Perancangan Miniatur Sistem Kendali dan Monitoring Suhu Tangki Berpengaduk Menggunakan PLC dan LabVIEW dengan Metode Fuzzy Mamdani

Lampiran 1. Flow Chart PLC Ladder Diagram Mulai X0==1 atau D0==1 Indikator, Motor dan Pemanas Air Menyala Baca Input (X) Baca Nilai Sensor RTD Jika Suhu>60 Pemanas Air Padam Jika Suhu<55 Pemanas Air Menyala X1==1 atau D1==1

Indikator Y3 OFF, Motor dan Pemanas

Air Padam

Kendali dari PC D4==1 Ya Tidak Pemanas Air Menyala Jika D3==0 Pemanas Air Padam

Baca nilai D2

Bangkitkan signal PWM dari D2

Kirimkan nilai PWM ke DAC

Tidak Tidak Ya Ya Ya Ya Ya Tidak _Tidak Tidak Indikator Y3 ON If Y3==1 Ya Tidak A A B B B

55 L ampi ra n 2 . G ra fik P er u ba ha n S uhu T e rha da p K ec ep a ta n M o tor da n P e m an a s A ir

0 10 20 30 40 50 60 70

1 52 103 154 205 256 307 358 409 460 511 562 613 664 715 766 817 868 919 970 1021 1072 1123 1174 1225 1276 1327 1378 1429 1480 1531 1582 1633 1684 1735 1786 1837 1888 1939 1990 2041 2092 2143 2194 2245 2296 2347 2398 2449 2500 2551 2602 2653 2704 2755 2806

PWM & Suhu (°C)

W akt u (S )

Gra

fik P

eru

ba

ha

n S

uh

u T

erh

ad

ap

Ke

cep

ata

n M

oto

r d

an

Pe

m

an

as A

ir

RT D_ Atas RT D_ Ba wah Dif fer en tial Sp ee d He at er

53

DAFTAR PUSTAKA

[1] Alok, Vishal Kumar dan Goel Ajay. 2011.“To Study the Different Industrial Application of PLC through Ladder Diagrams”.Department of Electronics and Communication Engineering National Institute of Technology Rourkela, Rourkela.

[2] Hamdani (2008): ”Aplikasi Smart System Pada Gedung Perkantoran Dengan Menggunakan PLC FX0S-30MR-ES”,Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, Medan.

[3] Setiawan, Iwan. 2006. “Programmable Logic Controller dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol”.Penerbit Andi, Yogyakarta.

[4] Wikipedia. Resistance Thermometer.

https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer 4 Juni 2015 [5] PT100-Platinum Resistance Temperature.

http://www.vcc2gnd.com/2014/04/pt100-platinum-resistance-temperature.html 24 April 2015

[6] SubhransuPadhee, Yaduvir Singh. 2011. “Data Logging and Supervisory Control of Process Using LabVIEW”,Proc. of the IEEE Students Tech. [7] Warsih .2009.“Implementasi LabVIEW 8.2 Pada Pengaturan Mesin AC (Air

Conditioner) Berbasis Sensor PIR 325”, Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang.

[8] Aleksandrov, Slobodan. 2011. “Mechatronic System Control Based On SCADA System, OPC Server and LabVIEW”. Department of Control Systems Faculty of Electronic Engineering University of Nis.

[9] Wikipedia. OPC (OLE_for_Proccess_Controll) Open Platform Communications.

https://en.wikipedia.org/wiki/Open_Platform_Communications 1 Mei 2015 [10] Kusumadewi, Sri dan Hari Purnomo. 2004.“Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pendukung Keputusan”. Penerbit Graha Ilmu. Edisi I Cetakan Pertama, Yogyakarta.

PERANCANGAN SISTEM KENDALI

3.1. Umum

Dalam penerapan aplikasinya, sistem ini dirancang agar dapat bekerja secara standalone atau dapat bekerja secara tersendiri, hal ini disebabkan apabila PC mengalami system error maka seluruh sistem tidak akan mengalami kerusakan. Dalam keadaan ini PLC akan mempertahankan sistem kerjanya secara tersendiri. Namun dalam penggunaannya sistem ini sangat membutuhkan PC karena digunakan sebagai media penyimpanan data yang memiliki kapasitas penyimpanan yang besar namun terbatas kepada besar memori penyimpanan harddisk.

Dalam hal ini Data logger sangat dibutuhkan untuk mengetahui keadaan yang terjadi pada sistem tangki berpengaduk untuk waktu yang sedang berjalan maupun waktu yang sudah berlalu. Sehingga dapat dijadikan sebagai acuan untuk melakukan maintenance terhadap alat maupun hal-hal lainnya. Data diproses melalui LabVIEW dan disimpan menjadi data logger dengan aplikasi penyimpanan menggunakan Microsoft Excel.

Karena pemanasan yang tidak merata pada seluruh bagian tangki maka terjadi ketidak seimbangan pada suhu cairan atau dengan kata lain suhu cairan belum homogen, maka dibutuhkan pengaduk yang dapat dikendalikan kecepatannya sehingga dapat mempercepat proses homogen pada cairan namun tetap memberikan penggunaan daya yang efisien. Oleh karena itu LabVIEW juga dapat dijadikan sebagai monitoring dan kendali yang menambahkan sistem fuzzy dengan metode Mamdani sebagai pengendali kecepatan putaran motor terhadap besar perbedaan suhu cairan. Kecepatan putaran motor dapat dikendalikan dengan

26 memberikan nilai perubahan duty cycle atau dengan kata lain pulse width

modulation (PWM) kepada driver motor sehingga dapat mengubah nilai digital

menjadi nilai analog yang mempengaruhi kecepatan putaran motor.

Oleh karena itu terdapat dua buah program diantaranya adalah program yang terdapat pada PLC berupa ladder diagram yang hanya difungsikan sebagai kendali dan program yang terdapat pada LabVIEW yang difungsikan sebagai sistem kendali, monitoring serta data logger.

Pada aplikasinya sistem ini membutuhkan beberapa tahapan dalam pembuatannya yakni mulai dari hardware atau miniatur tangkinya kemudian bagian

electrical hingga pada bagian software untuk memonitoring maupun pengendalian

menggunakan sistem fuzzy dengan metode Mamdani.

3.2. Perancangan Sistem Kendali Tangki Berpengaduk

PLC dalam hal ini difungsikan sebagai pengendali dari sistem tangki berpengaduk. Dengan menggunakan perangkat tambahan berupa modul analog input dan RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter untuk membaca nilai perubahan suhu yang terjadi pada sensor RTD PT100. Kemudian dengan perangkat keluaran berupa pemanas air untuk meningkatkan suhu air pada tangki serta motor DC sebagai pengaduk air agar suhu air pada tangki berpengaduk menjadi homogen. Pada gambar 3.1 menunjukkan blok diagram yang digunakan untuk memberikan gambaran perancangan alat.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Kendali Suhu Tangki Berpengaduk

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem LabVIEW

Bahwa pada gambar di atas terdapat beberapa komponen tambahan yang dibutuhkan untuk dapat menjalankan sistem tangki berpengaduk. Dari bentuk perancangannya pada gambar 3.3 di bawah ini menunjukkan gambar rangkaian dari sistem tangki berpengaduk.

28

Gambar 3.3 Gambar Rangkaian Sistem Tangki Berpengaduk

3.3. Perancangan Miniatur Tangki Berpengaduk

Tangki berpengaduk dirancang dengan menggunakan wadah plastik tabung berukuran diameter ± 18 cm pada bagian atas dan ± 16 cm pada bagian bawah wadah plastik, dengan ketinggian ± 24 cm. Terpasang dua buah sensor suhu RTD PT100 yang diletakkan bersebrangan, satu buah sensor suhu pada bagian bawah ± 5 cm dari dasar air dan satu buah lagi terpasang pada bagian atas ± 5 cm dari permukaan air. Hal ini memberikan kesamaan jarak pembacaan antara dasar air dengan permukaan air.

Kemudian dipasang satu buah pemanas air yang terletak antara sensor suhu bagian atas dan bagian bawah, yakni ± 5,5 cm diantara kedua sensor suhu dengan pemanas air.

Motor DC digunakan sebagai pengaduk air yang bertujuan untuk membuat suhu air menjadi homogen atau dengan kata lain suhu air merata pada setiap bagiannya. Motor DC dipasangkan dengan batang aluminium sebagai as untuk pengaduknya dengan ketebalan aluminium ± 0,5 cm. Kemudian pada bagian ujungnya terpasang blade yang merupakan fan dari PC, hal ini digunakan karena mempermudah dalam pembuatan alat pengaduk. Dengan 7 buah blade dan dengan diameter ± 12 cm ketebalan ± 2 cm dipasang pada bagian bawah wadah air yakni tepatnya dibawah dari sensor suhu pada bagian bawah. Hal ini ditujuankan untuk menghindari dari kerusakan sensor akibat putaran yang dihasilkan motor dan diletakkan pada bagian bawah agar putaran air dapat berputar dengan merata. Gambar 3.4 di bawah ini menunjukkan gambar rancangan dari miniatur sistem tangki berpengaduk yang digunakan.

30

3.4. Resistance to Voltage Converter

Sensor suhu RTD PT100 akan mengalami perubahan nilai hambatan yang sebanding dengan perubahan nilai suhu. Jika sensor RTD PT100 mengalami peningkatan suhu maka nilai resistansi juga akan bertambah. Hal ini tidak sesuai dengan modulAnalog to Digital Converter(ADC) yang dihubungkan dengan PLC. Oleh karena itu maka dibutuhkan converteryang dapat mengubah nilai resistansi menjadi nilai tegangan yang berbanding lurus. Konversi ini ditunjukkan pada gambar 3.5 di bawah ini :

Gambar 3.5 Grafik perubahan nilai resistansi terhadap tegangan

3.5. Analog to Digital Converter(ADC)

Perubahan yang terjadi pada setiap sensor analog merupakan perubahan nilai tegangan maupun nilai arus yang biasanya berkisar antara 0-5V atau 0-10V untuk pembacaan nilai tegangan dan antara 4-20mA untuk pembacaan nilai arus. Perubahan nilai analog yang terjadi akan dikonversi menjadi nilai digital yang berkisar antara 0-4096. Nilai digital ini yang akan merepresentasikan nilai suhu terbaca terhadap resistansi dan dikonversi menjadi tegangan kemudian dikonversi kembali menjadi nilai digital yang kemudian dilakukan kalibrasi dengan memberikan persamaan yang dapat merepresentasikan nilai digital ke dalam besaran suhu. Gambar 3.6 di bawah ini menunjukkan perubahan nilai digital

V

ol

ta

g

e

Resistance 0

5V

terhadap nilai tegangan yang terdapat pada proses ADC.

Gambar 3.6 Grafik perubahan nilai tegangan terhadap nilai digital

3.6. Digital to Analog Converter(DAC)

Pada pengaturan sistem kendali kecepatan putaran motor membutuhkan nilai analog yang digunakan untuk memberikan nilai tegangan yang tidak konstan terhadap motor. Perubahan nilai tegangan ini yang membutuhkan modul DAC yang dapat mengubah nilai digital menjadi nilai analog. Hal ini ditunjukkan pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Grafik perubahan nilai digital terhadap nilai tegangan

Modul DAC ini tidak menggunakan modul dari vendor Mitsubishi disebabkan karena :

1. Keterbatasanresourcedari Laboratorium. 2. Harga yang relatif lebih mahal.

A

D

C

V

al

u

e

Voltage

0 _5V

4096

12V

V

ol

tage

Digital Value

32 Modul DAC ini dirancang menggunakan IC DAC0808 dengan tambahan IC LM324 sebagai penguat pada keluaran DAC0808 dan IC CD4094 sebagai shift

register pada bagian masukan digital. Pada bagian masukan shift register

ditambahkan optocoupler sebagai isolasi tegangan antara PLC dengan modul DAC. Kemudian dengan menambahkan driver motor L298N pada bagian keluaran modul DAC sehingga modul ini dapat digunakan untuk menggerakkan motor DC dengan maksimal arus kerja sebesar 2A dengan tegangan kerja 12V.

Prinsip kerjanya adalah PLC mengkonversi nilai desimal menjadi biner, kemudian nilai biner tersebut menjadi data serial yang diikuti dengan signal clock. Selanjutnya jika data 8 bit sudah dikirimkan beserta dengan clock, maka signal

strobe akan diaktifkan untuk mengeluarkan nilai biner dari storage shift register

menuju output shift register kemudian logika biner tersebut akan menjadi masukan

digital DAC0808.

3.7. Keluaran Digital dan Analog

Pada perancangannya sistem kendali suhu tangki berpengaduk ini menggunakan satu buah output dengan kendali digital yang digunakan untuk mengendalikan penyalaan heater atau pemanas air dan menggunakan satu buah

output dengan kendali analog yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan

putaran motor.

Output dengan kendali digital memberikan nilai keluaran tegangan sebesar

24 VDC. Oleh karena hal tersebut, maka dipasang sebuah relay 24 V yang dapat menyalakan pemanas air dengan tegangan kerja 220 VAC terpasang pada contact relay tersebut. Sedangkan output dengan kendali analog diproses dengan memberikan keluaran digtal yang dikirimkan berupa logika biner dengan cara seri

atau berurutan kemudian logika biner tersebut akan dikeluarkan secara bersamaan agar dapat menjadi signal masukan DAC0808 kemudian output DAC0808 dengan tambahan penguat akan memberikan nilai tegangan yang menjadi nilai analog atau PWM yang akan diteruskan ke driver motor L298 untuk dapat menggerakkan motor DC.

3.8. Sistem Komunikasi Data

Hubungan antara PLC dengan Komputer menggunakan Serial Communication yang memanfaatkan Connector Serial to USB SC09. Melalui NI

OPC Server komunikasi ini akan terbentuk hanya dengan membuat shared variable yang dapat dibuat dengan menentukan tipe data dan client access. LabVIEW secara khusus dapat terhubung dengan NI OPC Server melalui shared variable engine yang tersedia pada pengaturan LabVIEW kemudian data akan disinkronkan secara berkala oleh NI OPC Server dalam setiap kurun waktu. Gambar 3.8 menunjukkan variabel yang dapat diakses untuk berhubungan dengan PLC.

34

Gambar 3.8 NI OPC Server Shared Variable Data

3.9. Perancangan Fuzzy Inference System dengan Metode Mamdani

Fuzzy Inference System dengan metode Mamdani merupakan sistem kendali

yang digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor. Sistem kendali menggunakan fuzzy ini dibuat dengan menggunakan toolbox yang dimiliki oleh LabVIEW yakni Fuzzy System Designer. Namun dalam tahapannya logika Fuzzy dalam sistem ini diperlukan 4 tahapan diantaranya :

1. Pembentukan Himpunan Fuzzy (Fuzzifikasi)

Pada sistem kendali kecepatan motor mengacu kepada perubahan nilai suhu yang terdapat dua variabel input dengan perubahan nilai suhu dan terdapat satu buah output untuk pengaturan kecepatan motor menggunakan PWM.

Fungsi keanggotaan untuk masing-masing input dan output dari kendali kecepatan motor ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.9 Fungsi keanggotaan masukan

Gambar 3.10 Fungsi keanggotaan keluaran

2. Pembentukan Basis Pengetahuan Fuzzy (Rule Fuzzy)

Pada pembentukan basis pengetahuan fuzzy didapatkan 25 kombinasi dari 5 variabel suhu untuk 2 buah input. 25 aturan tersebut adalah sebagai berikut :

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

µ

[x

]

Suhu (°C)

RTD

Dingin Normal Hangat Panas Sangat Panas

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

µ

[x

]

PWM

Speed

36 [R1] IF‘RTD_Bottom’IS‘Dingin’AND‘RTD_Up’IS‘Dingin’THEN

‘Motor’IS‘Very_Slow’

[R2] IF‘RTD_Bottom’IS‘Dingin’AND‘RTD_Up’IS‘Normal’THEN ‘Motor’IS‘Slow’

[R3] IF‘RTD_Bottom’IS‘Dingin’AND‘RTD_Up’IS‘Hangat’THEN ‘Motor’IS‘Medium’

[R4] IF‘RTD_Bottom’IS‘Dingin’AND‘RTD_Up’IS‘Panas’THEN ‘Motor’IS‘Fast’

[R5] IF‘RTD_Bottom’IS‘Dingin’AND‘RTD_Up’IS‘Sangat Panas’ THEN‘Motor’IS‘Very_Fast’

[R6] IF‘RTD_Bottom’IS‘Normal’AND‘RTD_Up’IS‘Dingin’THEN ‘Motor’IS‘Slow’

[R7] IF‘RTD_Bottom’IS‘Normal’AND‘RTD_Up’IS‘Normal’THEN ‘Motor’IS‘Very_Slow’

[R8] IF‘RTD_Bottom’IS‘Normal’AND‘RTD_Up’IS‘Hangat’THEN ‘Motor’IS‘Slow’

[R9] IF‘RTD_Bottom’IS‘Normal’AND‘RTD_Up’IS‘Panas’THEN ‘Motor’IS‘Medium’

[R10] IF‘RTD_Bottom’IS‘Normal’AND‘RTD_Up’IS‘Sangat Panas’ THEN‘Motor’IS‘Fast’

[R11] IF‘RTD_Bottom’IS‘Hangat’AND‘RTD_Up’IS‘Dingin’THEN ‘Motor’IS‘Medium’

[R12] IF‘RTD_Bottom’IS‘Hangat’AND‘RTD_Up’IS‘Normal’THEN ‘Motor’IS‘Slow’

‘Motor’IS‘Very_Slow’

[R14] IF‘RTD_Bottom’IS‘Hangat’AND‘RTD_Up’IS‘Panas’THEN ‘Motor’IS‘Slow’

[R15] IF‘RTD_Bottom’IS‘Hangat’AND‘RTD_Up’IS‘Sangat Panas’ THEN‘Motor’IS‘Medium’

[R16] IF‘RTD_Bottom’IS‘Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Dingin’THEN ‘Motor’IS‘Fast’

[R17] IF‘RTD_Bottom’IS‘Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Normal’THEN ‘Motor’IS‘Medium’

[R18] IF‘RTD_Bottom’IS‘Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Hangat’THEN ‘Motor’IS‘Slow’

[R19] IF‘RTD_Bottom’IS‘Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Panas’THEN ‘Motor’IS‘Very_Slow’

[R20] IF‘RTD_Bottom’IS‘Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Sangat Panas’ THEN‘Motor’IS‘Slow’

[R21] IF‘RTD_Bottom’IS‘Sangat Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Dingin’ THEN‘Motor’IS‘Very_Fast’

[R22] IF‘RTD_Bottom’IS‘Sangat Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Normal’ THEN‘Motor’IS‘Fast’

[R23] IF‘RTD_Bottom’IS‘Sangat Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Hangat’ THEN‘Motor’IS‘Medium’

[R24] IF‘RTD_Bottom’IS‘Sangat Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Panas’ THEN‘Motor’IS‘Slow’

[R25] IF‘RTD_Bottom’IS‘Sangat Panas’AND‘RTD_Up’IS‘Sangat Panas’THEN‘Motor’IS‘Very_Slow’

38 Dari 25 aturan tersebut dapat dijelaskan dalam bentuk tabel 3.1 di bawah ini :

Tabel 3.1 Aturan-aturan fuzzy

D N H P SP

D VS S M F VF

N S VS S M F

H M S VS S M

P F M S VS S

SP VF F M S VS

3. Aplikasi Fungsi Implikasi

Dalam basis pengetahuan fuzzy, setiap rule selalu berhubungan dengan relasi fuzzy. Bentuk umum dari aturan yang digunakan dalam fungsi implikasi adalah sebagai berikut :

IF x is A THEN y is B

dengan x dan y adalah skalar, A dan B adalah himpunan fuzzy. Proposisi yang mengikuti IF disebut sebagai anteseden, sedangkan proposisi yang mengikuti THEN disebut sebagai konsekuen. Fungsi implikasi yang digunakan pada tugas akhir ini adalah Min (minimum) - AND dan komposisi antar aturan menggunakan fungsi MAX - Product. Oleh karena itu bentuk umum dari aturan fungsi implikasi dapat dituliskan sebagai berikut :

IF (x is A1) AND (y is B1) THEN (z is C1)

Gambar 3.11 menjelaskan tentang fungsi implikasi MIN–AND dan komposisi antar-rule menggunakan fungsi MAX–Product yang sudah sesuai

Gambar 3.11 Aplikasi fungsi implikasi MIN dan komposisi antar-rule menggunakan fungsi MAX

4. Penegasan (Defuzzifikasi)

Input dari proses defuzzifikasi ini adalah suatu himpunan fuzzy yang

diperoleh dari komposisi aturan-aturan fuzzy, sedangkan output yang dihasilkan merupakan suatu bilangan tegas (crisp output). Pada tahap ini metode defuzzifikasi yang digunakan adalah Centroid atau Center of Area (CoA) yang merupakan solusi crisp yang diperoleh dengan cara mengambil titik pusat (z*) daerah fuzzy. Secara umum dirumuskan sebagai berikut :

∗₌ ( )

BAB IV

IMPELEMENTASI DAN PENGUJIAN

4.1. Parameter Asumsi OPC Server

Agar dapat melakukan komunikasi antara PLC dengan LabVIEW dibutuhkan OPC Server sebagai perantara yang digunakan untuk mendeklarasikan setiap shared variable. Hal ini dapat memberikan nilai yang terdapat pada PLC sehingga dapat diakses oleh PC melalui OPC Server. Parameter-parameter asumsi yang digunakan pada sistem kendali suhu tangki berpengaduk ditunjukkan pada tabel 4.1 di bawah ini :

Tabel 4.1 Parameter Asumsi Shared Variable OPC Server

Tag Name Address

Clock Y000

Data Y001

Strobe Y002

Heater Y003

PWM Shift D0001

Start D0020 / X000

Stop D0021 / X001

PWM D0022

Heater Condition D0023

Control Fuzzy D0024

Sensor RTD Atas D0110

Sensor RTD Bawah D0112

Dari tabel 4.1 di atas menyatakan bahwa ada beberapa variabel yang masing-masing memiliki fungsi yang berbeda seperti Control Fuzzy digunakan untuk memberikan signal kepada PLC bahwa kendali diberikan oleh PC atau LabVIEW.

4.2. Grafik Hubungan Antara Input Suhu dengan Output Kecepatan Motor

Hubungan output kecepatan motor dipengaruhi oleh perbedaan input suhu antara sensor RTD bagian atas dengan sensor RTD bagian bawah. Jika perbedaan antara sensor RTD bagian atas dengan sensor RTD bagian bawah mengalami perbedaan yang sangat sedikit maka kecepatan putaran motor akan mendekati nilai 0 atau dengan kata lain motor akan berhenti akibat suhu cairan dinyatakan sudah mendekati homogen. Apabila perbedaan antara sensor RTD bagian atas dan sensor RTD bagian bawah mengalami perbedaan yang cukup besar maka kecepatan putaran motor akan semakin besar atau meningkat. Hal ini ditunjukkan pada gambar 4.1 dan gambar 4.2 yakni sebagai berikut :

Gambar 4.1 Grafik Defuzzifikasi hubungan input suhu dengan output PWM

Dari gambar 4.1 di atas menunjukkan bahwa grafik defuzzifikasi hubungan antara input suhu dengan output PWM akan mendapatkan kecepatan putaran motor sebesar 92.244705 dengan nilai suhu RTD bagian bawah adalah 30ºC dan nilai suhu RTD bagian atas adalah 75ºC atau dengan kata lain terjadi perbedaan suhu sebesar 45ºC.

42

Gambar 4.2 Grafik Defuzzifikasi hubungan input suhu dengan output PWM

Dari gambar 4.2 di atas menunjukkan bahwa grafik defuzzifikasi hubungan antara input suhu dengan output PWM akan mendapatkan kecepatan putaran motor sebesar 3.8126 duty cycle dengan pembulatan nilai menjadi 3 duty cycle dengan nilai suhu RTD bagian bawah adalah 50ºC dan nilai suhu RTD bagian atas adalah 50ºC atau dengan kata lain suhu air sudah homogen dan kecepatan putaran motor sangat rendah.

4.3. Analisis Hasil Pengujian Sensor RTD

Pada pembacaan sensor RTD nilai yang terbaca masih merupakan nilai ADC, maka perlu dilakukan kalibrasi sensor suhu RTD untuk mendapatkan nilai suhu sebenarnya. Kemudian perlu dilakukan pengujian keakuratan terhadap hasil kalibrasi kedua sensor RTD terhadap thermometer digital.

4.3.1 Kalibrasi Sensor RTD

Pada pengujian ini dibutuhkan pengambilan data nilai digital dari sensor RTD bagian bawah dan atas untuk setiap perubahan suhu 1ºC. Namun data yang diambil adalah nilai rata-rata dengan interval pengambilan untuk setiap 1ºC

sebanyak 2 buah data. Tabel 4.2 Di bawah ini merupakan data yang digunakan untuk mengkalibrasi nilai suhu pada sensor RTD dengan kalibrasi menggunakan alat standar berupa thermometer digital dengan ketelitian 1 di belakang koma.

Tabel 4.2 Kalibrasi Nilai Sensor RTD terhadap thermometer digital Suhu Terstandar (ºC) Sensor RTD Bawah Sensor RTD Atas Suhu Terstandar (ºC) Sensor RTD Bawah Sensor RTD Atas

30 490 626 50 1000 1014

31 517 647 51 1026 1032

32 538 663 52 1055 1055

33 566 684 53 1079 1074

34 591 703 54 1101 1092

35 617 723 55 1129 1111

36 643 742 56 1148 1129

37 672 764 57 1177 1150

38 696 782 58 1196 1163

39 719 799 59 1215 1178

40 739 814 60 1246 1200

41 770 839 61 1272 1216

42 788 852 62 1290 1233

43 811 870 63 1318 1254

44 840 891 64 1351 1281

45 864 909 65 1372 1298

46 901 938 66 1395 1312

47 924 956 67 1414 1329

48 949 974 68 1439 1350

49 978 996 69 1465 1368

70 1490 1385

Dari tabel 4.2 di atas suhu terkalibrasi mulai dari pembacaan 30°C hingga 70°C. Namun karena hasil yang mendekati dengan linear maka didapatkan persamaan yang dapat merepresetasikan pembacaan suhu di bawah 30°C hingga di atas 70°C. Untuk menentukan nilai kalibrasi sensor RTD bagian atas maupun sensor RTD bagian bawah maka dapat ditunjukkan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4.

44

Gambar 4.3 Grafik Kalibrasi Sensor RTD Bagian Atas

Dari gambar 4.3 di atas didapat persamaan dari fungsi linear suhu sensor RTD bagian atas yang dapat dituliskan dengan = 19.296 + 46.843

Gambar 4.4 Grafik Kalibrasi Sensor RTD Bagian Bawah

Dari gambar 4.4 di atas didapat persamaan dari fungsi linear suhu sensor RTD bagian bawah yang dapat dituliskan dengan = 25.357 − 270.57

y = 19.296x + 46.843

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

AD

C

Suhu (°C)

RTD_Up

Sensor RTD Linear (Sensor RTD)

y = 25.357x - 270.57

-400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

AD

C

Suhu (°C)

RTD_Bottom

4.3.2 Pengujian Sensor RTD Terhadap Thermometer Digital

Sensor RTD yang telah dikalibrasi perlu dilakukan pengujian untuk membuktikan keakuratan dari masing-masing sensor terhadap alat ukur

Thermometer Digital. Tabel pengujian 4.3 di bawah ini menunjukkan data hasil

pengujian sensor RTD terhadap Thermometer Digital.

Tabel 4.3 Data Sensor Suhu RTD terhadap Thermometer Digital Suhu

Thermometer Digital (ºC)

Suhu RTD Bawah

(°C)

Suhu RTD Atas (°C)

Suhu

Thermometer Digital (ºC)

Suhu RTD Bawah

(°C)

Suhu RTD Atas (°C)

30 30.2 30.2 50 49.7 49.7

31 31.2 31.2 51 50.7 50.7

32 32.3 32.3 52 51.7 51.7

33 33.3 33.3 53 52.7 52.7

34 34.3 34.3 54 53.7 53.7

35 35.3 35.3 55 54.7 54.8

36 36.2 36.2 56 55.6 55.7

37 37.2 37.2 57 56.7 56.8

38 38.2 38.2 58 57.7 57.8

39 39.2 39.2 59 58.7 58.8

40 40.1 40.1 60 59.7 59.7

41 41.1 41.1 61 60.7 60.7

42 42.0 42.0 62 61.7 61.7

43 43.0 43.0 63 62.6 62.6

44 43.9 43.9 64 63.7 63.7

45 44.9 44.9 65 64.7 64.7

46 45.8 45.8 66 65.7 65.7

47 46.7 46.9 67 66.7 66.7

48 47.7 47.8 68 67.7 67.8

49 48.8 48.8 69 68.8 68.8

70 69.9 69.9

Dari tabel pengujian 4.3 di atas menunjukkan bahwa terdapat sedikit perbedaan antara kalibrasi suhu yang terbaca oleh RTD dengan suhu thermometer

46 membuktikan kalibrasi sudah dapat digunakan. Hasil pengujian ini dapat dilihat dalam bentuk grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.5 dan gambar 4.6.

Gambar 4.5 Grafik Pengukuran Sensor RTD atas terhadap Thermometer Digital

Gambar 4.6 Grafik Pengukuran Sensor RTD bawah terhadap Thermometer Digital

4.4. Analisis Hasil Pengujian Motor DC

Pada sistem pengaturan kecepatan motor bahwa nilai digital yang diberikan akan diuji dengan mengukur nilai tegangan yang terjadi pada motor. Tabel 4.4 menunjukkan perubahan nilai digital terhadap nilai tegangan motor.

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Su hu Se ns or R TD (° C)

SuhuThermometer Digital(°C)

Sensor RTD Bagian Atas

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Su hu Se ns or R TD (° C)

SuhuThermometer Digital(°C)

Tabel 4.4 Data pengujian nilai PWM terhadap perubahan tegangan

PWM Tegangan (V) PWM Tegangan (V)

0 2.84 130 7.56

10 3.12 140 7.93

20 3.55 150 8.26

30 3.93 160 8.72

40 4.35 170 9.02

50 4.71 180 9.33

60 4.99 190 9.57

70 5.24 200 9.77

80 5.58 210 10

90 5.84 220 10.21

100 6.25 230 10.29

110 6.51 240 10.31

120 7.19 250 10.31

Dari tabel pengujian 4.4 di atas menunjukkan bahwa data telah menunjukkan terjadi perubahan yang cukup linear pada tegangan motor dari perubahan nilai PWM. Hasil pengujian ini dapat dilihat dalam bentuk grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.7.

48

Gambar 4.7 Grafik perubahan nilai PWM terhadap nilai tegangan motor

4.5. Analisis Hasil Pengujian Sistem Kendali Suhu Tangki Berpengaduk

Pada pengujian sistem kendali suhu tangki berpengaduk terdapat dua kendali yakni sistem untuk mengendalikan penyalaan pemanas air dan sistem kendali untuk mengatur kecepatan putaran motor. Untuk itu diperlukan pengujian untuk membuktikan pengaruh input suhu terhadap output PWM yang dihasilkan oleh sistem kendali tersebut.

4.5.1 Pengaruh Perubahan Suhu Air Terhadap Kecepatan Putaran Motor

Pada penggunaanya, kecepatan putaran motor dipengaruhi oleh perbedaan antara pembacaan sensor suhu RTD bagian atas dan bagian bawah yang terjadi setiap adanya perubahan. Gambar 4.8 di bawah ini menunjukkan hasil pengujian perubahan suhu air terhadap kecepatan putaran motor.

0 2 4 6 8 10 12

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0

11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 0 Vo lt PWM

Gambar 4.8 Grafik Perubahan Suhu Air Terhadap Kecepatan Putaran Motor Dari gambar di atas menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan putaran motor yang ditunjukkan dengan garis berwarna hijau yang akan meningkat apabila perbedaan suhu antara kedua sensor juga terjadi perbedaan yang meningkat. Hal ini sebanding dengan grafik defuzzifikasi yang menyatakan perubahan kecepatan motor akibat perbedaan suhu.

4.5.2 Pengaruh Perubahan Suhu Air Terhadap Pemanas Air

Pada pengujian berikutnya adalah dengan melihat respon kendali pemanas air terhadap batas maksimum suhu yang telah ditetapkan. Gambar 4.9 di bawah ini menunjukkan hasil pengujian respon kendali pemanas air terhadap batas maksimum suhu air. 0 10 20 30 40 50 60 70

1 84 ₁₆7

25 0 33 3 41 6 49 9 58 2 66 5 74 8 83 1 91 4 99 7 10 80 11 63 12 46 13 29 14 12 14 95 15 78 16 61 17 44 18 27 19 10 19 93 20 76 21 59 22 42 23 25 24 08 24 91 25 74 26 57 27 40 PW M & Su hu (° C) Waktu (S)

Grafik Perubahan Suhu Terhadap Kecepatan Putaran Motor

50

Gambar 4.9 Grafik Perubahan Suhu Air Terhadap Pemanas Air

Dari gambar di atas menunjukkan bahwa terjadi perubahan kondisi pemanas air ketika suhu sudah mencapai 60°C dengan batas histeresis sebesar 3°C. Hal ini menunjukkan bahwa pemanas air akan padam ketika suhu lebih tinggi dari 63°C dan akan menyala kembali ketika suhu sudah turun dan mencapai lebih rendah dari 57°C.

Dari hasil percobaan menunjukkan bahwa terjadi perubahan kondisi pemanas air yang berlangsung cepat. Hal ini disebabkan karena percobaan dilakukan hanya dengan menggunakan miniatur dari tangki berpengaduk dengan volume air yang relatif lebih sedikit dibandingkan dengan tangki pada umumnya.

0 10 20 30 40 50 60 70

1 80 ₁₅9

23 8 31 7 39 6 47 5 55 4 63 3 71 2 79 1 87 0 94 9 10 28 11 07 11 86 12 65 13 44 14 23 15 02 15 81 16 60 17 39 18 18 18 97 19 76 20 55 21 34 22 13 22 92 23 71 24 50 25 29 26 08 26 87 27 66 Su hu (° C) Waktu (S)

Grafik Pengaruh Suhu Air Terhadap Pemanas Air

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan analisa yang telah dilakukan pada bab sebelumnya, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Hasil grafik defuzzifikasi menunjukkan bahwa pada perbedaan suhu sebesar 45°C yang terjadi pada pembacaan sensor RTD bagian atas dengan sensor RTD bagian bawah mengalami perubahan kecepatan putaran motor hingga sebesar 92.244705. Hal ini membuktikan bahwa output fuzzy inference

system dengan metode Mamdani bekerja sesuai dengan sistem kendali yang

dibutuhkan.

2. Hasil pengujian kalibrasi kedua sensor RTD membuktikan bahwa hasil pembacaan sudah mendekati dengan nilai suhu dari thermometer digital dengan nilai error 0.1 hingga 0.3°C.

3. Hasil pengujian pengaruh perubahan suhu air terhadap kecepatan putaran motor menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan motor dengan nilai perbedaan suhu di atas 5°C. Perubahan kecepatan motor ini akan semakin besar atau signifikan jika perbedaan suhu yang terjadi semakin besar. 4. Untuk hasil pengujian perubahan suhu air terhadap pemanas air

menunjukkan bahwa suhu dengan set point 60°C sudah tercapai dengan nilai histeresis 3°C, namun terkadang suhu air tetap terjadi peningkatan walaupun pemanas air sudah dipadamkan tetapi hanya bersifat sesaat.

5. Dari hasil perancangan design HMI sudah sesuai dengan kebutuhan dengan penambahan animasi tangki berpengaduk beserta dengan tampilan grafik

52 dari kondisi tangki berpengaduk. Untuk data logger sudah dapat tersimpan dalam aplikasi Microsoft Excel secara otomatis, namun perlu pemenggalan penyimpanan data karena jika file yang tersimpan sudah terlalu besar maka akan mengakibatkan aplikasi akan berjalan lambat.

5.2. Saran

Beberapa saran yang dapat diberikan sehubungan dengan pelaksanaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk perancangan selanjutnya diharapkan lebih jauh dalam menambahkan variabel-variabel lain seperti penambahan jenis sensor dan jenis output seperti water level indicator maupun kendali valve untuk mengeluarkan hasil produksinya.

2. Pada perancangan selanjutnya dapat mencoba sistem kendali mengunakan PID atau dapat menggabungkan fuzzy dengan PID. Hal ini diharapkan dapat menambah wawasan dan meningkatkan effisiensi dari produk.

3. Untuk selanjutnya dapat menambahkan database sebagai data logger yang menggunakan aplikasi lainnya untuk meningkatkan kemampuan dari aplikasi.

4. Menambahkan modul Ethernet dengan protokol Modbus sehingga monitoring dapat dilakukan secara nirkabel atau melalui web.

DASAR TEORI

2.1 Programmable Logic Controller

Pada dasarnya programmable logic controller adalah sebuah alat kendali yang dirancang khusus untuk mengontrol suatu proses atau mesin. PLC juga merupakan komputer digital yang digunakan sebagai proses automasi elektromekanik pada industri yang dirancang untuk berbagai keperluan terdiri dari perangkat masukan analog dan digital disertai susunan perangkat keluaran[1].

Gambar 2.1 Programmable Logic Controller Mitsubishi FX3G-40MT/ES Menurut NEMA (National Electrical Manufactures Association) PLC adalah suatu alat elektronika digital yang berbasis mikrokontroler dan menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan dan mengaplikasikan instruksi-instruksi dari suatu fungsi tertentu, seperti logika, sekuensial, pewaktuan, pencacahan, dan aritmatika dalam rangka mengendalikan suatu sistem[2].

Walaupun istilah PLC secara bahasa berarti pengontrol logika yang dapat diprogram, tapi pada kenyataannya saat ini PLC secara fungsional sudah dapat

9 melakukan perhitungan aritmatika yang relatif kompleks, fungsi komunikasi, dokumentasi dan lain sebagainya[3].

Beberapa keuntungan dan kemudahan yang didapat dengan menggunakan PLC sebagai alat kendali adalah sebagai berikut :

1. Fleksibel.

2. Mudah dalam pembuatan dan pengelolaan program. 3. Mudah dalam pemeliharaan dan perbaikan.

4. Memiliki banyak fasilitas dan lebih fungsional.

5. Dapat dilakukan monitoring secara visual baik dalam hal ini menggunakan LabVIEW.

6. Dapat bekerja pada jangkauan suhu yang cukup luas. 7. Kebal terhadap gangguan elektrik, getaran dan tekanan.

Programmable Logic Controller yang digunakan untuk merancang sistem

kendali dalam tugas akhir ini adalah PLC Mitsubishi dengan spesifikasi seperti pada tabel 2.1 sebagai berikut :

Tabel 2.1 Spesifikasi PLC Mitsubishi FX3G-40MT/ES

Spesifikasi Umum Keterangan

Power Supply 100-240 V AC (+10% / -15%), 50/60 Hz

Model Output Transistor (sink)

Jumlah I/O 40 (24 Input & 16 Output)

Maximum Output Switching Voltage 5-30 V DC

Maximum Output Current @ 0.5 Ampere

Internal Fuse 3 Ampere Data didapat dari FX Family Catalog

2.1.1 Komponen Pendukung Sistem

Pada dasarnya sistem yang dibuat memiliki keperluan tambahan. Diantaranya adalah : Modul Analog Input, RTD PT100 Temperature Sensor

Transmitter, MCB (Mini Circuit Breaker), Relay 24 V, Terminal Block dan Kabel

Konverter SC09.

1. Modul Analog Input

Gambar 2.2 Modul Analog Input Mitsubishi FX2N-2AD

Modul analog input ini menggunakan FX2N-2AD yang merupakan modul

extension atau perangkat tambahan yang disediakan oleh Mitsubishi untuk

dapat membaca nilai perubahan analog seperti tegangan maupun arus menjadi nilai digital. Dalam hal ini modul analog yang digunakan dikonfigurasikan sebagai pembacaan nilai tegangan. Modul ini hanya terdapat 2 buah channel yang dapat membaca perubahan nilai tegangan maupun perubahan nilai arus. Dalam tugas akhir ini modul analog input difungsikan untuk membaca perubahan nilai tegangan. Hal ini dikarenakan hasil keluaran dari RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter yang merupakan nilai perubahan tegangan.

11 2. RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter

Modul pembacaan analog FX2N-2AD tersebut tidak dapat secara langsung membaca sensor RTD, diakibatkan karena sensor RTD mengalami perubahan nilai hambatan setiap terjadinya perubahan suhu terhadapnya.

Gambar 2.3 RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter

Oleh karena itu dalam hal ini digunakan modul konverter yang mengandung rangkaian pembagi tegangan dan memiliki rangkaian penguat didalamnya untuk dapat merubah nilai hambatan menjadi perubahan nilai tegangan, hal ini disebabkan perubahan nilai hambatan sensor RTD yang sangat kecil. Pada tabel 2.2 di bawah ini ditunjukkan spesifikasi dari RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter.

Tabel 2.2 Spesifikasi RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter

Parameter Value

Working Voltage 24 Vdc

Measuring Range 0 ~ 100C

Output Voltage 0 ~ 5 Vdc

Accuracy ± 0,2 %

Material Plastic

3. Modul Analog Output

Modul analog output ini menggunakan IC DAC0808. DAC0808 merupakan IC Digital to Analog Converter yang membutuhkan tambahan penguat pada bagian keluarannya, dalam hal ini menggunakan IC LM324. Pada bagian masukan digital ditambahkan IC CD4094 sebagai shift register yang membuat keluaran dari PLC hanya membutuhkan sedikit pin keluaran. 4. Driver Motor

Driver motor ini menggunakan IC L298N Dual H-Bridge sebagai driver

motor DC dengan tegangan kerja 12 VDC dan arus maksimum 2A. 5. MCB (Mini Circuit Breaker)

Mini Circuit Breaker digunakan untuk mengatasi arus lebih yang terjadi

akibat kesalahan yang terjadi pada rangkaian. Pemasangannya terhadap tegangan masukan dari jala-jala 220 volt menuju ke Modul PLC. MCB yang digunakan berkapasitas 2 A.

6. Relay 24 Volt

Relay 24 Volt digunakan sebagai penggerak tingkat 1 setelah rangkaian transistor yang berada pada PLC tersebut. Alat ini menggunakan coil dengan tegangan kerja 24 volt karena tegangan regulasi yang dihasilkan oleh PLC merupakan tegangan DC 24 Volt. Relay ini yang nantinya dapat menghubungkan dan memutuskan rangkaian dari suplay tegangan untuk mengendalikan heater.

13 5. Terminal Block

Terminal Block merupakan komponen tambahan yang digunakan sebagai

penghubung antara modul satu dengan modul lainnya dengan menggunakan sejumlah kabel.

6. Kabel Konverter SC09

Gambar 2.4 Kabel SC09

SC09 merupakan kabel yang digunakan untuk dapat memprogram PLC dan komunikasi antara PLC dengan Komputer. Kabel ini juga yang digunakan untuk dapat memonitoring secara langsung keadaan sistem dari PLC ke komputer.

2.1.2 Software Pemrograman

Pada dasarnya setiap vendor PLC sudah memiliki software pendukungnya sendiri sebagai tools untuk memprogram PLC nya. Dalam hal ini Mitsubishi menggunakan GX-Developer sebagai software pemrogramannya. GX-Developer Versi 8.95 Z (SW8D5C-GPPW-E) merupakan series dari MELSOFT yang telah terupdate dan seri ini yang sudah mendukung untuk PLC seri FX3G. Software ini mendukung untuk bahasa pemrograman Ladder Diagram dan Squential Function

Charts. Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan bahasa pemrograman Ladder Diagram, dikarenakan kemudahan dalam penggunaan programnya yang menyerupai prinsip rangkaian terpadu.

2.1.3 Ladder Diagram

Ladder Diagram atau dengan kata lain diagram tangga merupakan bahasa

pemrograman yang terdapat pada setiap PLC yang dirancang untuk memudahkan dalam penggunaannya. Dari bahasanya ladder diagram merupakan diagram yang berbentuk seperti tangga dan memiliki anak tangga, dimana setiap anak tangga mewakili untuk setiap program yang akan dikerjakan secara sekuensial atau berurutan.

Gambar 2.5 Contoh Ladder Diagram

2.2 Sistem Tangki Berpengaduk

Tangki berpengaduk merupakan suatu sistem yang dibangun pada industri yang membutuhkan pemanasan suatu cairan dan membutuhkan suhu cairan yang merata pada seluruh bagiannya. Tangki berpengaduk terdiri dari boiler dan pengaduk cairan.

Boiler atau yang dikenal dengan ketel uap. Alat ini biasa digunakan untuk

memanaskan air yang terdapat pada tungku atau ketel. Boiler ini biasanya mendapatkan energi panas dari bahan bakar maupun sistem pemanas yang mampu memanaskan air. Sistem pemanasan ini banyak dibutuhkan pada industri yang membutuhkan pemanas cairan dan menjaga agar suhu carian tetap terjaga. Pada prinsipnya pemanas akan bekerja selama suhu yang terbaca pada boiler masih

15 berada dibawah batas maksimum temperature maupun suhu masih rendah. Jika suhu sudah mencapai nilai toleransi daripada suhu maksimum yang ditentukan, maka pemanas pada boiler akan padam untuk sesaat hingga batas toleransi yang diberikan untuk pemanas dapat bekerja kembali.

Pada perancangannya tangki berpengaduk terdiri atas 2 buah sensor suhu menggunakan jenis RTD, 1 buah Heater, dan 1 buah Motor DC sebagai pengaduk cairan.

2.2.1. Sensor Suhu RTD

Sensor suhu RTD atau Resistance Thermal Detector yang disebut juga

Resistance temperature detector merupakan sebuah sensor yang digunakan untuk

menentukan nilai atau besaran temperatur atau suhu dengan menggunakan elemen sensitif dari beberapa jenis kawat seperti platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam kisaran suhunya[4].

Gambar 2.6 Sensor Suhu Resistance Thermal Detector

RTD memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan diantaranya adalah Kelebihan RTD (PT100) :

2. Kemampuannya tidak terganggu pada kisaran suhu yang luas. Kekurangan RTD (PT100) :

1. Respon waktu awal yang sedikit lama (0,5 s/d 5 detik, tergantung kondisi penggunaannya).

2. Jangkauan suhu RTD lebih rendah dari pada termokopel.

Sensor suhu yang digunakan pada tugas akhir ini adalah PT100. PT100 Platinum Resistance Temperature Sensor (PRTs) merupakan sensor yang mengukur tingkat hambatan dari elemen platina. Spesifikasi dari sensor suhu PT100 adalah sebagai berikut :

1. Rentang pengukuran suhu adalah -20 °C ~ +250 °C

2. Tahan terhadap air (waterproof), dapat mendeteksi suhu cairan. 3. Ukuran diameter sensor 5 mm dengan panjang 70 mm.

4. Insulator pada bagian dalam dari bahanfiberglass.

Sensor ini juga memiliki nilai resistansi 100 Ω pada 0°C dan 138,4 Ω pada 100°C. Hubungan antara suhu dan nilai hambatan ini dapat dianggap linear pada rentang suhu yang pendek, misalnya untuk rentang antara 0 hingga 100°C, dengan rentang kesalahan pada 50°C hanya sebesar 0,4°C hal ini ditunjukkan pada gambar 2.7 di bawah ini.

Gambar 2.7 Grafik perubahan nilai resistansi terhadap perubahan suhu Temperatur

e

R

es

is

ta

ns

i

°C Ω

17 Untuk sensor PT100 ini, perubahan suhu sebesar 1°C akan menyebabkan perubahan hambatan sebesar 384 mΩ ,perubahan ini sangatlah kecil. Oleh karena itu digunakan RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter yang memiliki faktor penguatan[5].

2.2.2. Heater

Heater atau pemanas air merupakan komponen utama dalam memanaskan

tangki berpengaduk. Dalam praktiknya banyak sekali ditemukan berbagai macam pemanas cairan yang digunakan pada industri seperti pemanas yang menggunakan elemen pemanas dan dengan memanfaatkan gas panas dari pada sistem exhaust mesin lain. Pada dasarnya pemanas yang digunakan dalam tugas akhir ini menggunakan elemen pemanas air biasa dengan tegangan kerja 220 V dan daya 150W yang ditunjukkan pada gambar 2.8, hal ini digunakan untuk mensimulasikan pemanas tangki dan cairan yang digunakan adalah air biasa.

Gambar 2.8 Pemanas Air

2.2.3. Motor DC

Motor DC digunakan untuk mengaduk air. Hal ini bertujuan untuk membuat suhu air menjadi homogen secara keseluruhan atau dengan kata lain cairan akan mendapatkan suhu yang merata untuk seluruh bagiannya. Untuk menggerakkan motor DC tersebut dipasang sebuah power supply 12V dan driver motor. Motor DC ini terpasang dengan aluminium batang yang difungsikan sebagai

as untuk menghubungkannya dengan blade berupa fan dari kipas pc. Motor DC ini memiliki tegangan kerja hingga 24 VDC. Namun dalam penggunaanya motor DC ini hanya diberikan tegangan maksimum 12 VDC, hal ini dikarenakan dengan tegangan kerja diatas 12 VDC putaran motor terlalu cepat dalam mengaduk air hingga menyebabkan limpahan air pada miniatur tangki berpengaduk.

Gambar 2.9 Motor DC

2.3 LabVIEW

LabVIEW atau yang disebut juga dengan Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench adalah sebuah software pemrograman

yang dikembangkan untuk pemrograman visual yang merupakan produk dari Nasional Instrument. LabVIEW biasa digunakan dalam pemrograman grafis dan beberapa aplikasi yang dapat dibuat menggunakan LabVIEW diantaranya seperti pengujian dan pengukuran, akuisisi data, kendali instrumentasi, data logging, dan analisis pengukuran. Hubungan antara aplikasi LabVIEW, OPC dan PLC adalah :

1. Monitoring dan pengelolaan yang terprediksi

2. Data Logging

3. Statistik dari proses kendali

4. Pertukaran data antara PLC dengan perangkat automasi lainnya dan aplikasi komputer

19 5. Pengembangan antarmuka secara grafis.

6. Deteksi alarm, pemetaan dan pelaporan.

LabVIEW dapat menggambarkan proses kendali dari suatu proses yang dapat berbentuk animasi sehingga LabVIEW memiliki pendekatan seperti SCADA. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) merupakan suatu sistem yang telah dikembangkan untuk keperluan sistem kendali yang umumnya diproduksi untuk dasar sistem kendali dan automasi melalui komputer. Fitur yang dimiliki SCADA adalah antarmuka berupa grafis, mirip dengan proses yang terjadi (meniru proses sebenarnya), proses yang real time dan memiliki historic trending, memiliki sistem alarm, akuisisi data, perekaman data, analisis data dan dapat membuat laporan dari keadaan yang terjadi pada sistem[6].

2.3.1. Front Panel

Gambar 2.10 Front Panel LabVIEW

Dalam membuat tampilan (Graphical User Interface) program aplikasi LabVIEW dapat menggunakan tools yang dikenal dengan istilah front panel. Front

Panel umumnya terdiri dari kontrol dan indikator sebagai masukan dan

keluarannya. Kontrol adalah instrumen mekanisme masukan yang menyampaikan data ke block diagram, mencakup knob, push button, dial dan mekanisme masukan

lainnya. Sedangkan indikator adalah instrumen mekanisme keluaran yang menampilkan data dari block diagram, mencakup grafik, led, temperature dan tampilan keluaran lainnya[7].

2.3.2. Block Diagram

Gambar 2.11 Block Diagram LabVIEW

Block diagram adalah jendela untuk menuliskan perintah dan fungsi yang

berisikan program source code namun berupa simbol-simbol, node dan garis sebagai dataflow untuk mengeksekusi program yang terkait dengan front panel. Sama halnya dengan front panel, block diagram juga memiliki simbol-simbol yang merepresentasikan front panel dan terhubung secara langsung antara keduanya.

2.3.3. OPC ( OLE for Process Control )

Aplikasi dari komunikasi jaringan yang berbeda, standar jaringan yang berbeda dan ketidak sesuaian merupakan masalah yang timbul karena pembaharuan teknologi. Oleh karena itu dibutuhkan pertukaran data antara PLC dengan LabVIEW. Dalam hal ini windows environment didalam standarisasi antarmuka yang unik menghasilkan pengembangan dari aplikasi OPC[8].

21 OPC atau disebut dengan OLE for Process Control yang dibuat untuk menghubungkan antara sistem tertanam dan dengan objek lainnya dalam suatu proses kontrol. Teknologi OPC ini digunakan dalam aplikasi proses kontrol, pabrik, automasi pada bangunan dan banyak hal lainnya[9].

Gambar 2.12 OPC Server/Client

Fungsi OPC menurut prinsip Client/Server dimana client dan server dapat dikombinasikan tanpa menghiraukan tipe PLC dan pabrikasi selama tipe PLC sudah mendapatkan dukungan terhadap aplikasi OPC tersebut. Client mendapat akses untuk setiap jaringan komunikasi atau dilihat dari posisi pengendali. Dengan kata lain client dapat difungsikan sebagai pengendali maupun monitoring sistem kendali.

2.4 Logika Fuzzy

Pada tahun 1962 Prof. Lotfi Astor Zadeh dari Universitas California memodifikasi teori himpunan dimana setiap anggotanya memiliki derajat keanggotaan yang bernilai kontiniu antara 0 sampai 1. Himpunan ini disebut dengan Himpunan Fuzzy. Logika fuzzy adalah suatu cara yang tepat untuk memetakan suatu

ruang input ke dalam suatu ruang output yang memungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1 dalam bentuk linguistik, konsep tidak pasti seperti “sedikit”,”lumayan”,dan“sangat”[10].

Terdapat beberapa keuntungan dalam menggunakan logika fuzzy, antara lain : 1. Konsep logika fuzzy mudah dimengerti.

2. Logika fuzzy memiliki toleransi terhadap data-data yang tidak tepat. 3. Logika fuzzy mampu memodelkan fungsi-fungsi nonlinear yang sangat

kompleks.

4. Logika fuzzy dapat mengaplikasikan pengalaman-pengalaman para pakar secara langsung tanpa harus melalui proses pelatihan.

5. Logika fuzzy dapat bekerja sama dengan teknik kendali secara konvensional.

Fuzzy Inference System adalah cara memetakan ruang input menuju ruang output menggunakan logika fuzzy. Fuzzy Inference System merupakan sistem yang

dapat melakukan panalaran dengan prinsip yang serupa dengan penalaran manusia dan biasa digunakan untuk membuat keputusan dan bekerja sesuai dengan keputusan yang dibuat tersebut. Terdapat 3 macam metode fuzzy inference system diantaranya adalah :

1. Metode Mamdani 2. Metode Sugeno 3. Metode Tsukamoto

Pada tugas akhir ini menggunakan fuzzy dengan metode Mamdani. Karena strukturnya yang sederhana dan memiliki output seperti penalaran manusia yang berupa himpunan fuzzy dan cukup untuk merepresentasikan penggunaan logika

23

2.4.1. Fuzzy Inference System dengan Metode Mamdani

Metode Mamdani sering dikenal dengan nama metode Min-Max. Metode ini diperkenalkan oleh Ebrahim Mamdani pada tahun 1975. Fuzzy dengan metode Mamdani ini cukup untuk mewakili penggunaan logika yang akan diolah untuk mendapatkan hasil keluaran yang dibutuhkan dalam pengendalian suhu air pada tangki berpengaduk. Pada dasarnya fuzzy inference system terbentuk dari proses seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Proses Fuzzy Inference System

Fuzzifikasi merupakan suatu proses untuk mengubah suatu masukan dari

bentuk tegas (crisp) menjadi variabel linguistik yang biasanya disajikan dalam bentuk himpunan-himpunan fuzzy dengan suatu fungsi keanggotaannya masing-masing. Fungsi keanggotaan adalah suatu kurva yang menunjukkan pemetaan titik-titik input data ke dalam nilai keanggotaannya atau biasa disebut dengan derajat keanggotaan yang memiliki interval 0 sampai 1. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai keanggotaan adalah dengan melalui pendekatan fungsi. Ada beberapa bentuk representasi kurva yang bisa digunakan seperti linear, segitiga, trapesium, bahu, dan sigmoid . Namun dalam tugas akhir ini menggunakan bentuk representasi kurva segitiga dan representasi kurva bentuk bahu.

Basis Pengetahuan Fuzzy

Penalaran Defuzzifikasi

Fuzzifikasi

Basis Pengetahuan Fuzzy merupakan kumpulan aturan-aturan fuzzy dalam bentuk pernyataan IF…THEN… Komposisi aturan inilah yang digunakan untuk menentukan hasil keluaran dengan menggunakan penalaran manusia sebagai pembentuk aturan fuzzy.

Inferensi merupakan rule atau aturan yang digunakan untuk menentukan hasil keluaran dari korelasi antar aturan. Secara umum, ada 2 fungsi implikasi yang dapat digunakan, yaitu :

a. Min (Minimum) b. Dot (Product)

Defuzzifikasi merupakan suatu proses untuk menentukan suatu nilai crisp output (tegas). Besar nilai fuzzy output ini dinyatakan sebagai degree of membership function output. Nilai crisp output adalah suatu nilai analog yang dibutuhkan untuk

mengolah data pada sistem yang dirancang. Terdapat beberapa metode defuzzifikasi yang bisa dipakai pada komposisi aturan Mamdani, antara lain [11]:

a. Metode Centroid b. Metode Bisektor

c. Metode Mean of Maximum (MoM) d. Metode Largest of Maximum (LoM) e. Metode Smallest of Maximum (SoM)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada saat ini perkembangan zaman telah menunjukkan bahwa penggunaan teknologi telah mengalami perkembangan yang sangat pesat dan terkemuka. Kemudahan dalam penggunaan hingga memudahkan pekerjaan manusia sangatlah dibutuhkan hingga kedepannya. Untuk itu, kita sebagai mahasiswa dituntut untuk bisa meningkatkan kualitas dan kuantitas Sumber Daya Manusia (SDM) khususnya dalam bidang sistem kendali pada industri.

Saat ini telah banyak industri-industri besar menggunakan mesin-mesin yang bervariasi dan mempunyai banyak input maupun output, sehingga dibutuhkan suatu teknik pengendalian yang dapat menggantikan tenaga manusia untuk meminimalkan kesalahan, meningkatkan kualitas produksi dan menekan biaya produksi. Namun pada industri menengah kebawah masih ada yang menggunakan alat-alat konvensional mulai dari pengendali, perawatan hingga pengecekan (monitoring) dilakukan secara manual atau secara langsung. Hal ini yang dapat menyebabkan kesalahan dalam pembacaan, kelalaian dalam pengoperasian hingga tidak mengetahui kapan terjadinya kesalahan pada mesin dan bagaimana cara menganalisanya untuk mengindikasikan kerusakan yang terjadi pada bagian tertentu.

Sistem kendali industri pada awalnya mengandalkan relay elektromekanik. Sistem kendali ini memiliki beberapa kelemahan antara lain membutuhkan ruang kendali yang besar, perawatan yang cukup sulit.

pengembangan sistem tidak mudah, butuh waktu yang lama untuk membangun, memelihara, memperbaiki dan dalam mengembangkan sistem kendali dengan relay elektromekanik tersebut.

Programmable Logic Controller atau yang lebih dikenal dengan sebutan

PLC merupakan sebuah alat yang dapat mengendalikan proses otomasi pada industri dan lainnya. PLC juga dapat digunakan sebagai alat kendali dan monitoring untuk setiap perangkat industri. Hal ini dapat digunakan untuk merekam setiap keadaan perangkat pada saat monitoring dilakukan. Kecepatan dan akurasi dari operasi bisa meningkat jauh lebih baik jika menggunakan sistem kendali ini.

Banyak jenis antarmuka yang dibutuhkan oleh setiap manusia untuk dapat membaca keadaan dari setiap perangkat melalui PLC. SCADA (Supervisory

Control And Data Acquisition) adalah sebuah sistem operasi yang dapat

menggabungkan antara sistem kendali dengan sistem akuisisi data yang menambahkan informasi mengenai keadaan agar dapat ditampilkan maupun direkam. Dalam hal ini LabVIEW juga dapat digunakan untuk membuat aplikasi antarmuka yang dapat dikomunikasikan dengan PLC menggunakan OPC Server. LabVIEW juga merupakan software instrumentasi yang banyak digunakan karena kemudahan dalam mengoperasikannya dengan tampilan antarmuka yang menarik dan mudah untuk dipahami oleh pengguna.

Dalam pengendaliannya terdapat salah satu sistem pengendali yakni menggunakan fuzzy inference system. Metode yang digunakan dalam fuzzy ini adalah metode Mamdani. Hal ini disebabkan karena metode Mamdani memiliki pendekatan yang sesuai dengan penalaran manusia dalam menentukan kondisi sistem kendali pada plant. LabVIEW telah memiliki tools fuzzy logic yang dapat digunakan untuk menerapkan sistem dengan pengendali menggunakan fuzzy

3

inference system. Sistem pengendali ini dapat digunakan untuk meningkatkan

efisiensi dari sistem.

Pada dasarnya melihat sistem tangki berpengaduk saat ini sangat membutuhkan sistem kendali yang stabil dalam mempertahankan kondisi suhu yang dibutuhkan pengguna. Dalam penerapannya tangki berpengaduk ini dirancang dengan dimensi dan volume yang cukup besar, hal ini sesuai dengan jumlah produksi yang dibutuhkan. Hal tersebut menyebabkan pemanasan air membutuhkan waktu yang cukup lama bahkan dalam proses pendinginan juga menjadi lebih lama. Oleh karena itu dibutuhkan perancangan miniatur sistem tangki berpengaduk untuk menggambarkan proses yang sebenarnya dengan tambahan pengendalian dan pemanfaatan monitoring untuk mengetahui kondisi dari tangki berpengaduk tersebut.

Hal ini mendorong penulis untuk dapat secara langsung merancang sistem kendali menggunakan PLC dan LabVIEW. Oleh karena itu, hal ini dapat digunakan sebagai acuan dasar dan kemampuan dalam menghadapi kemajuan didalam dunia kerja. Atas dasar ini penulis mengambil judul laporan tugas akhir yaitu “Perancangan Miniatur Sistem Kendali dan Monitoring Suhu Tangki Berpengaduk Menggunakan PLC dan LabVIEW dengan Metode Fuzzy Mamdani”.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana pemilihan Perangkat PLC yang dibutuhkan oleh sistem. 2. Bagaimana cara kerja pengaturan sistem kendali yang dibutuhkan.

3. Bagaimana cara komunikasi antara PLC dengan LabVIEW menggunakan OPC Server.

4. Bagaimana membuat interface atau antarmuka menggunakan software LabVIEW.

5. Bagaimana cara penggunaan logika fuzzy inference system dengan metode Mamdani dalam pengendalian sistem dengan menggunakan software LabVIEW.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Agar dapat merancang suatu miniatur sistem kendali perangkat industri dan memonitoring keadaan dari alat tersebut.

2. Agar dapat mengetahui dan merancang sistem kendali dengan menggunakan PLC dan menghubungkanya dengan antarmuka menggunakan LabVIEW melalui OPC Server.

3. Agar dapat menerapkan penggunaan sistem kendali fuzzy inference system dengan metode Mamdani untuk mengendalikan kecepatan putaran motor DC menggunakan LabVIEW.

4. Agar dapat menggambarkan suatu proses yang hampir menyerupai proses sebenarnya.

5. Untuk memperkaya pengetahuan dan pemahaman tentang perancangan terpadu yang baik dan terstruktur, sebagai peningkatan kualitas pendidikan.

5

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang meluas dalam tugas akhir ini, maka penulis menetapkan batasan-batasan masalah sebagai berikut :

1. Alat kendali yang digunakan pada Tugas Akhir ini menggunakan PLC Mitsubishi Seri FX3G-40MT/ES.

2. Menggunakan modul analog input Seri FX2N-2AD.

3. Sensor suhu yang digunakan adalah RTD PT100 sebanyak 2 buah dengan tambahan modul RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter Two Wire (0-5 vdc).

4. Menggunakan kendali digital pada keluaran berupa 1 buah pemanas air 220 V 150 W.

5. Menggunakan kendali digital sebagai pengendali kecepatan putar motor yang dikonversi menjadi analog dengan IC DAC0808 melalui IC shift register CD4094 dan pada keluarannya ditambahkan penguat IC LM324. Pada keluaran analog ditambahkan IC L298N sebagai penggerak motor DC.

6. Antarmuka menggunakan software LabVIEW 2014 dan menggunakan NI OPC Server 2013 sebagai protokol penghubung LabVIEW dengan PLC. 7. Menggunakan FIS (Fuzzy Inference System) dengan metode Mamdani dan

metode aturan yang digunakan adalah Metode Minimum serta metode defuzzifikasi yang digunakan adalah Metode Center of Area (CoA). 8. Cairan yang dipanaskan hanya berupa air mineral.

1.5 Metode Penulisan

Adapun metode yang dipakai dalam analisis penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Studi literatur yaitu dengan mempelajari berbagai referensi yang berhubungan dengan permasalahan di atas termasuk mempelajari sistem kendali industri.

2. Bimbingan yaitu dengan diskusi membahas dan mempelajari bagaimana cara penyelesaian rancangan alat yang akan dibuat.

3. Tahap perancangan sistem kendali yaitu dengan merancang sistem kendali yang baik digunakan untuk dapat mengendalikan dan memonitoring keadaan tangki.

4. Tahap implementasi dan pengujian yakni menguji sistem yang telah dirancang sebagai implementasi dengan waktu pengujian yang dibutuhkan untuk memeriksa kinerja dari sistem yang telah dirancang serta melihat hasil record data logger.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini dijelaskan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

7

BAB II DASAR TEORI

Pada bab ini dijelaskan tentang spesifikasi dan fitur dari perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan serta fungsi-fungsi yang dimiliki untuk mendorong dalam perancangan tugas akhir ini.

BAB III PERANCANGAN SISTEM KENDALI

Pada bab ini dijelaskan tentang perancangan sistem kendali mulai dari blok diagram dan rancangan rangkaian. Bab ini juga menjelaskan tentang aplikasi logika fuzzy inference system yang menggunakan metode Mamdani.

BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

Bab ini membahas tentang implementasi dan pengujian dari sistem yang dirancang serta hasil pengujian untuk masing-masing bagian dari tahap perancangan sistem tersebut.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil percobaan dan saran yang diberikan untuk penyempurnaan serta untuk pengembangan lebih lanjut.

ABSTRAK

Pada proses kimia dalam memanaskan cairan dibutuhkan sistem yang dapat membuat suhu cairan tersebut menjadi homogen. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini dirancang miniatur sistem tangki berpengaduk yang menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) sebagai sistem kendali. Penggunaan software LabVIEW sebagai antarmuka membutuhkan NI OPC Server sebagai protokol penghubung antara PLC dengan PC. Dalam mencapai suhu cairan yang homogen sistem kendali ini memanfaatkan fuzzy inference system dengan metode Mamdani sebagai sistem pengendali kecepatan putaran motor yang diproses menggunakan LabVIEW. Dalam tugas akhir ini pengaturan kecepatan motor DC menggunakan IC DAC0808 dengan tambahan IC shift register CD4094 dan op-amp LM324 sebagai pengganti modul analog output PLC.

Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan motor dengan nilai perbedaan suhu antara kedua sensor di atas 5°C. Perubahan kecepatan motor ini akan semakin besar atau signifikan jika perbedaan suhu yang terjadi semakin besar. Untuk proses kalibrasi sensor RTD sudah sesuai dengan

thermometer digital pada umumnya dengan perbedaan hanya sebesar 0.1 hingga

0.3°C. Untuk pengujian perubahan suhu air terhadap kecepatan putaran motor menunjukkan bahwa perbedaan suhu antara sensor RTD bagian atas dan RTD bagian bawah sebesar 45°C mengakibatkan kecepatan motor mengalami perubahan kecepatan sebesar 92.244705 duty cycle pembulatan menjadi 92 duty cycle dan untuk pengujian perubahan suhu air terhadap pemanas air menunjukkan bahwa suhu dengan set point 60°C sudah tercapai dengan nilai hysteresis 3°C.

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN MINIATUR SISTEM KENDALI DAN MONITORING SUHU TANGKI BERPENGADUK MENGGUNAKAN PLC DAN

LABVIEW DENGAN METODE FUZZY MAMDANI

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

DWI BUDI PRASETYO 090402046

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

i

ABSTRAK

Pada proses kimia dalam memanaskan cairan dibutuhkan sistem yang dapat membuat suhu cairan tersebut menjadi homogen. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini dirancang miniatur sistem tangki berpengaduk yang menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) sebagai sistem kendali. Penggunaan software LabVIEW sebagai antarmuka membutuhkan NI OPC Server sebagai protokol penghubung antara PLC dengan PC. Dalam mencapai suhu cairan yang homogen sistem kendali ini memanfaatkan fuzzy inference system dengan metode Mamdani sebagai sistem pengendali kecepatan putaran motor yang diproses menggunakan LabVIEW. Dalam tugas akhir ini pengaturan kecepatan motor DC menggunakan IC DAC0808 dengan tambahan IC shift register CD4094 dan op-amp LM324 sebagai pengganti modul analog output PLC.

Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan motor dengan nilai perbedaan suhu antara kedua sensor di atas 5°C. Perubahan kecepatan motor ini akan semakin besar atau signifikan jika perbedaan suhu yang terjadi semakin besar. Untuk proses kalibrasi sensor RTD sudah sesuai dengan

thermometer digital pada umumnya dengan perbedaan hanya sebesar 0.1 hingga

0.3°C. Untuk pengujian perubahan suhu air terhadap kecepatan putaran motor menunjukkan bahwa perbedaan suhu antara sensor RTD bagian atas dan RTD bagian bawah sebesar 45°C mengakibatkan kecepatan motor mengalami perubahan kecepatan sebesar 92.244705 duty cycle pembulatan menjadi 92 duty cycle dan untuk pengujian perubahan suhu air terhadap pemanas air menunjukkan bahwa suhu dengan set point 60°C sudah tercapai dengan nilai hysteresis 3°C.

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim

Dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan anugerah dan rahmat-Nya yang berlimpah kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

“Perancangan Miniatur Sistem Kendali dan Monitoring Suhu Tangki Berpengaduk Menggunakan PLC dan LabVIEW dengan Metode Fuzzy

Mamdani”

Tugas akhir ini dibuat sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis berharap ke depannya Tugas Akhir ini dapat menjadi inspirasi bagi mahasiswa dalam mengembangkan penelitian ini.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yang telah menyayangi, mendidik serta menjadi inspirasi penulis yaitu Ayahanda tercinta Surya Indra Buana Nst. yang sampai saat ini dan kapanpun akan sangat penulis rindukan, dengan semangat darinya penulis banyak mendapat pelajaran yang berharga dan Ibunda tercinta Nurmawita yang selalu menjaga, merawat dan mendidik penulis hingga setiap kata yang terucap olehnya menjadikan pelajaran yang sangat berharga. Beliaulah alasan penulis akan selalu berusaha dan bekerja bahagia untuk dapat memberikan yang terbaik buat mereka di dunia dan di akhirat hingga kelak bisa membawa mereka ke Baitullah. Serta Abangda Andhika Eka Putra Nst, S.Hut. yang selalu mendukung dan memberikan motivasinya kepada penulis agar bisa menyusulnya dan bisa bersama-sama menjaga ibunda tercinta.

iii Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Rahmad Fauzi, ST., MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis, atas segala kesabaran dan motivasi yang besar dari beliau kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dan bimbingan dari beliau yang selalu dan selalu memberikan kesempatan kepada penulis untuk dapat berkarya hingga bisa merasakan kompetisi di tanah air yakni Yogyakarta, Bandung hingga Lampung walaupun masih duduk di bangku kuliah. Penulis berharap agar terus mendapatkan bimbingan dari beliau. Terima kasih bapak.

3. Bapak Yulianta Siregar, ST., MT. selaku Dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahan dari beliau hingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan dan Tugas Akhir ini. Terima kasih bapak.

4. Bapak Ir. Zulkarnain Pane, MT. selaku Dosen Pembimbing penulis dalam memperlajari bidang ilmu teknik kontrol industri, dan selalu memberikan kepercayaannya kepada penulis untuk selalu dapat mengembangkan kemampuan bidang kendali PLC serta atas bimbingannya penulis dapat merasakan secara langsung praktik dibidangnya. Terima kasih bapak.

5. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT. selaku Dosen Pembimbing penulis dalam bimbingan dan kepercayaannya kepada penulis agar dapat mempelajari lebih dalam mengenai teknik-teknik pengendali industri, khusunya Biogas USU. Terima kasih sebesar-besarnya kepada beliau karena dedikasinya yang tinggi untuk seluruh mahasiswa bimbingannya yang terbaik. Semoga semua dosen USU bisa seperti beliau dalam mendedikasikan ilmunya. Terima kasih bapak.

6. Bapak Husaini, bapak Irfan selaku dosen pembimbing penulis bersama dengan pak Bambang. Beliau semua adalah dosen berkualitas yang sangat memotivasi penulis. Terima kasih bapak.

7. Bapak Emerson Pascawira Sinulingga, ST., M.Sc, Ph.D selaku dosen yang telah memberikan motivasi dan dukungan yang besar dengan rekomendasi yang diberikan oleh Bapak Rahmad Fauzi, ST., MT. dan Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, MT. Terima kasih bapak.

8. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro, khususnya bapak Ir. T. Ahri Bahriun, M.Sc. bapak Ir. Kasmir Tanjung, MT. bapak Ir. Pernantin Tarigan, M.Sc. bapak Fahmi, ST., M.Sc. bapak Fakhruddin Rizal Batubara, ST., MTI. bapak Soeharwinto, ST., MT. dan bapak Ori Novanda, ST., MT. yang telah banyak memberi inspirasi dan masukan bagi penulis untuk lebih baik dalam bersikap.

9. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro Abangda penulis Arbi Divo dan Kakanda penulis Ummi dan Ester yang telah banyak membantu.

10. Saudara penulis yang sudah seperti keluarga Reza Al-Kautsar Lubis, ST. Teguh Triantoro, ST. Arif Azhari, ST. Adityas Zardika, ST. Mahdi Masykur, ST. Aras Dewanto, ST. Hamdan Hamid, ST. Rhobby Maulana, ST. Nur Trihardi Utomo, ST. Jepri Purwanto, S.Si. Nuril Akhyar, S.Si. Faqih Harseno Sabil, S.Si. Royansyah Putra Ginting, ST. Kharisma Muhammad, ST. Bang Recky Suharmon, ST. Bang Teguh Putra Utama, ST. Bang Robin, ST. Bang Fahrur Roji, ST. Bang Muhfi Asbin Sagala, ST., MT. Bang Prindi Wibowo, ST. InsyaAllah semua bisa dapat MT. nya termasuk penulis.

11. Motivasi besar penulis selama ini dan dalam pengerjaan tugas akhir yaitu Irfayani, Amd (*S.Si). atas doa dan dukungannya yang sangat berharga bagi

v penulis. Bobby Putra Johan, S.Kom. Nurhennida Br. Sitepu, S.Kom. Betty Widya Oktaria, S.Si. Saddam Husain, S.Kom. Maizal Isnen, S.Si. Rafika Rahmi, Nurul Husna dan Ibu kami yang sangat baik dan menjadi pengingat serta merawat penulis kalau sedang sakit di LPPM.

12. Semua adik-adik SIKONEK yang membanggakan yakni Dolly, Robby Yetsun, Ibnu, mba’wana, mba’mbem, neng maya, iid, anie nawawaw, sesep, irwan, robby karibo, agung, twin ani ana, eka, nopi, puja, mida dan semua anggota lainnya.

13. Adik-adik penulis yakni Fadlan, Habib, Stif, Irwan, Ipan, Iqbal, Gading, Arif, Ihsan, Mian, Frans, Winner, Robby, Saidul, Faisal, Rizky, Andika, Silvester, Andreas, Albert, Sakinah, Fikri, Sahlan dan semuanya.

14. Serta semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Oktober 2015 Penulis

Dwi Budi Prasetyo NIM. 090402046

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penulisan... 4

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Metode Penulisan... 6

1.6 Sistematika Penulisan... 6

BAB II DASAR TEORI ... 8

2.1 Programmable Logic Controller... 8

2.1.1 Komponen Pendukung Sistem ... 10

2.1.2 Software Pemrograman ... 13

2.1.3 Ladder Diagram... 14

2.2 Sistem Tangki Berpengaduk ... 14

2.2.1. Sensor Suhu RTD ... 15

2.2.2. Heater ... 17

2.2.3. Motor DC ... 17

2.3 LabVIEW... 18

2.3.2. Block Diagram ... 20

2.3.3. OPC ( OLE for Process Control )... 20

2.4 Logika Fuzzy... 21

2.4.1. Fuzzy Inference System dengan Metode Mamdani... 23

BAB III PERANCANGAN SISTEM KENDALI... 25

3.1. Umum... 25

3.2. Perancangan Sistem Kendali Tangki Berpengaduk ... 26

3.3. Perancangan Miniatur Tangki Berpengaduk ... 28

vii

3.5. Analog to Digital Converter (ADC) ... 30

3.6. Digital to Analog Converter (DAC) ... 31

3.7. Keluaran Digital dan Analog ... 32

3.8. Sistem Komunikasi Data ... 33

3.9. Perancangan Fuzzy Inference System dengan Metode Mamdani ... 34

BAB IV IMPELEMENTASI DAN PENGUJIAN ... 40

4.1. Parameter Asumsi OPC Server ... 40

4.2. Grafik Hubungan Antara Input Suhu dengan Output Kecepatan Motor. 41 4.3. Analisis Hasil Pengujian Sensor RTD... 42

4.3.1 Kalibrasi Sensor RTD ... 42

4.3.2 Pengujian Sensor RTD Terhadap Thermometer Digital ... 45

4.4. Analisis Hasil Pengujian Motor DC... 46

4.5. Analisis Hasil Pengujian Sistem Kendali Suhu Tangki Berpengaduk .... 48

4.5.1 Pengaruh Perubahan Suhu Air Terhadap Kecepatan Putaran Motor48 4.5.2 Pengaruh Perubahan Suhu Air Terhadap Pemanas Air ... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51

5.1. Kesimpulan ... 51

5.2. Saran... 52

DAFTAR PUSTAKA... 53 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Programmable Logic Controller Mitsubishi FX3G-40MT/ES... 8

Gambar 2.2 Modul Analog Input Mitsubishi FX2N-2AD ... 10

Gambar 2.3 RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter ... 11

Gambar 2.4 Kabel SC09 ... 13

Gambar 2.5 Contoh Ladder Diagram... 14

Gambar 2.7 Grafik perubahan nilai resistansi terhadap perubahan suhu... 16

Gambar 2.8 Pemanas Air... 17

Gambar 2.9 Motor DC ... 18

Gambar 2.10 Front Panel LabVIEW ... 19

Gambar 2.11 Block Diagram LabVIEW... 20

Gambar 2.12 OPC Server/Client ... 21

Gambar 2.13 Proses Fuzzy Inference System ... 23

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem LabVIEW... 27

Gambar 3.3 Gambar Rangkaian Sistem Tangki Berpengaduk ... 28

Gambar 3.4 Miniatur Sistem Tangki Berpengaduk ... 29

Gambar 3.5 Grafik perubahan nilai resistansi terhadap tegangan ... 30

Gambar 3.6 Grafik perubahan nilai tegangan terhadap nilai digital... 31

Gambar 3.7 Grafik perubahan nilai digital terhadap nilai tegangan... 31

Gambar 3.8 NI OPC Server Shared Variable Data ... 34

Gambar 3.9 Fungsi keanggotaan masukan... 35

Gambar 3.10 Fungsi keanggotaan keluaran ... 35

Gambar 3.11 Aplikasi fungsi implikasi MIN dan komposisi antar-rule menggunakan fungsi MAX ... 39

Gambar 4.1 Grafik Defuzzifikasi hubungan input suhu dengan output PWM ... 41

ix

Gambar 4.3 Grafik Kalibrasi Sensor RTD Bagian Atas ... 44

Gambar 4.4 Grafik Kalibrasi Sensor RTD Bagian Bawah... 44

Gambar 4.5 Grafik Pengukuran Sensor RTD atas terhadap Thermometer Digital46 Gambar 4.6 Grafik Pengukuran Sensor RTD bawah terhadap Thermometer Digital ... 46

Gambar 4.7 Grafik perubahan nilai PWM terhadap nilai tegangan motor ... 48

Gambar 4.8 Grafik Perubahan Suhu Air Terhadap Kecepatan Putaran Motor ... 49

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi PLC Mitsubishi FX3G-40MT/ES... 9

Tabel 2.2 Spesifikasi RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter... 11

Tabel 3.1 Aturan-aturan fuzzy ... 38

Tabel 4.1 Parameter Asumsi Shared Variable OPC Server... 40

Tabel 4.2 Kalibrasi Nilai Sensor RTD terhadap thermometer digital... 43

Tabel 4.3 Data Sensor Suhu RTD terhadap Thermometer Digital ... 45

penulis. Bobby Putra Johan, S.Kom. Nurhennida Br. Sitepu, S.Kom. Betty Widya Oktaria, S.Si. Saddam Husain, S.Kom. Maizal Isnen, S.Si. Rafika Rahmi, Nurul Husna dan Ibu kami yang sangat baik dan menjadi pengingat serta merawat penulis kalau sedang sakit di LPPM.

12. Semua adik-adik SIKONEK yang membanggakan yakni Dolly, Robby Yetsun, Ibnu, mba’wana, mba’mbem, neng maya, iid, anie nawawaw, sesep, irwan, robby karibo, agung, twin ani ana, eka, nopi, puja, mida dan semua anggota lainnya.

13. Adik-adik penulis yakni Fadlan, Habib, Stif, Irwan, Ipan, Iqbal, Gading, Arif, Ihsan, Mian, Frans, Winner, Robby, Saidul, Faisal, Rizky, Andika, Silvester, Andreas, Albert, Sakinah, Fikri, Sahlan dan semuanya.

14. Serta semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Oktober 2015 Penulis

Dwi Budi Prasetyo NIM. 090402046

vi

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penulisan... 4

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Metode Penulisan... 6

1.6 Sistematika Penulisan... 6

BAB II DASAR TEORI ... 8

2.1 Programmable Logic Controller... 8

2.1.1 Komponen Pendukung Sistem ... 10

2.1.2 Software Pemrograman ... 13

2.1.3 Ladder Diagram... 14

2.2 Sistem Tangki Berpengaduk ... 14

2.2.1. Sensor Suhu RTD ... 15

2.2.2. Heater ... 17

2.2.3. Motor DC ... 17

2.3 LabVIEW... 18

2.3.2. Block Diagram ... 20

2.3.3. OPC ( OLE for Process Control )... 20

2.4 Logika Fuzzy... 21

2.4.1. Fuzzy Inference System dengan Metode Mamdani... 23

BAB III PERANCANGAN SISTEM KENDALI... 25

3.1. Umum... 25

3.2. Perancangan Sistem Kendali Tangki Berpengaduk ... 26

3.3. Perancangan Miniatur Tangki Berpengaduk ... 28

3.5. Analog to Digital Converter (ADC) ... 30

3.6. Digital to Analog Converter (DAC) ... 31

3.7. Keluaran Digital dan Analog ... 32

3.8. Sistem Komunikasi Data ... 33

3.9. Perancangan Fuzzy Inference System dengan Metode Mamdani ... 34

BAB IV IMPELEMENTASI DAN PENGUJIAN ... 40

4.1. Parameter Asumsi OPC Server ... 40

4.2. Grafik Hubungan Antara Input Suhu dengan Output Kecepatan Motor. 41 4.3. Analisis Hasil Pengujian Sensor RTD... 42

4.3.1 Kalibrasi Sensor RTD ... 42

4.3.2 Pengujian Sensor RTD Terhadap Thermometer Digital ... 45

4.4. Analisis Hasil Pengujian Motor DC... 46

4.5. Analisis Hasil Pengujian Sistem Kendali Suhu Tangki Berpengaduk .... 48

4.5.1 Pengaruh Perubahan Suhu Air Terhadap Kecepatan Putaran Motor48 4.5.2 Pengaruh Perubahan Suhu Air Terhadap Pemanas Air ... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51

5.1. Kesimpulan ... 51

5.2. Saran... 52

DAFTAR PUSTAKA... 53 LAMPIRAN

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Programmable Logic Controller Mitsubishi FX3G-40MT/ES... 8

Gambar 2.2 Modul Analog Input Mitsubishi FX2N-2AD ... 10

Gambar 2.3 RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter ... 11

Gambar 2.4 Kabel SC09 ... 13

Gambar 2.5 Contoh Ladder Diagram... 14

Gambar 2.7 Grafik perubahan nilai resistansi terhadap perubahan suhu... 16

Gambar 2.8 Pemanas Air... 17

Gambar 2.9 Motor DC ... 18

Gambar 2.10 Front Panel LabVIEW ... 19

Gambar 2.11 Block Diagram LabVIEW... 20

Gambar 2.12 OPC Server/Client ... 21

Gambar 2.13 Proses Fuzzy Inference System ... 23

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem LabVIEW... 27

Gambar 3.3 Gambar Rangkaian Sistem Tangki Berpengaduk ... 28

Gambar 3.4 Miniatur Sistem Tangki Berpengaduk ... 29

Gambar 3.5 Grafik perubahan nilai resistansi terhadap tegangan ... 30

Gambar 3.6 Grafik perubahan nilai tegangan terhadap nilai digital... 31

Gambar 3.7 Grafik perubahan nilai digital terhadap nilai tegangan... 31

Gambar 3.8 NI OPC Server Shared Variable Data ... 34

Gambar 3.9 Fungsi keanggotaan masukan... 35

Gambar 3.10 Fungsi keanggotaan keluaran ... 35

Gambar 3.11 Aplikasi fungsi implikasi MIN dan komposisi antar-rule menggunakan fungsi MAX ... 39

Gambar 4.1 Grafik Defuzzifikasi hubungan input suhu dengan output PWM ... 41

Gambar 4.3 Grafik Kalibrasi Sensor RTD Bagian Atas ... 44

Gambar 4.4 Grafik Kalibrasi Sensor RTD Bagian Bawah... 44

Gambar 4.5 Grafik Pengukuran Sensor RTD atas terhadap Thermometer Digital46 Gambar 4.6 Grafik Pengukuran Sensor RTD bawah terhadap Thermometer Digital ... 46

Gambar 4.7 Grafik perubahan nilai PWM terhadap nilai tegangan motor ... 48

Gambar 4.8 Grafik Perubahan Suhu Air Terhadap Kecepatan Putaran Motor ... 49

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi PLC Mitsubishi FX3G-40MT/ES... 9

Tabel 2.2 Spesifikasi RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter... 11

Tabel 3.1 Aturan-aturan fuzzy ... 38

Tabel 4.1 Parameter Asumsi Shared Variable OPC Server... 40

Tabel 4.2 Kalibrasi Nilai Sensor RTD terhadap thermometer digital... 43

Tabel 4.3 Data Sensor Suhu RTD terhadap Thermometer Digital ... 45