Perancangan Sistem Three Element Control Pada Steam
Drum Menggunakan Controller PID Berbasis Neural
Network di PG. Modjopanggoong
SKRIPSI
Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
ACHMAD AMRY ZUMARO A’LAA 201610130311045
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2021
ii
ABSTRAK
Steam drum merupakan bagian yang sangat penting dalam proses
pembangkitan listrik tenaga uap. Pada steam drum terdapat level air yang harus dijaga agar tetap pada set point yang diinginkan. Pada Penelitian ini menawarkan suatu rancangan pengendalian sistem pada steam drum menggunakan Three
Element Control dan Proposional Integral Diferensial (PID) berbasis Neural
Network (NN) Sebagai metodenya. Pada pengujian simulasi sitem pengaturan level plant PID Neural Network memberikan nilai error terkecil dengan nilai
(Root Mean Squared Error) RMSE 0.5099 %. Kontroler Artificial Neural
Network (ANN) sebagai tuning PID terbukti dapat meredam disturbance berupa noice dan pembebanan (pressure) pada plant dengan baik tanpa harus mengalami overshoot untuk mepertahankan keadaan pada set point. Terbukti Nilai errror pada Artificial Neural Network (ANN) mencapai nilai 0 pada detik 110.
Kata kunci: Steam drum, Three Element Control, Proposional Integral Diferensial, Neural Network
iii
ABSTRACT
The steam drum is a very important part of the steam power generation process. In the steam drum, there is a water level that must be kept at the desired set point. This research offers a system control design on a steam drum using Three Element Control and Proposional Integral Differential (PID) based on Neural Network (NN) as the method. In the simulation test, the PID Neural Network plant level setting system gives the smallest error value with RMSE (Root Mean Squared Error) value 0.5099% Artificial Neural Network (ANN) controller as PID tuning is proven to be able to reduce disturbance in the form of noice and load (pressure) on the plant properly. without having to experience overshoot to maintain the situation at the set point. It is proven that the error value on the Artificial Neural Network (ANN) reaches a value of 0 at 110 seconds.
Keywords: Steam drum, Three Element Control, Proposional Integral
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN
Bismillah, segala puji syukur saya panjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta'ala atas rahmat dan hidayah-Nya telah memberikan saya kekuatan dan membekali dengan ilmu sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Sholawat dan salam selalu terlimpahkan kepada Nabi Muhammad Shalallahu 'Alaihi Wassalam. Dalam proses penyusunan skripsi ini saya tidak terlepas dari berbagai pihak yang senantiasa memberikan dukungan, bimbingan, bantuan dan do’a sehingga saya dapat menyelesaikan dengan baik. Pada kesempatan yang berharga ini, tak lupa saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Orang tua saya Ibu Nur Fadillah yang selalu memberikan do’a, dukungan, dan semangat tiada henti.
2. Bapak Ir. Muhammad Irfan, MT. dan Bapak Novendra Setyawan, ST., MT yang telah mendukung, meluangkan banyak waktu, tenaga, dan pikiran untuk membimbing saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T dan Bapak Khusnul Hidayat, S.T., M.T. selaku penguji yang telah meluangkan waktunya memberikan masukan, saran, dan kritik yang membangun sehingga penyusunan skripsi ini berjalan dengan baik.
4. Ketua Program Studi Teknik Elektro Bapak Zulfatman, M.Eng., Ph.D. dan Sekertaris Program Studi Teknik Elektro Bapak Widianto, S.T., M.T. beserta seluruh staf Program Studi Teknik Elektro
5. Dekan Fakultas Teknik Elektro Bapak Dr. Ir. Ahmad Mubin, M.T. dan seluruh jajaran dekanat serta keluarga besar Universitas Muhammadiyah Malang.
6. Dosen Wali Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T. yang selalu memberikan dukungan dan motivasi kepada keluarga Teknik Elektro A 2016.
7. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu selama proses studi.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala Nikmat-Nya, Rahmat-Nikmat-Nya, serta Hidayah-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada Rasulullah Muhammad Shalallahu 'Alaihi Wassalam. Atas kehendak dan karunia Allah penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul:
“Perancangan Sistem Three Element Control Pada Steam Drum Menggunakan Controller PID Berbasis Neural Network di PG.
Modjopanggoong”
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis berharap skripsi ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan utamanya dalam bidang sistem tenaga listrik.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun, agar kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila terdapat kesalahan dalam penulisan baik yang sengaja maupun tidak disengaja.
Malang, Maret 2021
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR PERNYATAAN COVER ...i ABSTRAK ...ii ABSTRACK...iiiLEMBAR PERSEMBAHAN ...iv
KATA PENGANTAR ...v
DAFTAR ISI ...vi
DAFTAR GAMBAR ...viii
GAMBAR TABEL ...ix
BAB I PENDAHULUAN ...1 1.1. Latar Belakang ...1 1.2. Rumusan Masalah ...3 1.3. Tujuan Penelitian ...3 1.4. Batasan Masalah ...3 1.5. Manfaat ...3 1.6. Sistematika Penulisan ...4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...5
2.1. Kendali PID (Proportional Integral Derivative) ...5
2.1.1 Sistem Kendali PID ...5
2.1.2 Cara Mentuning Manual Parameter PID ...5
2.2. Steam Drum ...6
2.3. Konsep Dasar Pemodelan Jaringan Syaraf Tiruan ...6
2.3.1. Karakteristik Jaringan syaraf tiruan ...9
2.3.2. Arsitektur Jaringan syaraf tiruan ...9
2.3.3. Algoritma Belajar (Learning Algorithm) ...10
2.4. Identifikasi Sistem dengan Jaringan Syaraf Tiruan ...12
vii
2.6. Direct Inverse Control ...17
2.7. Definisi Penggolongan Respon Transient ...19
2.8. Perancangan Kontroler ...20
2.9. Persamaan Matematis Steam Drum ...22
BAB III METODE PENELITIAN ...26
3.1. Alur Pengerjaan Penelitian ...26
3.2. Pemodelan Matematis Level steam drum ...27
3.3. Flowchart Neural Network ...28
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...29
4.1. Simulasi Sistem Menggunakan Kontrol PID ...29
4.2. Respon Sistem Pengaturan Level Dengan Kontroler PID Neural Network 30 4.3. Simulasi Sistem Pengaturan Level Dengan Diberi Beban ...33
4.4. Simulasi Sistem Pengaturan Level Dengan Diberi Noise ...35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...36
5.1. Kesimpulan ...36
5.2. Saran ...36
DAFTAR PUSTAKA ...37 LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blog diagram sistem kendali PID...5
Gambar 2.2 Steam drum ...6
Gambar 2.3 Struktur Sel Saraf Manusia ...7
Gambar 2.4 Model Tiruan Sebuah Neuron ...7
Gambar 2.5 Kurva output fungsi linear Sigmoid ...8
Gambar 2.6 Kurva output fungsi sigmoid ...8
Gambar 2.7 kurva output fungsi tangent hiperbolik ...8
Gambar 2.8 Arsitektur Jaringan Layer Tunggal ...10
Gambar 2.9 Arsitektur Jaringan Multi Layer ...10
Gambar 2.10 Diagram Pelatihan JST ...11
Gambar 2.11 NNARX model ...13
Gambar 2.12 NNOE model ...13
Gambar 2.13 Flowchart Prosedur Identifikasi JST ...14
Gambar 2.14 Direct Control System ...16
Gambar 2.15 Indirect Control System ...17
Gambar 2.16 Direct Inverse Control ...18
Gambar 2.17 Grafik Respon Transient ...19
Gambar 2.18 Diagram Blok PID-Neural Network ...21
Gambar 2.19 Struktur Neural Network untuk autotuning PID ...22
Gambar 3.1 Flowchart Pengerjaan Tugas Akhir ...26
Gambar 3.2 Flowchart Neural Network...28
Gambar 4.1 Simulasi Sistem Menggunakan Kontrol PID ...29
Gambar 4.2 Respon sistem pengaturan level dengan kontroler PID-NN ...30
Gambar 4.3 Perubahan parameter kontroler keluaran Neural Network ...31
Gambar 4.4 Nilai Error Pada Artificial Neural Network (ANN) ...31
Gambar 4.5 Perbandingan PID Neural Network (ANN) dan Kontrol PID ...32
Gambar 4.6 Simulasi Sistem Pengaturan Level Dengan Diberi Beban ...33
Gambar 4.7 Simulasi Sistem Pengaturan Level Dengan Variasi Set Point ...34
ix
DAFTAR TABEL
37
DAFTAR PUSTAKA
[1] Mahadiyan, Dwi WH. 2015. Perancangan SCADA pada mini Plant Proses Pengendalian Level. IncomTech, Jurnal Telekomunikasi dan Komputer. 6(2) : 161-172.
[2] Abdurrahman W. 2010. Perancangan Sistem Pengendalian Level dan Interloc Steam drum dengan Dua Elemen Kontrol di PT . Indonesia Power Ubp Sub Unit Perak :1-10.
[3] Romadhon. 2016. “Perancangan Three Element Control Pada Tangki Tertutup Dengan Metode Pengendalian Feedback – Feedforward Menggunakan Scada.” 33–38.
[4] Oktakaisar, A., Suprijono, H., Dian, U., Udinus, N., Nakula, J. 2015. Perancangan Sistem Pemodelan Kontrol Level Air Steam drum Berbasis Jaringan Syaraf Tiruan . Pe. 1–6.
[5] Qashmal, Rheza. 2016. Desain Autotuning Kontroler PID Berbasis Algoritma Neural-Network Untuk Sistem Pengaturan Cascadelevel Dan Flow Liquid Pada Plant Coupled Tank. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[6] Aris, Sofidul. 2010. Perancangan Sistem Pengendalian Level Dengan Jaringan Syaraf Tiruan Pada Steam drum Boiler B-1102 di PT. Petrokimia Gresik. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[7] Gunawan. 2018. Penerapan Tuning PID pada Sistem Pengendalian Suhu di Industri dengan Bantuan Simulasi MATLAB.
[8] Salim, Agus. 2015. Implementasi Metode Hybrid Artificial Neural Network (ANN) – PID Untuk Perbaikan Proses Berjalan Pada Prototype Robot Material Handling. Jurnal Ilmiah Mikrotek Vol. 1, No.3
[9] Romadhon, Affan Taufikur 2019. Perancangan Three Element Control Pada Tangki Tertutup Dengan Metode PengendaliannFeedback Feedforward Menggunakan Scada.
[10] Arindya, Radita. 2017. Penalaan Kendali Pid Untuk Pengendali Proses. Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO & D3 TEKNIK ELEKTRONIKA
Jl. Raya Tlogomas 246 Malang 65144 Telp. 0341 - 464318 Ext. 129, Fax. 0341 - 460782
FORM CEK PLAGIASI LAPORAN TUGAS AKHIR
Nama Mahasiswa : Achmad Amry Zumaro A’laa NIM : 201610130311045
Judul TA : Perancangan Sistem Three Element Control Pada Steam Drum Menggunakan Controller PID Berbasis Neural Network di PG. Modjopanggoong
Hasil Cek Plagiarisme dengan Turnitin
No. Komponen Pengecekan Nilai Maksimal Plagiasi (%)
Hasil Cek Plagiasi (%) *
1. Bab 1 – Pendahuluan 10 % 8 %
2. Bab 2 – Studi Pustaka 25 % 22 %
3. Bab 3 – Metodelogi Penelitian 35 % 28 %
4. Bab 4 – Pengujian dan Analisis 15 % 7 %
5. Bab 5 – Kesimpulan dan Saran 5 % 0 %
6. Publikasi Tugas Akhir 20 % 16 %
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,
(Muhammad Irfan, MT.) (Novendra Setyawan, ST., MT)
