22 BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Angin adalah udara yang bergerak karena adanya rotasi bumi dan tekanan udara. Angin bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah atau dari suhu rendah ke suhu tinggi. Ternyata angin juga salah satu energi yang tersedia di alam dan bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. Pembangkit listrik tenaga angin mengubah energi angin menjadi energi listrik melalui sebuah turbin angin. Berapa komponen utama penyusun pembangkit listrik tenaga angin meliputi: Turbin, generator, Beban.
Simulator pembangkit listrik tenaga bayu menganti beberapa komponen diatas untuk dapat membuat peracangan sistem simulator pembangkitnya. Motor DC berperan sebagai pengganti turbin yang dikopling dengan generator magnet permanen. Motor Dc digunakan sebagai penggerak awal generator, yang dihubungkan dengan pully dan V-belt. Dalam pemasangannya, motor DC dan generator masing-masing dilengkapi dengan pully yang disesuaikan dengan diameter motor DC dan generator, kemudian V-belt dipasang pada pully. Adapun pengganti angin yang menggerakkan turbin diwakili dengan perubahan kecepatan motor DC yang diatur melalui PWM.
Perancangan dan pembuatan sistem control kecepatan motor secara software yang digunakan sebagai pendukung dari hardware sistem yang diuji.
Selain itu software digunakan sebagai perantara antara computer dan hardware.
Sistem tersebut terdiri dari beberapa komponen yang dijelaskan pada (Gambar 3.1):
Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Sistem
REF LABVIEW NI-MYRIO DRIVE
MOTOR
PROXIMITY MOTOR
DC
GENERATOR DC
23 Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram sistem secara keseluruhan.
Selanjutnya cara kerja sistem dapat dijelaskan dengan : sinyal ref memberikan perintah ke software labview yang akan mengirimkan data ke NI Myrio 1990.
Labview berfungsi sebagai pengendali kecepatan putar dan pengereman Motor DC dengan membuat program dari blok diagram dan front panel di software ini. Data tersebut berupa tegangan yang akan digambarkan sebagai profil angin, dengan tegangan 0 – 75 V dengan kelipatan 5. NI Myrio 1990 digunakan sebagai penghubung ke driver motor DC agar motor DC dapat berputar. Proximity digunakan sebagai sensor kecepatan motor dan mengirimkan data ke NI Myrio yang nantinya akan menampilkan respon dari plant. Data akan diproses dan mikro akan berkomunikasi dengan DC driver untuk mendorong tegangan yang tepat dengan mengikuti profil angin yang diberikan. Turbin angin pada simulator ini digantikan perannya oleh motor DC yang akan mendorong generator permanen magnet untuk menghasilkan listrik. Kemudian inverter akan mengubah tegangan DC menjadi tengangan AC yang mampu meyalakan lampu.
1.1 Perancangan Sistem pada Labview
Pada Perancangan sistem pada labview hardware yang digunakan adalah myrio, adapun beberapa komponen pendukung untuk menguji alat didesain seperti proximity, drive motor, power supply. Pin myrio berjumlah 34 dan yang digunakan hanya 5 pin saja. Adapun pin myrio yang digunakan sebagai berikut:
a. PIN A27 dihubungkan ke PWM
b. PIN A28 dihubungan ke GND Digital PWM c. PIN A01 dihubungkan ke + proximity d. PIN A06 dihubungkan ke – proximity
e. PIN A22 dihubungkan ke Output data proximity 3.1.1 Perancangan Graphical Program Sistem
Pada Proses pengambilan data ini dilakukan menggunakan sistem kontrol PID yang dimana sistem tersebut digunakan untuk mengontrol kecepatan motor. Pada proses pengambilan datai ini data input yang diberikan pada motor DC adalah setpoint kecepatan motor yang telah dirancang. Perancangan setpoint yang dipakai untuk data
24 input dirancang menggunakan salah satu tools pada LabVIEW. Data output yang dipakai adalah data kecepatan motor yang didapat dari pembacaan sensor kecepatan pada motor DC. Pengujian dilakukan selama 1 detik dan setiap detik amplitudo signal setpoint akan berubah dengan sampling time 1 (milisecond) ms. Tujuan pemilihan time sampling 1 ms agar sesuai dengan aplikasi lain yang membutuhkan kontrol cepat seperti tekanan atau laju aliran (High-Speed Digital Controller).
Gambar 3.2 Graphical Program Pengujian Input-Output pada Labview
Gambar 3.4 tersebut menjelaskan tentang pengujian input sampai output pada labview yang terdiri dari beberapa proses. Proses pertama adalah proses initialitation yang hanya dijalankan sekali untuk proses awalan untuk mengatur program. Proses kedua yaitu main program, dimana terdapat loop case. Loop case disini berfungsi sebagai proses secara berulang-ulang dimana waktu yang dibutuhkan. Waktu samplingnya disini menggunakan timer yang telah disetting 1 ms. Lalu untuk program PWM (Pulse Width Modulation) diatas diatur
25 menggunakan slide. Batas slide yang digunakan mulai dari 0-1. Jadi perubahan tersebut digunakan sebagai duty cycle untuk mengatur lebar pulsa pada pwm.
3.1.2 Perancangan Tampilan Sistem Pada Labview
Pada perancangan tampilan sistem yang akan digunakan untuk menentukan kecepatan RPM motor ada beberapa input dan output. Di bagian input ada setpoint, duty cycle, pid, channel proximity.. Lalu pada bagian outputnya ada display grafik Kecepatan RPM, output range, count sensor. Adapun gambar display input-output seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3.3 Perancangan Front Panel pada Sistem
1.2 Pembacaan Proximity pada Motor DC
Pada proses pembacaan proximity pada kecepatan putaran motor DC dapat diperoleh melalui pembacaan pulse proximity yang terdapat pada motor DC tersebut. Tujuan pengujian encoder untuk mengetahui data kecepatan maksimal motor DC ketika diberikan input PWM 100%.
26 Gambar 3.4 Graphical Program Pembacaan Proximity pada Labview
Gambar 3.6 di atas menunjukan bahwa tampilan program untuk sistem yang akan digunakan untuk menentukan pembacaan RPM pada Motor DC.
Pada proses pembacaan diatas, hasil dari pembacaan sensor akan dikonversikan ke array namun nilainya masih tetap. Ketika pembacaan pada besi di motor terjadi true maka akan terjadi penambahan 1x namun Jika tejadi false maka akan tetap. Sehingga data yang dihasilkan akan membentuk berapa banyak putaran besi yang akan didapatkan. Hasil tersebut akan ditampilkan di count sensor dan nilai tersebut akan terus bertambah.
1.3 Langkah Perancangan
3.3.1. Menentukan Tegangan Driver Motor
Gambar 3.5 Diagram Blok Menentukan tegangan dengan Driver Motor
Pada Gambar 3.7 adalah proses pengujian menentukan tegangan dengan driver motor dari motor mulai dari 15% sampai 100%. Dengan dilakukannya pengujian tersebut kita bisa mengetahui output tegangan dari kecepatan motor. Adapun proses untuk
INPUT (AVO) PROSES
(MOTOR)
OUTPUT (DISPLAY)
27 pengambilan data input dilakukan dengan menggunakan avo meter dengan menghubungkan tanda + - ke arah outputan motor DC. Proses pengambilan tegangan dilakukan mulai dari 15% duty cycle karena motor mulai berputar di inputan tesebut.
3.3.2. Tunning Ziegler-Nichols 1
Metode ini digunakan sistem openloop dimana sistem diberi input step sehingga respon openloop terbentuk. Dari respon yang dihasilkan parameter Tunning Ziegler-Nichols 1 akan didapatkan
Gambar 3.6 Grafik Cara mendapatkan L dan T
Pada Gambar 3.8 didapatkan parameter L (delay) dan T (waktu) dengan setpoint 500. Dari gambar grafik tersebut didapatkan hasil : T = 45-7
T = 38 ms L = 7 ms.
Nilai parameter PID (Kp, Ti, dan Td) bisa dicari dengan menggunakan aturan perhitungan dari metode Ziegler Nichols I.
Tabel 3.1 Hasil Parameter PID untuk Metode Ziegler Nichols 1
Type Controller Kp Ki Kd
P 5.428 ∞ 0
PI 4.885 23.333 0
PID 6.514 14 3.5
28 3.3.3. Menentukan Kontroler P
Mengacu pada aturan tuning kontrol P pada metode Ziegler Nichols 1 untuk menentukan nilai Kp adalah:
Kp = T/L
= 38/7
= 5.428
3.3.4. Menentukan Kontroler PI
Mengacu pada aturan tuning kontrol PI pada metode Ziegler Nichols 1 untuk menentukan nilai Kp dan Ki adalah:
Kp = 0.9 (T/L)
= 0.9 (38/7)
= 4.885 Ki = L/0.3
= 7/0.3
= 23.333
3.3.5. Menentukan Kontroler PID
Mengacu pada aturan tuning kontrol PID pada metode Ziegler Nichols 1 untuk menentukan nilai Kp, Ki, Kd:
Kp = 1.2 (T/L)
= 1.2 (38/7)
= 6.514 Ki = 2L
= 2(7)
= 14 Kd = 0.5L
= 0.5(7)
= 3.5
29 1.4 Pembacaan PID pada Motor DC
Gambar 3.7 Graphical Program PID pada LABVIEW
Dari data yang telah didapatkan sebelumnya hasil dari kecepatan putaran motor DC akan di masukkan ke PID. Bagian PID terdiri dari output range, setpoint, PID Gain, reinitialize dan output PID (Gambar 3.9).
Gambar 3.8 Graphical Program PWM pada LABVIEW
Pwm diatas bertujuan untuk mencari kecepatan motor berdasarkan hasil yang telah didapatkan dari nilai PID (Gambar 3.10).
