 3. 2Lay Out Pengendali... 25

Gambar 3. 3 Kurva Respon Plant...27 Gambar 3. 4

Gambar 3. 7 Rangkaian Pembagi Tegangan ... 32

Gambar 3. 8 Rangkaian Set Point...34

Gambar 3. 9 Rangkaian Penguat Proporsional... 36

Gambar 3. 10 Rangkaian Penguat Integral... 37

Gambar 3. 11 Diagram Blok Rangkaian Pengendali PI ... 38

Gambar 3. 12 Rangkaian PI... 39

Gambar 3. 13 Rangkaian Penguat Beda ... 40

Gambar 3. 14 Rangkaian PWM... 41

Gambar 3. 15 Perancangan PWM ... 43

Gambar 3. 16Interfacing Triac Dengan Pengendali PI ... 44

BAB IV

Gambar 4. 1Boiler ...48

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2. 1 Aturan penyepadanan Ziegler-Nichols... 8

abel 2. 2 Macam-macam MOC30XXX ... 16

Set Point ... 32 T

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Peralatan instrumentasi adalah in rumen elektronik yang dikendalikan oleh sistem elektronika. Instrumen elektronik memiliki beberapa sistem pengendalian yaitu secara manual, digital dan terkendali mikroprosesor. Dalam dunia industri pengukuran dan pengendalian merupakan hal yang sangat penting untuk mendukung

yang memerlukan kepresisian instrumen adalah besaran tekanan. Seperti diketahui

pengoperasian sistem peralatan pada sektor jasa (pelayanan), pembangkit tenaga

pemakaian sensor tekanan yang dihubungkan dengan sistem kontrol untuk menset tu sesuai keinginan. Kontrol tekanan memegang peranan yang sangat penting dalam proses produksi, misalnya pada

st

proses produksi. Peralatan kendali tersebut haruslah bersifat presisi dan efisien serta mudah pengoperasiannya. Salah satu contoh di dunia industri dan kehidupan, besaran

besaran tekanan ini banyak terlibat dalam proses produksi dalam bidang industri,

listrik dan lain-lain.

Untuk mengatur tekanan banyak cara dilakukan, sebagai contoh adalah

atau mendapatkan nilai tekanan terten

menggunakan tekanan dalam prosesnya, maka pasti menggunakan boiler (panic bertekanan). Tekanan tersebut

dilakukan oleh tenaga manusia, dan untuk mengurangi tingkat resiko kecelakaan pada manusia.

1.2 Tujuan dan manfaat

ujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah untuk membuat suatu endali PID yang mengendalikan kompor listrik 600 Watt. De

engendalian dan instrumentasi dalam bentuk p

T

peralatan sebagai aplikasi peng

ngan kata lain pengendali PID yang dibuat bertujuan untuk mengontrol tekanan pada boiler agar tidak berlebihan dan sesuai dengan tekanan yang diinginkan melalui kompor 600 Watt yang dikendalikan.

Manfaatnya adalah untuk menerapkan ilmu pengetahuan yang telah diperoleh selama kuliah terutama di bidang p

1.3 Batasan masalah.

Pada pembuatan tugas akhir ini penyusun membuat alat yang dapat r dan kontrol terhadap level tekanan uap air. Instrumen yang dim

dengan rentang tekanan 0

2.

3. n adalah kompor listrik 600 Watt.

rapkan seperti pada set

setting tekanan yang diinginkan melalui sebuah set kontrol berupa potensiom

digunakan untu menguku

aksud memiliki spesifikasi sebagai berikut :

1. Pengendali dirancang berdasarkan sensor yang digunakan yaitu Pressure Transmitter yang bertipe 8320 dari Burkert

sampai dengan 10 Bar.

Pengendali sistem pemanas air berdasar set point. Aktuator yang digunaka

4. Apabila telah mencapai tekanan uap air yang diha point, maka pemanas akan mati.

5. Tekanan yang dapat terukur pada boiler mempunyai rentang 0 sampai 1,5 Bar.

Pemakaian instrumen ini adalah kontrol tekanan dengan menetapkan

1.4 Metodologi penelitian.

Penyusunan laporan tugas akhir ini mempunyai metode penelitian yang

1. Me n

elah direncanakan.

g berupa panci bertekanan atau

3.

nsor tekanan, batas tekanan boiler dan waktu yang

4.

ui karakteristik dari sensor tekanan, batas tekanan boiler

6.

tepat dan akurat.

h sudah sesuai dengan yang kita dapat dijelaskan berikut ini :

ncari referensi yang dibutuhkan untuk mendukung proses perancanga dan pembuatan alat yang t

2. Membuat plant. Dalam hal ini penulis akan membuat pengendali tekanan uap air, sehingga kami harus membuat plant yan

biasa disebut boiler.

Setelah plant kami buat, pengambilan data dilakukan untuk mengetahui karakteristik dari se

dibutuhkan untuk mencapai tekanan maksimum.

Dengan adanya data dari plant yang sudah dibuat, maka kita dapat melakukan penulisan proposal.

5. Perancangan kontrol pengendali bisa dilaksanakan karena plant dibuat dan kita sudah mengetah

dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tekanan maksimum serta data-data lain yang diperlukan.

Implementasi kontrol pengendali dapat segera dilakukan dengan adanya rancangan pengendali yang

harapkan atau belum. Selain itu kita juga mengambil data dari pengendali dan plant yang kita buat.

Penulisan laporan dilakukan untuk koreksi apakah alat kita sudah sesuai dengan kriteria alat yang

8.

baik, apakah sudah sesuai dengan harapan kita

1.5 Si

Sistem pembahasan tidak jauh berbeda dengan metodologi yang digunakan n menurut metodologinya seperti berikut :

ada bab ini berisikan mengenai penjelasan latar belakang masalah, maksud yang menjelaska tentang rancangan system yang akan

ilihan komponen yang nantinya asi alat yang akan dikerjakan.

emperoleh nilai – nilai ya an pertimbangan dari pemilihan komponen tersebut.

(sesuai dengan perancangannya), selain untuk mencocokkan data antara teori dan data pada alat secara nyata.

stematika penulisan

dan penulis membagi pembahasa

BAB I. Pendahuluan P

dan tujuan, batasan masalah,

dibuat, serta menjelaskan sistematika pembahasan BAB II. Dasar Teori

Pada bab ini berisi tentang teori dan pem digunakan dalam implement

BAB III. Rancangan Penelitian

BAB IV. Hasil Pengamatan dan Pembahasan

Berisi mengenai bagaimana hasil dari kerja alat yang dibuat dan menganalisis data yang diperoleh.

saran agar baik kedepannya. BAB V. Kesimpulan dan Saran

BAB II

DASAR TEORI

2.1

Aturan Ziegler-Nic

Ziegler dan Nichols mengusulkan aturan-aturan untuk menentukan nilai penguatan proporsional Kp, waktu integra dan waktu turunan Td yang didasarkan

uatu sistem yang diketahui. Penentuan parameter alat-alat

hols

l Ti

pada karakteristik respon transien s

kontrol PID sedemikian atau penyepadanan alat-alat kontrol PID dapat dilakukan oleh insinyur di lapangan berdasarkan eksperimen pada sistem.

Gambar 2.1 Kurva respons tangga satuan

Ada tiga metode yang dinamakan aturan penyepadanan Ziegler ols

yaitu metode kurva r . Pada penelitian ini akan menggunakan metode kurva reaksi, sehingga hanya akan menjelaskan metode

-Nich

kurva rea

nan, maka kurva respons s

ksi saja. Dalam ketiga metode ini, mereka ditujukan pada pencapaian 25% lonjakan maksimum dalam respon tangga seperti pada gambar 2.1.

Dalam metode kurva reaksi, secara eksperimental respons sistem terhadap masukan tangga-satuan diperlihatkan pada gambar 2.2. Jika sistem tidak mencakup integrator ataupun nilai-nilai kutub pasangan kompleks yang domi

ebuah tangga satuan mungkin kelihatan seperti kurva berbentuk-S, seperti diperlihatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.2 Respons tangga satuan sebuah sistem

Gambar 2.3 Kurva respons berbentuk-S

Karakteristik kurva berbentuk-S dapat diberikan oleh dua konstanta, yakni waktu tunda L dan ko tu ditentukan dengan menggambarkan garis singgung pada titik perubahan kurva berbentuk-S dan

seperti p

kontrol

ada gambar 2.3. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai Kp, Ti dan Td berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Aturan penyepadanan Ziegler-Nichols

Tipe alat Kp Ti Td

P 0

K

1 .

L

T ∞

PI 0

.0,9 L T 3 , 0 T K 1

PID 2L 0,5L

.1,2

L T K

1

Dengan keterangan Kp ila penguatan propors nal Ti = waktu integral

Td a u turunan T = waktu tunda

put dan output sistem (plant)

2.2

Ketel Uap

Ketel a ada g (drum) yang tertutup pada

ujung pangkalnya dan dalam aupun

pipa air. Ketel uap diklasifikasikan dalam banyak kelas. Ada yang diklasifikasikan

= n i io

= w kt

L = konstanta waktu tunda K = perbandingan in

(Boiler)

u p p dasarnya terdiri dari bumbun

berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, pemakaian, letak dapur, jumlah lorong,

ai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi

i potensial uap.

ketel uap untuk berfungsi.

Sed

si secara efektif.

. Sistem pemipaan, memungkinkan sistem penghantaran kalor yang as panas dengan air ketel.

proses tutup drum, bentuk dan letak pipa, sistem peredaran air dan berdasarkan sumber panasnya.

Ketel uap berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkombinasikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Komponen utama pada boiler :

1. Dapur, sebag panas.

2. Alat penguap (evaporator) yang mengubah energi pembakaran menjadi energ

Kedua komponen tersebut di atas telah dapat memungkinkan sebuah

angkan komponen lainnya :

1. Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfung

2

efektif antara nyala api atau g

2.3

Sensor

Sensor ntransform (mengubah) suatu nilai (isyarat/energi) fisik ke nilai fisik yang lain. Sensor menghubungkan antara fisik nyata dan industri electrik dan piranti elektronika. Di dunia industri sensor berguna ng, kontrolling, dan proteksi. Sensor sering disebut juga dengan

Transduc

esaran fisik saja, tetapi juga pada kimia, dan biologi. Ada 6 tipe isyarat :

• Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi,

•

i, dll

Sensor m uput. Sensor

bisa saja men u atu

adalah piranti yang me

untuk monitori

er.

Transducer merupakan piranti yang memberikan output (yang bisa dipakai) sebagai tanggapan terhadap (measurand) kondisi, kuantitas fisik masukan. Output dari sensor berupa (didefinisikan sebagai) besaran elektris. Sensor tidak terbatas pada pengukuran b

• Mechanical, contoh: panjang, luas, mass flow, gaya, torque, tekanan, kecepatan, percepatan, panjang gel acoustic, dll

• Thermal, contoh: temperature, panas, entropy, heat flow

dll

Magnetic, contoh: intensitas medan, flux density, dll • Radiant, contoh: intensitas, panjang gelombang, polarisas

• Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi, dll.

engkonversi dari suatu isyarat input ke suatu isyarat o

isyarat keluara A

bantuan sumber energi yang menunjangnya atau tidak yaitu :

couple tersebut.

2.4

Pen

d

D

Proporsion ral.

kaian Proporsional

wujud mekanism yang ada dan apapun bentuk daya penggeraknya, kendali

p enguat dengan penguatan yang dapat

diatur. G

n. da 2 macam sensor yang digolongkan berdasarkan ada tidaknya

¾ Passive Sensor. Mengkonversi sifat-sifat/isyarat fisik atau kimia ke

dalam isyarat yang lain tanpa bantuan sumber energi. Contoh : termocouple. Termocouple menghasilkan tegangan output sebanding dengan suhu pada sambungan term

¾ Active Sensor. Mengkonversi sifat-sifat/isyarat fisik atau kimia ke

dalam isyarat yang lain dengan bantuan sumber energi. Merupakan pilihan utama untuk isyarat-isyarat yang lemah/kecil.

gen ali

alam hal ini pengendali yang dimaksud meliputi rangkaian al, rangkaian Integraldan rangkaian Proporsional Integ

2.4.1 Rang

Pengendali proporsional adalah pengendali yang keluarannya proporsional dengan masukannya yang berupa error. Apapun

e

roporsional pada dasarnya merupakan p

dengan Vout = tegangan output

Kp =

-1 2

R R

(Gain)

Ve = tegangan error

Gambar 2.4 Rangkaian Proporsional

Misalkan sinyal masukan e (t) dan sinyal keluaran adalah m (t) maka :

m (t) = Kp. e (t) (2.2)

Kp merupakan konstanta pengendali proporsional atau penguatan.

2.4.2

Rangkaian

Integral

Gambar 2.5 Rangkaian Integral Dari gambar 2.5 diperoleh persamaan :

Vout = KI (2.3)

dengan Vout = tegangan output

KI =

∫

+ t Vout Vedt 0 ) 0 ( -1 1. 1 C

R (Integration gain)

Ti = RI. CI (waktu integral)

ror voltage

Vout (0) = initial output voltage

integral, nilai keluaran kendali m (t)

d bah d ng sinyal kesalahan penggerak e (t)

sehingga :

(2.4)

2.4.3

berikut :

p e(t) +

Ve = er

Pada kendali dengan aksi kendali iu engan laju ya sebanding dengan

m (t) = Ki

∫

e(t)dt

Rangkaian PI (Proporsional Integral)

Aksi kontrol proporsional plus integral didefinisikan dengan persamaan

∫

t p dt t e K )

( (2.5)

m (t) = K

I

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎛ s E s M 1 ) ( ) ( (2.6) ⎜ ⎝ + = s T K I p 1

Diagram blok kontroler proporsional integral dapat dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Diagram blok kontroler PI.

Rumusan yang didapatkan dari blok diagram tersebut adalah :

m (t) = Kp e(t) +

∫

t dt t e Ti Kp 0 )

( (2.7)

Kp menyatakan kepekaan proporsional atau penguatan, dan Ti

menyatakan waktu integral. Gambar rangkaian PI secara nyata dapat dilihat pada gambar 2.7.

Rumusan untuk rangkaian pada gambar 2.7 adalah :

Vout = -

(

+

∫

Vedt

CI RI R R Ve R R . 1 1 2 1 2

)

(2.8)

Dengan Kp = 1 2

R R

dan KI =

I IC R

Triac Driver

1

2.5

LED AlGaAs memiliki nominal 1.3 V forward drop 10mA dan tegangan

Kelua s terdiri dari sebuah LED

infram minium gallium aesenida, dig

Dua chip ini dirakit pada enam paket pin DIP, menyediakan 7.5KVAC(peak) penyekat antara LED dan keluaran. tor keluaran ini dirancang memicu

triac guna mengendalikan beban pada tegangan 115 Volt dan 220 Volt. Chip

h alat yang berfungsi sama dengan sebuah triac kecil, sinyal yang dih

b rga MOC30XX dari non-zero crossing triac driver

erah alu abungkan pada chip detector silikon.

detector Chip detec

detector adalah sebua

asilkan digunakan untuk memicu triac yang besar. MOC30XX memiliki kemampuan untuk mengontrol triac daya besar dengan meminimumkan komponen tambahan.

yang dapat dilewatkan adalah 60 mA. Detector memiliki tegangan blocking

minimum sebesar 250 V saat mati. Pada saat hidup, detector akan melewatkan 100 mA pada arah yang berlawanan dengan drop tegangan kurang dari 3 V. Saat dipicu pada kondisi on, detector akan selalu on sampai drop arus di bawah arus holding

(umumnya 100 µA) setelah itu detector menjadi off.

Gambar 2.8Skema dari MOC30XX

Tabel 2.2 Macam-macam MOC30XX

melewati LED sama, atau lebih dari IFT(MAX). Bentuk MOC3021 dapat dilihat pada gambar 2.8.

2.6

Triac

Triac adalah Thyristor dua arah yaitu suatu piranti tiga terminal yang dapat melewatkan arus dalam kedua arah melalui jalur utamanya. Terminal-terminal arus utama dikenal sebagai terminal utama-1 (T1) dan terminal utama-2 (T2), seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.9 (a).

Gambar 2.9(a) Simbol Triac, (b) Rangkaian Equivalen Triac

Triac tersusun dari dua buah SCR yang dipasang paralel berkebalikan, seperti pada gambar 2.9 (b).

Jik gah aliran arus dala

ik oleh sinyal gerbang positif maupun negatif. Jika terminal

2.7

Pe

a tegangan yang dipasangkan pada gerbang nol, triac mence

m kedua arah dan pada kondisi ini triac berada dalam keadaan blocking.

Triac dapat dihidupkan ba

T2 adalah positif terhadap T1 triac dipicu menjadi menghantarkan oleh suatu pulsa positif yang dipasang pada gerbang. Jika T2 negatif terhadap T1, maka

triac akan dapat dihidupkan dengan memberikan suatu pulsa negatif yang dipasang pada gerbang.

nguat Instrumentasi

2.7.1 Rangkaian penguat beda

Dalam tugas ini rangkaian penguat instrumentasi yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2.10. Karena penguatan yang diinginkan hanya satu kali maka rangkaian ini berfungsi sebagai rangkaian penguat beda atau dalam sistem akan berfungsi sebagai rangkaian deteksi error.

(

V2 V1

)

Ve −

M = (2.9)

Dengan Ve = tegangan error (masukan untuk pengendali PI)

V1 = tegangan masukan dari sensor tekanan

V2 = tegangan masukan dari set point

R1 = R3 R2

maan :

V2-V1). = R4

Dari rangkaian pada gambar 2.10 diperoleh persa

Ve = (

1 2

R

(2.10)

R

2.7.2 Rangk

Penguat berfungsi untuk memperbesar suatu sinyal ke harga tertentu. Jika keluaran dari penguat mengeluarkan tegangan yang lebih besar dari masukannya disebut penguat tegangan (voltage amplifier). Dalam sistem kontrol penguat tegangan yang banyak digunakan adalah opamp (operational amplifier). Rangkaian ini pada perancangan digunakan pada bagian pengendali PI dan se li P

aian Penguat Tegangan

Dengan Vi = tegangan input Vout = tegangan output

Rumusan nilai penguatan dari gambar 2.11 adalah :

A =

Ri Rf

(2.11)

Ri Rf Vin Vout

= (2.12)

Jika Ri Rf , rangkaian ini disebut penguat pembalik (inverting amplifier atau inverter).

2.8 Modulasi lebar pulsa (Pulse Width Modulation, PWM)

PWM merupakan rangkaian yang menghasilkan variasi pulsa untuk masukan dc yang bervari

berubah-ubah tergantung masukan dc-nya. Pada prinsipnya PWM ini membandingkan tegangan segitiga yang berperiode konstan tertentu dengantegangan dc yang berubah-ubah. Hasilnya berupa gelombang kotak dengan perbandingan periode on-off yang berubah. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.12.

Misalkan suatu gelombang segitiga dibandingkan dengantegangan sebesar Vdc1 yang berpolaritas positif dihasilkan gelombang kotak dengan duty cycle di atas 50% dan jika dibandingkan dengan tegangan Vdc2 yang berpolaritas negative menghasilkan duty cycle di bawah 50%.

≈

Gambar 2.12 Bentuk pulsa PWM dengan masukan Vdc1 dan Vdc2

Besarnya duty cycle (δ) adalah perbandingan periode on terhadap periode total :

T t t

t

t _on

off on

on ₌ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜

⎜ ⎝ ⎛

+ =

δ (2.13)

Realisasi dari rangkaian ini bisa menggunakan OPAmp sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.13.

Rangkaian OpAmp I adalah untuk menghasilkan tegangan kotak, OpAmp II untuk menghasilkan tegangan segitiga dan OpAmp III sebagai pembanding. Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga (OpAmp I dan II) diterangkan menurut gambar 2.14.

Gambar 2.14 Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga

Dengan acuan waktu hingga titik B, jika tegangan V memotong V , keluaran pembandingnya meloncat positif ke +V . Ini menyebabkan keluaran pembangkit tanjakan kem

ramp UT

sat

bali ke atas ke VUT, sehingga menyelesaikan satu siklus lengkap dari gelombang segitiga.

Persamaan analisisnya diberikan oleh :

VUT = +Vsat n

− (2.14)

VLT = n V_sat −

− (2.15)

VLT =

(

)

n

sat sat V

V − −

+

Untuk pembangkit segitiga tersebut didapatkan perumusan sebagai berikut :

¾ Tegangan puncak ke puncak (Vpp) :

Vpp = 2 3 . R R (2.17) . 2Vsat

¾

F =

Frekuensi yang dihasilkan sebesar :

C R R R . 4 . 3 . 4 2 (2.18)

Sedangkan R1 sebesar parallel R2 dan R3 yang berfungsi untuk mengkompe asukan, sehingga tegangan masukan inverting dan non

inverting besarnya sam asukan

tersebut nol.

Pad an yaitu masukan V1 berupa

gelombang segitiga yang tetap dan masukan V2 berupa tegangan dc yang bisa diubah-ubah. Dengan mengubah-uabah besarnya tegangan dc maka keluarannya mempun

nsasi besarnya m

a yang mengakibatkan beda potensial antara kedua m

a bagian pembanding ada dua masuk

BAB III

PERANCANGAN

3. 1 Pengendali secara umum

Alat yang akan dibuat merupakan pengendali tekanan uap pada sistem pem nas air berbasis PI (Proporsional Integral). Blok diagram dari alat dapat dilihat

ada gambar di bawah ini : a

p

Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian secara umum

Cara kerja alat secara garis besar adalah set point diubah (sesuai tekanan yang diinginkan) setelah itu maka alat akan bekerja secara otomatis. Yang dimaksud dengan bekerja secara otomatis adalah, alat akan mati bila tekanan pada boiler sesuai dengan tekanan yang diatur pada set point.

dihasilkan oleh s unakan sebagai input pengendali PI yang nantinya tegangan keluaran dari pengendali PI akan digunak

ensor tekanan. Tegangan error yang didapatkan dig

an sebagai input untuk rangkaian driver. Driver digunakan sebagai pemutus dan penyambung tegangan pada aktuator, dalam hal ini digunakan rangkaian triac

sebagai driver. Lay out dari pengendali yang akan dibuat dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Lay out Pengendali PI

3. 2 Penyepadanan alat-alat kontrol PI

Ziegler dan Nichols mengusulkan aturan-aturan untuk menentukan nilai penguatan proporsional Kp, waktu integral Ti dan waktu turunan Td yang didasarkan pada karakteristik respon transient dari plant.

Metode Ziegler-Nichols yang pertama, digunakan untuk mencari nilai Kp

Data yang diperoleh dari plant adalah sebagai berikut :

n (Volt) Waktu (Menit) Tabel 3.1 Data plant

No Tekanan (Bar) Teganga

1 0 0.404 0

2 0.05 0.418 19

3 0.1 0.421 22

4 0.15 0.430 28

5 0.2 0.438 33

6 0.25 0.445 37

7 0.3 0.452 42

8 0.35 0.461 46

9 0.4 0.468 50

10 0.45 0.476 53

11 0.5 0.486 58

12 0.55 0.493 60

13 0.6 0.500 64

14 0.65 0.508 67

15 0.7 0.515 70

16 0.75 0.524 73

17 0 .8 0.531 76

18 0.85 0.539 78

19 0.9 0.546 81

20 0.95 0.556 85

21 1 0.563 87

22 1.05 0.570 90

23 1.1 0.578 93

24 1.15 0.587 95

25 1.2 0.594 98

26 1.25 0.601 101

27 1.3 0.610 104

28 1.35 0.618 107

29 1.4 0.625 110

30 1.45 0.633 113

Gambar 3.3 Kurva respons Plant

Dari perhitungan yang didasarkan terhadap kurva respons plant yang dibuat, maka didapatkan nilai L = 30 dan T = 95. Rumusan yang diberikan oleh aturan ini untuk pengendali PI adalah :

Kp = 0,9 L T

(3.1)

Ti =

3 , 0

L

(3.2)

Rumusan ini dapat dilihat pada tabel 2.1.

Dengan nilai L = 30 dan T = 95 dapat kita hitung :

Kp = 0,9 95

30

Kp = 2,85

Ti = 3 , 0 30

Ti = 100

Sehingga didapatkan nilai penguatan proporsional (Kp) dan waktu integral (Ti) sebesar :

3. 3 Plant

Plant yang dibuat untuk tugas akhir ini merupakan panci bertekanan atau biasa disebut dengan istilah Boiler. Gambar 3. 5 merupakan gambar dari boiler yang

Kp = 2,85

akan kami gu ya 600W

nakan. Pemanas yang digunakan adalah kompor listrik dengan da .

Gambar 3.5 Boiler

Dengan adanya pemanas berupa kompor listrik, tekanan boiler dapat dikontrolmelalui rangkaian pengendali yang akan digunakan dengan cara mematikan kompor listrik secara otomatis pada tekanan tertentu dengan rangkaian pengendali.

Keterangan dari gambar 3.5 adalah :

1. Pipa yang digunakan untuk memasukkan air. 2. Pipa yang digunakan untuk mengeluarkan air.

3. Safety Valve. Digunakan sebagai pengaman saat boiler dalam keadaan bertekanan. Saat k an air yang ada di dalam boiler, pertama-tama kita harus membuka safety valve secara perlahan agar

tekanan berkurang sedikit demi sedikit. Dalam hal ini digunakan kran air yang kedap sehingga tekanan di dalam boiler dapat terjaga.

4. Rongga di tengah-tengah boiler. Dibuatnya rongga ini bertujuan untuk da boiler, apabila jumlah rongga semakin

n cepat.

manometer (indikator

6. 7.

ran yang tahan

8.

ik n bekerja untuk manometer dan mempercepat pemanasan pa

banyak maka dijamin pemanasan akan semaki 5. Pipa yang digunakan sebagai tempat untuk

tekanan). Dalam hal ini indikator tekanan yang digunakan mempunyai skala nol sampai dengan tiga Bar. Diharapkan dengan dipilihnya indikator dengan skala rendah akan didapat data yang lebih akurat. Pipa sebagai tempat sensor tekanan.

Indikator ketinggian air. Indikator ini wajib ada di setiap boiler karena berfungsi agar banyak air yang tersisa dalam proses pemanasan dapat selalu dipantau, sehingga tekanan yang berlebihan karena kekurangan air dapat dihindari. Indikator ini berupa selang transpa

panas dan tahan terhadap tekanan yang cukup tinggi.

Pipa Syphon. Pipa ini dipasang agar tekanan pada manometer dan tekanan yang bekerja pada sensor lebih presisi. Pada pipa ini diisi dengan air sehingga saat tekanan dari bawah naik maka air akan na dan menimbulkan tekanan yang aka

Boiler

tidak meledak strik yang akan

digunakan

3. 4 Sensor

Senso

bertipe 8320 d an rentang tekanan 0 sampai dengan 10 Bar. Sensor ini khusus digunakan sebagai sensor tekanan uap air.

pernah diuji dengan tekanan tinggi kurang lebih 10 Bar dan ternyata . Tetapi saat dicoba dipanaskan dengan kompor li

boiler hanya mampu mencapai tekanan kurang lebih 1,5 Bar.

tekanan

r yang digunakan pada alat ini adalah Pressure Transmitter yang ari Burkert deng

Gambar 3. 6 Burkert Pressure Transmitter 8320

3. 5

Set point

Pada perancangan set point ini penulis memilih set point sebanyak tiga kali. Pemilihan ini didasarkan dari data plant yang telah didapatkan berupa data hubungan antara tegangan keluaran sensor dan tekanan dalam plant. Data yang dipilih penulis dapat kita lihat pada tabel 3.2.

Gambar rangkaian yang akan digunakan adalah sebagai berikut :

Gambar 3.7 Rangkaian pembagi tegangan Tabel 3.2. Set Point

No Tekanan (Bar) Tegangan (Volt)

1 0,25 0,445

2 0,50 0,486

3 0,75 0,524

Rumusan untuk rangkaian pada gambar 3.6 adalah :

Vout = V

Rpot R

R

12 . 1

1

Sehingga perhitungan untuk komponen yang akan digunakan dapat dilakukan.

Set point satu

Vout = V

Rpot R R 12 . 1 1

+ ; dengan R1 = 1 KΩ

0,445 V = K Rpot KΩ+

Ω 1 .12V 1 V V 12 445 , 0 Rpot K KΩ 1 = + Ω 1

1 KΩ + Rpot = 26,431 KΩ Rpot = 25,431 KΩ

Karena merupakan hambatan variabel maka digunakan hambatan 100 KΩ.

Set point dua

Vout = Rpot V Rpot R R 12 . 1 1

+ ; dengan R1 = 1 KΩ

86 V =

Rpot K K + Ω Ω 1 1 0,4 .12V = V V 12 486 , 0 Rpot K K + Ω Ω 1 1

1 KΩ + Rpot = 24,691 KΩ 91 KΩ

Karena Rpo merupakan hambatan variabel maka digunakan hambatan 100 KΩ.

t

Vout =

t

Set poin tiga

V Rpot R R 12 . 1 1

+ ; dengan R1 = 1 KΩ

Rpot K K + Ω Ω 1 1

0,524 V = .12V

= V V 12 524 , 0 Rpot K K + Ω Ω 1 1

1 KΩ + Rpot = 22,899 KΩ Rpot = 21,899 KΩ

Karena Rpot merupakan hambatan variabel maka digunakan hambatan 100 KΩ. Gambar rangkaianset point secara nyata adalah :

3. 6 Pengen

Penguat proporsional integral merupakan gabungan dari penguat proporsional dan integral, m ngan dari pengendalinya meliputi rangkaian Proporsional, I egral. Pada perancangan ini, tipeIC yang digunakan adalah LM324. Alasannya karena dalam satu IC terdapat 4 buah OpAmp dan hanya mem

3. 6. 1 Pengendali Proporsional

Dari penyepadanan alat-alat kontrol PI diperoleh nilai penguatan proporsional (Kp) = 2,85. Dari persamaan (2-1) :

Vout = Kp Ve + Vo

dengan Vout = tegangan output

Kp =

dali

aka peranca ntegral dan Proporsional Int

butuhkan satu sumber tegangan (VCC).

-1 2

R R

(Gain)

Ve = tegangan

(Kp) = 2,85 dan dengan nilai R2 = 2,85 KΩ dapat dihitung nilai R1 dari persamaan yang ada di atas.

error

Maka dengan nilai

Kp =

1 2

R R

2,85 =

1 R

K 2,85 Ω

R1 = 1 KΩ

Karena R2 merupakan hambatan variabel maka nilai hambatan dari R2 dapat diatur dari 0 sampai 5 KΩ. Hal ini dikarenakan penulis memakai hambatan variabel dengan nilai 5 KΩ. Rancangan dari rangkaian kendali

r 3.9. proporsional dapat dilihat pada gamba

Gam ar 3.9 Rangkaian penguat proporsional b

3. 6. 2

Dari penyepadanan alat-alat kontrol PI yang dilakukan sebelumnya, diperoleh nilai waktu integral (Ti) = 100. Mengacu pada persamaan (2-3) :

KI =

Pengendali Integral

Vout = KI

∫

Vedt+Vout

0

) 0 (

dengan Vout = tegangan output t

1 1.

1

C

R (Integration gain)

Ti = RI . CI (waktu integral)

Vout (0) = initial output voltage

Maka dengan nilai (Ti) = 100 dan dengan nilai RI = 1 KΩ kita dapat menghitung nilai C1 dari persamaan yang ada di atas.

Ti = RI . CI

100 = 1 KΩ. CI

CI =

Ω K

1 100

CI = 0,1 F

Karena RI merupakan hamb an variabel maka nilai hambatan dari RI t l ini dikarenakan dipakai hambatan variabel dengan n

at dapat dia ur dari 0 sampai 1 KΩ. Ha

ilai 1 KΩ. Rancangan dari rangkaian kendali proporsional dapat dilihat pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 Rangkaian penguat integral

3. 6. 3 Pengendali Proporsional Integral

disebabka alam dali integral terdapat konstanta Kp.

Hal ini dapat dilihat pada persamaan (2-5) atau pada persamaan (2-7). n karena d rumusan pengen

m (t) = Kp e(t) +

∫

t

I

dt t e

T ₀ ( )

Untuk kendali proporsional dibutuhkan penguatan satu kali maka : p K 1 3 5 R = R

Jika nilai R5 = 1 KΩ maka :

R3 = 1 1KΩ

R3 = 1 KΩ

Untuk kendali integral dibutuhkan penguatan sebesar 1 kali maka :

1 4 5 = R R

Jika nilai R5 = 1 KΩ maka :

R4 = 1 1KΩ

R4 = 1 KΩ

Gambar 3.11 Diagram blok rangkaian pengendali PI

H uk

mengatur besar kecilnya penguatan pada kendali proporsional dan hambatan variabel R pada rangkaian integral digunakan untuk mengatur besar kecilnya penguatan pada kendali integral.

ambatan variabel R2 pada rangkaian proporsional digunakan unt

I

Gambar 3.12 Rangkaian pengendali Proporsional Integral

3. 7

Current to Voltage Converter

Sens

Pres

or tekanan uap yang digunakan dalam sistem kendali ini adalah

samp

penu ai beban. Sensor ini memiliki beban (RA)

maksimum sebesar :

RA [Ω]=

ai 20 mA. Untuk mengubah keluaran sensor dari arus menjadi tegangan maka lis menggunakan Resistor sebag

(

)

] [ 02 , 0 ] [ 10 ] [ A V V

U_B −

(3.4)

dengan UB adalah tegangan catuan. Apabila menggunakan tegangan catuan 12 V maka besar beban maksimum :

RA [Ω] =

] [ 02 , 0 ] [ 10 ] [ 12 A V V − = ] [ 02 , 0 A ] [ 2V

RA [Ω] = 100 Ω

enggunakan beban 100 Ω pada keluaran sensor te

ngkaian deteksi error atau bisa disebut sebagai rangkaian penguat beda. Dilihat dari persamaan (2.9) maka :

M =

Dari perhitungan inilah penulis m

kanan, sehingga keluaran sensor berubah dari arus menjadi tegangan.

3. 8 Rangkaian deteksi error

Karena penguatan yang diinginkan hanya satu kali maka rangkaian ini berfungsi sebagai ra

(

V2 −V1

)

Ve = (V

Ve

; karena M = 1

). 1 2

R R

Ve = (V2 - V1

1 2

R

= 1 ; j

R ika R2 = 1K

4 = 1KΩ R1 = R3 = R2 = R

Rangkaian penguat beda dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.13. Rangkaian penguat beda

3. 9

Pulse W

Realis da perancangan dengan memanfaatkan OpAmp,

rangakaian pe g. Pembangkit segitiga

merupakan konfigurasi integrator yang dipadukan dengan pembangkit gelombang kotak.

idth Modulation (PWM)

asi PWM pa

Gambar 3.14 Rangkaian PWM

Pada perancangan PWM ini besaran yang diinginkan adalah sebagai berikut :

Vpp = 1,5 V F = 5 Khz

Tegangan catu : +Vcc = 12 V dan –Vee = 0 V Berdasarkan persamaan (2.17) maka :

Vpp = 2

3 . . 2

R R Vsat

Vpp R V_sat. 3 . 2 R2 =

Dengan R3

R2 =

= 1 KΩ maka besarnya R2 :

5 , 1

10 . 1 . 12 .

2 3

Untuk menentukan besarnya R4, berdasarkan persamaan (2.18) maka : F = C R R R2 . 4 . 3 . 4 R4 = C f R R . . 3 . 4 2

Dengan C = 0,1 F dan nilai f = 5 Khz, R2 = 16 K u Ω dan R3 = 1KΩ maka : R4 = C f R R . . 3 . 4 2 6 10 . 1 , 0 . 5 . 1 . 4 16 − Ω Ω Khz K K R4 =

R4 = 8 KΩ

R1 dapat dihitung dengan memparalelkan R2 dan R3 yaitu :

R1 = 3 2 3 . 2 R R R R + Ω + Ω Ω Ω K K K K 1 16 1 . 16 R1 =

Gambar 3.15 Perancangan Rangkaian PWM

3. 10

Interf

Untuk ngatur suhu air, pemanas dikendalikan oleh rangkaian PI melalui

triac. Triac ini terhubung langsung dengan pemanas / beban dan tegangan jala-jala PLN, 220 VAC. Sehingga diperlukan isolator antara pengendali PI dengan triac. MOC3021 merupakan optoisolator yang terdiri atas sebuah LED yang terhubung secara optis dengan triac. Rangkaian internal driver ini dapat dilihat pada gambar 2.8. MOC3021 dipilih berdasarkan kemampuan menahan tegangan ketika dalam keadaan off dan arus minimum yang dibutuhkan untuk menyalakan LED. Driver ini dapat dioperasikan untuk menahan tegangan sampai 400 VAC dan memerlukan arus minimum sebesar 15 mA untuk membuatnya ON.

Antarmuka pengendali PI dengan triac dibentuk oleh komponen Resistor R6, MOC3021, triac, dan pemanas air 600 Watt sebagai beban. Bagian masukan dari MOC3021 merupakan LED yang dinyala-padamkan oleh pengendali PI. Pengendali

acing Triac

PI memberi keluaran tegangan sehingga LED menyala. Cahaya LED menyebabkan

triac di bagian output MOC3021 menjadi on dan mengalirlah arus gate triac lewat R1, selanjutnya triac akan on dan pemanas mulai bekerja. Interfacing triac dengan Pengendali PI ditunjukkan dalam gambar 3.16.

Gambar 3.16Interfacing Triac dengan Pengendali PI

Resistor R6 digunakan sebagai pembatas arus masukan LED. Led ini memiliki batasan arus masukan antara 15 - 60 mA dan tegangan panjar maju kurang lebih 1,3V. Nilai resistor maksimum dicari dari pembagian tegangan keluaran pin mikrokontroler setelah dikurangi tegangan panjar maju LED dengan arus minimum yang diperlukan. Dirumuskan dengan :

R6maks =

mA Vfd Vcc

15

−

Menentukan nilai R6:

R6 =

MOC Iforward

MOC Vforward

Vcc

-I

R6 =

forward = 15 mA (datasheet MOC)

mA v v

15 5 , 1 12 −

R6 = 700 Ω

= 17,14 mA. Menentukan R1 :

Nilai resistor maksimal adalah 700 Ω sehingga didapatkan nilai IForward_MOC

Vin(pk) = 220 X 2 Vin(pk) = 311,12 Volt

R1 =

ax

I

pk Vin

m ) (

2 , 1

126 , 311

R1 =

R1 = 259,272 Ω

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan ditunjukkan hasil pengamatan dan pembahasan dari Uap Denagn Mengguanakan Pengendali roporsional Integral (PI). Pengujian dilakukan dengan cara memilih level tekanan ang sudah ditentukan melalui set point. Level tekanan 1 adalah tegangan 0,445

gangan 0,524 Volt.

Pengambilan data yang digunakan oleh penulis adalah dengan cara merekam inerja dari hardware yang diukur dengan multimeter digital berdasarkan selang

aktu yang telah ditentukan. Cara pengambilan data tersebut dilakukan agar didapatkan data yang akurat, sela selang waktu pengambilan data dipe

Plant

Pada Plant yang dibuat digunakan sebuah sensor tekanan yaitu Pressure Transmitter dengan tipe 8320 dari Burkert dengan rentang tekanan 0 sampai dengan 10 Bar. Sensor ini khusus digunakan sebagai sensor tekanan uap air.

Tegangan masukan yang dibutuhkan oleh piranti ini berkisar antara 10 Pengendali Tekanan pada Ketel

P y

Volt, level tekanan 2 adalah tegangan 0,486 Volt dan level tekanan yang ke 3 adalah te

k w

in itu apabila

rpendek maka data yang diperoleh akan lebih akurat lagi.

sangat mudah digunakan karena hanya mempunyai 2 kabel penghubung. Kelebihan lain dari sensor ini adalah dari segi ketahanannya terhadap suhu. Sensor ini tahan terhadap suhu -40 sampai +100οC.

Tekanan pada Boiler diatur sedemikian sehingga sesuai dengan nilai set point

yang diinginkan. Pada system ini jika tegangan keluaran dari Plant sama dengan gangan dari set point yang berarti error nol maka tekanan pada Boiler akan

n mendekati nilai set point maka suhu pada pemanas akan

tekanan yang diingin

buatan kontrol dari pengendali tekanan ini mengal

yaitu : te

dipertahankan. Semaki

semakin turun. Jika tegangan pada sensor tekanan lebih besar dari tegangan pada set point maka pemanas akan mati dan tekanan pada Boiler akan turun. Hal ini akan terus berlanjut hingga tekanan pada Boiler sesuai dengan level

kan.

4.2 Pengamatan dan Analisis

Pada bagian ini akan ditunjukkan pengamatan dan analisis dari sistem yang bekerja. Pada kenyataannya pem

ami beberapa kendala dan kesulitan, baik itu faktor dari luar atau faktor dari pengendali itu sendiri. Dalam tugas akhir ini hanya dapat diselesaikan sampai bagian

Plant saja, sedangkan bagian pengendali atau kontrol tekanan masih dalam pengerjaan dikarenakan mengalami beberapa kendala dan kesulitan sehingga belum didapatkan data yang diperlukan untuk analisa.

¾ Plant

¾ Pengendali tekanan Boiler dengan basis rangkaian PI

4.2.1 Analisa Plant

Analisis dari plant yang telah dibuat meliputi analisa Boiler, pemanas dan sensor tekanan yang digunakan. Plant yang dibuat untuk tugas akhir ini merupakan panci bertekananatau biasa disebut dengan istilah Boiler. Pada gambar 4. 1 ditunjukkan gambar dari boiler yang telah dibuat. Pemanas yang digunakan adalah kompor listrik dengan daya 600W.

Gambar 4. 1 Boiler

telah dilakukan pada Boiler maka dapat disimpulkan bahwa Plant dapat bekerja dengan baik dan lancar. Selain itu tegangan keluaran dari sensor juga sesuai dengan level tekanan pada Boiler.

4.2.2 Analisis Pengendali

Karena penguat proporsional integral merupakan gabungan dari penguat proporsional dan penguat integral maka penguat ini mempunyai dua mode yaitu mode P dan mode I. Dalam analisa meliputi rangkaian Proporsional, rangkaian Integral, set point, rangkaian deteksi error, PWM dan rangkaian Driver pemanas.

4.2.2.1 Analisis Set Point

linear, logaritmis) maka tegangan yang dihasilkan kurang ingga mengakibatkan kekacauan pada sistem kendali. Sehingga disarankan menggunaka nggunakan TriPort maka tegangan yang dihasilkan jauh lebih stabil dantidak akan mengacaukan kinerja system kendali.

Dalam percobaan yang dilakukan terhadap rangkaian setpoint terdapat kendala pada pemilihan jenis komponen yang digunakan. Dalam hal ini kendala yang dihadapi terdapat pada Potensiometer yang digunakan. Jika diguanakan

Potensiometer yang biasa ( stabil seh

4.2.2.2 Analisis Rangkaian Deteksi Error

dibuat dapat bekerja dengan baik. Percobaan terh

P

guat sederhana dengan menggunakan Op-Amp. Penguatan yang diinginkan pada rangkaian proporsional ini sebesar 2,85 kali.

.2.2.4 Analisis Rangkaian Integral

kaian pengendali integral terdap

umnya, diperoleh nilai konstanta waktu integral (Ti) = 100. Mengacu pada persamaan (2-3) :

Vout = K (0)

dengan Vout

Rangkaian deteksi error yang

adap rangkaian deteksi error dilakukan dengan mengurangkan dua tegangan yang dihasilkan dari rangkaian pembagi tegangan.

4.2.2.3 Analisis Rangkaian Proporsional

ercobaan terhadap rangkaian proporsional berjalan lancer. Hal ini dikarenakan rangkaian proporsional pada dasarnya merupakan rangkaian pen

4

Dalam percobaan yang dilakukan terhadap rang

at kendala pada pemilihan jenis komponen yang digunakan. Hal ini dispesifikasikan pada pemilihan komponen Resistor dan Kapasitor. Dari penyepadanan alat-alat kontrol PI yang dilakukan sebel

I

∫

+

t

Vout Vedt

0

KI = 1 1

1

(Integration gain) .C

R

i = RI . CI (waktu integral)

Vout (0) = initial output voltage

Pemilihan kombinasi komponen R dan C untuk mendapatkan hasil berupa konstanta T ternyata tidaklah mudah. Hal inilah yang menyebabkan keluaran dari pengendali Integral yang telah dibuat tidak sesuai dengan apa yang diharapkan.

nalisis PWM

telah dikerjakan berdasarkan perancangan. Dalam percobaan terhadap rangkaian dengan masukan berupa tegangan yang diubah-ubah didapatkan keluaran berupa pulsa-pulsa tegangan dengan periode tegangan yang berubah-ubah.

Setelah n ko g sesuai dengan perancangan sebelumnya maka dilakukan percobaan dengan menggabungkan rangkaian Proporsional,

yang dibutuhkan oleh Driver. Setelah dilakukan beberapa kali pergantian pada

T

Ve = error voltage

I I

I

4.2.2.5 A

Rangkaian PWM

digunaka mbinasi RI dan CI yan

kombinasi RI didapatkan tetap sama yaitu Driver tidak aktif. Karena h

dan CI ternyata hasil yang

al inilah maka tidak dapat dilakukan percobaan dengan menggunakan

BAB V

PENUTUP

.1

Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan pengamatan yang telah dilakukan, maka iperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Sistem yang dikerjakan tidak dapat berjalan sesuai dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan, yaitu menjaga kestabilan tekanan pada Boiler.

2. Nilai level tegangan yang diperoleh mengalami perbedaan yaitu pada perancangan diinginkan 12 Volt, tetapi hanya tercapai 11,85 Volt. Hal ini terjadi pada rangkaian Catu Daya.

3. Dengan menggun an berupa rangkaian Integral maka tidak diperlukan lagi rangkaian fset tegangan.

5.2.

Saran

aran bagi pengembangan penelitian ini untuk menuju ke arah yang lebi

n yang tepat sehingga didapatkan

ter yang tepat.

5

d

akan tambah

Of

Beberapa s

h baik dan sempurna diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Lakukan pemilihan kompone

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://www.Elektroindonesia.com.

[2] Ogata K, 1997, Teknik Kontrol Automatik, Erlangga, Yogyakarta. [3] Pakpahan S, 1994, Kontrol Otomatik, Erlangga, Jakarta.

[4] A.Muir Syamsir, 1986, Pesawat-pesawat Konversi Energi, Rajawali Pers, Jakarta.