Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metod
Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode
PID berbasis Arduino, Triac dan LM35
Laporan
Disusun untuk memenuhi Tugas mata kuliah Sistem Kendali Digital
Disusun oleh :
Kun Aldi Indarto
151311047
2-B
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2017
8
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas rahmat, hidayah serta
karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan laporan pembuatan project mandiri Sistem
Kendali Digital (SKD) semester 4.
Laporan ini disusun berdasarkan proses perancangan dan pembuatan project yang
berjudul “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan
LM35” sebagai tugas project mata kuliah Sistem Kendali Digital.
Penulis berharap semoga laporan project ini dapat memberi manfaat bagi penulis dan
rekan-rekan mahasiswa pada khususnya serta seluruh pembaca pada umumnya.
Namun tidak lepas dari semua itu, penulis menyadari bahwa terdapat kekurangan, baik
dari segi penyusunan bahasa maupun pada segi lainnya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan
adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan laporan ini. Terimakasih.
Bandung, 22 Juni 2017
Penulis
1
Daftar isi
Kata Pengantar…………………………………………………………………………………….1
Daftar Isi…………………………………………………………………………………………..2
Dokumen B100 Rancangan Sistem Plant yang akan Dibuat……………………………………...3
Dokumen B200 Spesifikasi Sistem………………………………………………………………..7
Dokumen B300 Perancangan Sistem…………………………………………………………….14
Dokumen B400 Pengujian per modul/ blok……………………………………………………...19
Dokumen B500 Desain Kendali…………………………………………………………………33
Dokumen B600 Uji Kendali, Tuning Parameter dan Uji terhadap gangguan…………………...42
2
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B100: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B100
B100 – 03
02
SKD2B_B100_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
21 April 2017
5
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
24 - 03 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
3
1. Pengantar
1.1
Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B100 yang dibuat berisi tentang gagasan atau ide yang dikaitkan dengan tugas
mata kuliah Elektronika Industri sebagai „sistem plant‟, Instrumentasi Elektronika sebagai
„sistem pendeteksi‟ dan tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Digital sebagai „kontroller PID‟.
Dokumen B100 berisi tentang rancangan sistem yang akan dibuat.
1.2
Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B100 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B100 berisi penjelasan mengenai latar belakang proyek
ini dibuat. Dokumen B100 ini juga diharapkan dapat memberikan pemahaman mengenai alat
yang akan dibuat dan dikembangkan.
2.
Pengembangan Proposal
2.1
Latar Belakang
Pada masa dewasa ini, perkembangan di dunia industri berkembang sangat cepat. Salah
satunya di bidang sistem kendali. Banyak variasi-variasi dan jenis dari sistem kendali untuk
mengatur “plant” yang berfungsi agar plant secara cepat bekerja, presisi terhadap hasil yang
diinginkan dan jika diberi gangguan akan kembali stabil secara cepat.
Salah satu jenis sistem kendali yang populer di dunia industri yaitu controller PID yang
bekerja mengendalikan sistem dengan memanipulasi sinyal error, sehingga respon sistem
(output) sama dengan yang diinginkan (input). Salah satu aplikasi dari sistem kendali PID yaitu
kendali suhu dengan tujuan memperoleh suhu yang diinginkan dalam waktu yang relatif singkat
serta dapat mempertahankan suhu dalam kondisi stabil meski terdapat gangguan.
2.2
Rumusan Masalah
1. Bagaimana perancangan alat dan desain kendali pada proyek ini?
2. Bagaimana cara kerja dari alat tersebut?
3. Bagaimana pengaruh dari alat jika diberi gangguan?
4
2.3
Tujuan
Tujuan yang diharapkan dari pembuatan alat ini ini:
1. Dapat mengaplikasikan pendekatan sistem kendali digital PID pada suatu alat sederhana.
2. Dapat mempelajari pendekatan dan parameter-paramater kendali dari alat yang dibuat.
2.4
Deskripsi Sistem
Sistem Plant
+
PID Control
Set Point
Rangkaian
Driver Triac
Optotriac
Lampu AC
Suhu
-
Sistem pendeteksi
Sensor suhu
LM35
Gambar Diagram Blok
Pada sistem tersebut, lampu yang menyala dari driver triac akan menghasilkan suhu.
Sensor suhu LM35 berfungsi sebagai umpan balik dari output untuk diproses ke controller
arduino uno dan juga sebagai mendeteksi besaran fisika berupa suhu, output dari sensor LM35
berupa tegangan kemudian akan di kuatkan dengan
rangkaian penguat tegangan op-amp
keluaran dari sensor suhu karena terlalu kecil. Set point berfungsi untuk mengatur suhu yang
diinginkan apakah suhu ingin naikan atau di turunkan pada lampu dengan mengatur intensistas,
kemudian hasil set point di proses kontroller arduino. Kontroller arduino akan memeroses data
antara suhu di output dengan set point yang diinginkan untuk mengatur tegangan dc yang masuk
5
ke optotriac. Rangkaian driver akan mengatur tegangan input ac yang sudah diatur oleh arduino
uno. Lampu berfungsi sebagai actuator pada sistem ini.
3. Penutup
Demikian dokumen B100 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
6
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B200: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B200
B200 – 02
01
SKD2B_B100_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
21 April 2017
5
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
31 - 03 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
7
I. PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B200 yang dibuat berisi tentang spesifikasi sistem dari alat yang dibuat tugas
mata kuliah Elektronika Industri sebagai „sistem plant‟, Instrumentasi Elektronika sebagai
„sistem pendeteksi‟ dan tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Digital sebagai „controller
PID‟.. Dokumen B200 berisi tentang spesifikasi sensor, range tegangan, aktuator, dan spesifikasi
controller .
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B200 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B200 dapat menjadi acuan apabila terjadi
ketidaksesuaian terhadap alat dan komponen yang akan dirancang. Sehingga memudahkan
tindak lanjut/troubleshooting dari kekurangan sistem bila terjadi saat pengerjaan.
II.
SPESIFIKASI SISTEM
Dengan menggunakan Power Supply 5 volt, akan digunakan sebagai tegangan input
controller Arduino, untuk optocoupler 12 volt dan beberapa perangkat/komponen elektronik
utama yang akan mendukung sistem kendali suhu ruangan. Yakni, Sensor LM35 sebagai
feedback untuk sistem, Optotriac dan Rangkaian driver triac sebagai sistem plant, Lampu Pijar
60 W sebagai aktuator dari sistem dan LCD 16x2 sebagai display dari suhu tersebut. Berikut
dekripsi dan spesifikasi dari perangkat tersebut.
2.1 Controller (Arduino Uno)
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin
digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator
keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun
berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa
menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan
adaptor atau baterai.
8
Gambar 2.1 Arduino Uno
Gambar 2.2 Konfiguran port I/O Arduino Uno
Spesifikasi Arduino Uno:
2.2
Sensor Suhu (LM35)
9
Spesifikasi :
- Skala : 10 mVolt/ºC.
- Akurasi kalibrasi : 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
- Jangkauan suhu : antara -55 ºC sampai +150 ºC.
- Tegangan kerja : 4 sampai 30 volt.
- Arus : kurang dari 60 μA.
- Impedansi keluaran : 0,1 W untuk beban 1 mA.
- Ketidaklinieran : sekitar ± ¼ ºC
2.3
Optotriac MOC3020
Spesifikasi :
* Input-to-output peak voltage, 5 s maximum duration, 60 Hz -> 7.5 kV
10
* Input diode reverse voltage -> 3 V
* Input diode forward current, continuous -> 50 mA
* Output repetitive peak off-state Voltage -> 400 V
* Output on-state current, total rms value (50-60 Hz, full sine wave):
- TA = 25C -> 100 mA
- TA = 70C -> 50 mA
2.4
TRIAC BT136
Peak Gate Power : 5 W
Gate Trigger Voltage Max : 1 V Gate
Trigger Current Max : 10 mA On State
RMS Current : 4 A
11
Peak Repetitive Off-State Voltage : 600 V
2.5
Lampu Pijar Bohlam
Spesifikasi
2.6
:
Tegangan Input (VAC)
:
90 – 260 VAC
LCD 16x2 (Liquid Crystal Display)
Spesifikasi :
12
-
Jumlah Karakter
Dimensi
View Area
Active Area
Ukuran Karakter
Tegangan Kerja
: 16 Karakter x 2 Baris
: 80 x 36 x 13,5 mm
: 66 x 16 mm
: 56,20 x 11,5 mm
: 2,95 x 5,55 mm
: Vss – Vdd V
3 Penutup
Demikian dokumen B200 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
Referensi
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf diunggah 28 Maret 2017
http://www.vishay.com/docs/83657/mct5211.pdf diunggah 21 April 2017
https://m.bukalapak.com/p/rumah-tangga/elektronik-1111/lampu-alat-penerangan/7b5z98jual-lampu-pijar-philips-60-watt diunggah 28 Maret 2017
http://belajar-dasar-pemrograman.blogspot.co.id/2013/03/arduino-uno.html diunggah 28
Maret 2017
http://www.leselektronika.com/2012/06/liguid-crystal-display-lcd-16-x-2.html diunggah 28
Maret 2017
http://kazus.ru/datasheets/pdf-data/5231693/IRF/IRFZ24N.html diunggah 28 Maret 2017
13
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B300: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B300
B300 – 01
01
SKD2B_B300_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
5 Mei 2017
5
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
5 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
14
I. PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B300 yang dibuat berisi tentang spesifikasi sistem dari alat yang dibuat tugas mata
kuliah Elektronika Industri sebagai „sistem plant‟, Instrumentasi Elektronika sebagai „sistem
pendeteksi‟ dan tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Digital sebagai „controller PID‟..
Dokumen B300 berisi tentang blok koneksi antar modul, wiring sistem, dan flowchart dari
sistem kendali untuk proyek yang akan dibuat.
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B300 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B300 dapat menjadi acuan apabila terjadi
ketidaksesuaian terhadap alat dan komponen yang akan dirancang. Sehingga memudahkan
tindak lanjut/troubleshooting dari kekurangan sistem bila terjadi saat pengerjaan.
II. PERANCANGAN SISTEM
2.1
Blok Diagram Modul
Sistem Plant
Set Point
Suhu lampu
terhadapa sensor
suhu
+
PID
Control
Rangkaian
Zero Cross
Optotriac
Rangkaian
Driver Triac
Suhu
Lampu Pijar
-
Umpan Balik
Sensor suhu
LM35
Sistem kendali yang dibuat diawali dengan menentukan set point berupa suhu
lampu yang diinginkan terhadap sensor, dengan mengubah sudut picu untuk
mengaktifkan triac nilai tersebut akan menjadi acuan yang ditentukan pada controller,
tetapi memiliki batasan yaitu
0-180 derajat. Lampu akan terang atau pun meredup
15
tergantung dari sudut tersebut, untuk mengetahui sudut picu di arduino menggunakan
rangkaian zerocross . Setelah itu masuk ke kaki gate rangkaian driver triac untuk
menjalankan lampu tersebut. Pembacaan suhu dideteksi oleh sensor suhu LM35, jika ada
eror antara setpoint dengan response sebenarnya akan diolah dengan program kendali
PID yang dibuat pada Arduino Uno sebagai controller dan mengatur sudut picu agar suhu
pada response sama dengan set point.
2.2
System Wiring
Power Supply 5V akan menjadi catu daya dari Arduino Uno yang digunakan sebagai
controller, Sensor LM35 sebagai feedback, dan lampu pijar sebagai aktuator dari sistem. Ground
yang digunakan adalah ground dari salah satu pin di Arduino. Input dari sensor akan masuk ke
pin A0 dari Arduino Uno sebagai input analog. Hasil olah program dari arduino akan berupa
nilai pwm dari pin A8 untuk menentukan sudut picu dari rangkaian zero crossing kemudian ke
driver triac untuk menerangkan atau meredup dari lampu pijar tersebut.
16
2.4
Diagram Alir program
Mulai
Deklarasi Variabel
Setup / Input Nilai Awal
Baca Nilai start di pin 0
Tidak
Start==1?
Ya
Output diset 0
Reset perhitungan IE dan PID
Setting untuk time sampling
Tetap menampilkan SV dan PV
Proses perhitungan PID
Penyesuaian dengan
embedded system
Hitung waktu display
Tidak
IE>=EL?
Tampilkan display dan
reset IE untuk
Counting ulang
Ya
Set variable untuk
perhitungan selanjutnya
17
Algoritma dari sistem diawali dengan menentukan set point atau suhu dari sensor LM35
yang diinginkan. Selanjutnya, Sensor akan langsung membaca kondisi sebenarnya suhu pada
suhu lampu pijar, data dari sensor akan dikirimkan ke arduino masuk ke pin A0. Jika start sudah
dipasang menjadi logic 1, Apabila suhu lampu pijar yang dideteksi telah sesuai dengan nilai set
point, maka arduino akan mempertahankan kondisi tersebut . Apabila tidak sesuai, maka akan
terbaca sebagai nilai error yang akan menjadi acuan dari parameter pid yang dibuat pada
program. Arduino akan memproses perhitungan PID kemudian menentukan nilai sudut picu ke
driver triac apakah dinaikan sudut picu agar lampu semakin terang dan suhu menjadi naik atau
menurunkan sudut picu agar lampu semakin redup dan suhu menjadi menurun, untuk
mengetahui sudut picu menggunakan rangkaian zero crossing
III. Penutup
Demikian dokumen B300 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
18
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B400: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B400
B400 – 01
01
SKD2B_B400_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
19 Mei 2017
14
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
19 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
19
1.1
Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B400 ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem
Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan LM35. Pada dokumen
ini merupakan pengetesan komponen setpoint berupa potensiometer, display LCD, driver Triac
dan actuator lampu pijar 5 watt serta sensor suhu LM35 .
1.2
Tujuan Penulisan
1. Memudahkan proses pengembangan proyek.
2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.
3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengecekan komponen
1.3Lingkup pengujian
Lingkup pengujian dari sistem yang akan diuji adalah melihat kemampuan dari suatu
komponen atau blok yang akan digunakan, hasil pengujian akan menyatakan komponen atau blok
tersebut berada dalam keadaan baik atau tidak.
Berikut komponen atau blok yang akan diuji:
Potensiometer sebagai SV
Arduino sebagai Embeded System
Sensor LM35 sebagai Feedback
Lampu Pijar 220 Vac 5 Watt sebagai Aktuator
LCD sebagai Display
20
2.
Realisasi Sistem
2.1
Pengetesan Potensiometer
Gambar 2.1.1 Konfigurasi Koneksi Potensiometer dengan Arduino
Pengetesan potensiometer yang berfungsi sebagai SV (Setpoint Value) dilakukan dengan
membuat rangkaian seperti gambar 2.,1. Dengan menggunakan program untuk mengonversi nilai
pembacaan potensiometer ke nilai dengan range 0-6. Range 0-6 adalah nilai titik kerja yang dapat
dicapai oleh sistem. Hasil dari pengetesan komponen potensiometer dilihat pada serial plotter
dan serial monitor sebagai berikut.
21
Gambar 2.1.2 Source Code untuk mengetes potensiometer
Gambar 2.1.3 Hasil Pengetesan Potensiometer di Serial Plotter
22
Gambar 2.1.4 Hasil Pengetesan Potensiometer di Serial Monitor
23
2.2
Pengetesan LCD 16 x 2
Pengujian LCD 16 x 2 dilakukan dengan cara menghubung LCD 16 x 2 dengan Arduino Uno
dengan konfigurasi : Rs = 12, E = 11, DB4 = 5, DB5 = 4, DB6 = 3, DB7 = 2.
Hasil dari pengujian bisa dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.2.1 Source Code untuk pengetesan
24
Gambar 2.2.2 Realisasi dan Hasil Pengujian LCD 16 x 2
Dari hasil pengujian diatas, dapat dikatakan bahwa LCD 16 x 2 yang digunakan dalam keadaan
yang baik.
25
2.3
Pengetesan Sensor LM35
Gambar 2.3.1 Konfigurasi Koneksi Sensor LM35 dengan Arduino
Pengujian sensor LM35 sebagai Feedback system dilakukan dengan cara menghubungkan
sensor dengan Arduino Uno dengan konfigurasi seperti pada gambar berikut. Kemudian sensor
mendeteksi suhu ruangan untuk mengetahui apakah sensor dapat membaca perubahan suhu
dengan baik.
Hasil dari pengujian dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
26
2.3.1
Tanpa filter
Gambar 2.3.1.1 Source Code tanpa Filter
Gambar 2.3.1.2 Source Code tanpa Filter
27
Panjang gelombang keseluruhan = 340 mm
Panjang antar 1 gelombang = 20 mm
Waktu gelombang keseluruhan =7 sekon
Untuk mencari waktu antar 1 gelombang menggunakan perbandingan sebagai berikut
x
2.3.2
Dengan filter diubah menjadi 2 dekade
⁄
Gambar 2.3.2.1 Source Code dengan Filter 2 Dekade
28
Gambar 2.3.2 .2 Serial plotter respon dengan filter
2.4 Pengetesan Driver TRIAC dan Rangkaian Zero Crossing yang Diatur
oleh Arduino
Gambar source code untuk mengecek
29
2.4.1 Potensiometer diset minimum
Gambar 2.4.1.1 osiloskop potensiometer diset minimum
Gambar 2.4.1.2 respon beban lampu dengan potensiometer diset minimum
Terlihat bahwa pada lampu tidak menyala dan sudut picu dari zero cross di sudut minimum.
2.4.2 Potensiometer diset medium
30
Gambar 2.4.2.1 osiloskop potensiometer diset medium
Gambar 2.4.2.2 respon beban lampu dengan potensiometer diset medium
Terlihat bahwa pada lampu menyala sedang dan sudut picu dari zero cross di sudut medium.
2.4.3 Potensiometer diset maksimum
31
Gambar 2.4.3.1 osiloskop potensiometer diset maksimum
Gambar 2.4.3.2 respon beban lampu potensiometer diset maksimum
Terlihat bahwa pada lampu menyala terang dan sudut picu dari zero cross di sudut maksimum.
3. Penutup
Demikian dokumen B400 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
32
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B500: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B500
B500 – 01
01
SKD2B_B500_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
7 Juni 2017
14
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
19 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
33
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH
IV. PENGANTAR
4.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem Kendali Suhu
Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan LM35. Deskripsi dan gambaran
umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen
B200, desain telah diurakan pada dokumen B300, percobaan alaat telah diuraikan pada dokumen
B400. Pada dokumen ini akan dijelaskan desain kendali metode PID dengan menggunakan cara
Ziegler Nichols 1.
Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian. Bagian pertama menjelaskan
tentang cara menggunakan linierisasi sensor LM35 kemudian perhitungan menggunakan filter
digital. Bagian kedua merupakan desain kendali menggunakan metode Zielgler-Nicols tipe 1 dari
respon yang muncul dari pemanasan lampu. Bagian ketiga menentukan nilai parameter PID
sesuai dengan respon yang diinginkan.
4.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah untuk memenuhi tugas projek mandiri
gabungan antar matakuliah yaitu elektronika industry sebagai elektronika daya, instrumentasi
elektronika sebagai sensor dan sistem kendali digital sebagai controller PID, sehingga proyek ini
bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah: 1. Memudahkan proses
pengembangan proyek. 2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek. 3. Sebagai salah
satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri.
V. Linierisasi Sensor dan Filter Digital
5.1 Linierisasi Sensor
Pada pengambilan data suhu ,menggunakan waktu selama 10 menit tiap pengaturan dimming
dari lampu. Waktu 10 menit tersebut menghasilkan respon di thermometer dan LM35 steady
state, maka akan didapat hasil
-
Pengaturan Dimming 25
34
Suhu yang terbaca di LM35 sebesar 32 C
Suhu yang terbaca di Termometer sebesar 35 C
Gambar di Serial Monitor Dimming 25
-
Pengaturan Dimming 100
Suhu yang terbaca di LM35 sebesar 27 C
Suhu yang terbaca di Termometer sebesar 28 C
35
Gambar di Serial Monitor Dimming 25
Setelah mendapat data suhu dari 2 kondisi dimming, kemudian mencari persamaan
tersebut menggunakan metode eliminasi
Y=ax+b
Y=suhu thermometer
X=suhu LM35
Maka didapat persamaan dari kedua kondisi yaitu
1. 35=32a+b
2. 28=27a+b
Metode eliminasi
35=32a+b
28=27a+b
-------------7=5a
36
a=
-
= 1,4
Nilai a kemudian di substitusi ke salah satu persamaan, maka akan didapat hasil b
35=32 x (1,4) + b
35=44,8 + b
b=-9,8
Hasil a dan b telah di dapat, maka persamaan sensor LM35 tersebut yaitu
Y=1,4x-9,8
2.2
Filter Digital
Gambar Respon sensor LM35 ketika tanpa filter
Pada respon sensor di serial plotter terlihat bahwa respon dari sensor tersebut memiliki
Noise, maka diperlukan pemfilteran dengan prinsip Low- Pass Filter
-
Hasil pengambilan data
Panjang gelombang keseluruhan = 340 mm
Panjang antar 1 gelombang = 20 mm
Waktu gelombang keseluruhan =7 sekon
Untuk mencari waktu antar 1 gelombang menggunakan perbandingan sebagai berikut
x
37
Nilai W tersebut merupakan frekuensi cutoff
⁄
Hasil respon di serial plotter setelah difilter 2 dekade
Gambar Respon sensor LM35 ketika dengan filter 2 dekade
3. Proses Desain Kendali ZN-1 dan Hasil Respon Desain Kendali di PID Backward
Difference
3.1
Proses Desain Kendali ZN-1
38
Suhu (C)
Time(Menit)
Gambar 3.1 Respon Sistem
L
Titik
T
Panjang (cm)
Keterangan
39
1
1,12
2
2
3
4
Waktu yang diperlukan untuk mendapat respon tersebut selama 12 menit atau 720 s dan panjang
gambar sebesar 126,3 mm, maka nilai-nilai parameter PID didapat
Perbandingan waktu =
L=(titik2-titik1) x waktu respon = (20-11,2) x 5,691 = 50,08
T=(titik3-titik2) x waktu respon = (40-20) x 5,691 = 113,82
��
�
3.2
= 1,2
= 1,2
= 2xL
= 2 50,08 = 100,16
= 0,5
L
= 2,727
= 0,5 50,08 = 25,04
Respon Sistem Hasil Desain di PID Backward Difference
Suhu (C)
Time(Menit)
Gambar 2.3 Respon Sistem Hasil Desain
Pada gambar terlihat bahwa hasil respon dari desain kendali memiliki setting time yang lama dan
ketika set point di naikan, respon tidak naik mengikuti set point
40
4. Penutup
Demikian dokumen B500 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
41
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B500: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B600
B600 – 01
01
SKD2B_B500_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
18 Juni 2017
3
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
19 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
42
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH
1. PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem Kendali Suhu
Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan LM35. Deskripsi dan gambaran
umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen
B200, desain telah diurakan pada dokumen B300, percobaan alaat telah diuraikan pada dokumen
B400. B500 menjelaskan linierisasi sensor LM35 kemudian perhitungan menggunakan filter
digita, desain kendali menggunakan metode Zielgler-Nicols tipe 1 dari respon yang muncul dari
pemanasan lampu. Bagian ketiga menentukan nilai parameter PID sesuai dengan respon yang
diinginkan.
Pada dokumen B600 ini berisi realisasi PID tipe backward difference, tuning akhir kendali dan
memberi gangguan sistem
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah untuk memenuhi tugas projek mandiri
gabungan antar matakuliah yaitu elektronika industry sebagai elektronika daya, instrumentasi
elektronika sebagai sensor dan sistem kendali digital sebagai controller PID, sehingga proyek ini
bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah:
1. Memudahkan proses pengembangan proyek.
2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.
3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri.
2.
Tuning Akhir Kendali dan Pengetesan dengan gangguan
2.1
Tuning Akhir Kendali
43
Suhu (C)
Time (Menit)
Berdasarkan hasil desain kendali yang belum sempurna setting time yang masih kurang
dan ketika set point dinaikan respon tidak menaik, maka diperlukan pendekatan tuning kendali
secara manual, meskipun dilakukan secara eksperimental namun tetap sesuai dengan perhitungan
pengaruh parameter PID terhadap respon. Seperti pada tabel dibawah. Untuk memperbaiki
setting time maka nilai Ti perlu diperbesar dan Td diperkecil, untuk set point dinaikan respon
tidak menaik overshoot perlu dinaikan dengan Kp di perbesar. Hasil tuning parameter akhir PID
backward difference yaitu
Kp
= 50
Ti
= 2.000
Td
= 0.004
2.2
Pengetesan dengan Gangguan
44
Suhu (C)
Time (menit)
Pemberian gangguan di plant ketika respon sudah stabil dengan cara ruangan di
dinginkan dengan kipas, maka terlihat bahwa respon saat diberi gangguan menurun kemudian
setelah tidak ada gangguan tersebut, respon dengan cepat kembali stabil.
3. Penutup
Demikian dokumen B400 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
45
PID berbasis Arduino, Triac dan LM35
Laporan
Disusun untuk memenuhi Tugas mata kuliah Sistem Kendali Digital
Disusun oleh :
Kun Aldi Indarto
151311047
2-B
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2017
8
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas rahmat, hidayah serta
karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan laporan pembuatan project mandiri Sistem
Kendali Digital (SKD) semester 4.
Laporan ini disusun berdasarkan proses perancangan dan pembuatan project yang
berjudul “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan
LM35” sebagai tugas project mata kuliah Sistem Kendali Digital.
Penulis berharap semoga laporan project ini dapat memberi manfaat bagi penulis dan
rekan-rekan mahasiswa pada khususnya serta seluruh pembaca pada umumnya.
Namun tidak lepas dari semua itu, penulis menyadari bahwa terdapat kekurangan, baik
dari segi penyusunan bahasa maupun pada segi lainnya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan
adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan laporan ini. Terimakasih.
Bandung, 22 Juni 2017
Penulis
1
Daftar isi
Kata Pengantar…………………………………………………………………………………….1
Daftar Isi…………………………………………………………………………………………..2
Dokumen B100 Rancangan Sistem Plant yang akan Dibuat……………………………………...3
Dokumen B200 Spesifikasi Sistem………………………………………………………………..7
Dokumen B300 Perancangan Sistem…………………………………………………………….14
Dokumen B400 Pengujian per modul/ blok……………………………………………………...19
Dokumen B500 Desain Kendali…………………………………………………………………33
Dokumen B600 Uji Kendali, Tuning Parameter dan Uji terhadap gangguan…………………...42
2
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B100: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B100
B100 – 03
02
SKD2B_B100_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
21 April 2017
5
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
24 - 03 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
3
1. Pengantar
1.1
Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B100 yang dibuat berisi tentang gagasan atau ide yang dikaitkan dengan tugas
mata kuliah Elektronika Industri sebagai „sistem plant‟, Instrumentasi Elektronika sebagai
„sistem pendeteksi‟ dan tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Digital sebagai „kontroller PID‟.
Dokumen B100 berisi tentang rancangan sistem yang akan dibuat.
1.2
Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B100 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B100 berisi penjelasan mengenai latar belakang proyek
ini dibuat. Dokumen B100 ini juga diharapkan dapat memberikan pemahaman mengenai alat
yang akan dibuat dan dikembangkan.
2.
Pengembangan Proposal
2.1
Latar Belakang
Pada masa dewasa ini, perkembangan di dunia industri berkembang sangat cepat. Salah
satunya di bidang sistem kendali. Banyak variasi-variasi dan jenis dari sistem kendali untuk
mengatur “plant” yang berfungsi agar plant secara cepat bekerja, presisi terhadap hasil yang
diinginkan dan jika diberi gangguan akan kembali stabil secara cepat.
Salah satu jenis sistem kendali yang populer di dunia industri yaitu controller PID yang
bekerja mengendalikan sistem dengan memanipulasi sinyal error, sehingga respon sistem
(output) sama dengan yang diinginkan (input). Salah satu aplikasi dari sistem kendali PID yaitu
kendali suhu dengan tujuan memperoleh suhu yang diinginkan dalam waktu yang relatif singkat
serta dapat mempertahankan suhu dalam kondisi stabil meski terdapat gangguan.
2.2
Rumusan Masalah
1. Bagaimana perancangan alat dan desain kendali pada proyek ini?
2. Bagaimana cara kerja dari alat tersebut?
3. Bagaimana pengaruh dari alat jika diberi gangguan?
4
2.3
Tujuan
Tujuan yang diharapkan dari pembuatan alat ini ini:
1. Dapat mengaplikasikan pendekatan sistem kendali digital PID pada suatu alat sederhana.
2. Dapat mempelajari pendekatan dan parameter-paramater kendali dari alat yang dibuat.
2.4
Deskripsi Sistem
Sistem Plant
+
PID Control
Set Point
Rangkaian
Driver Triac
Optotriac
Lampu AC
Suhu
-
Sistem pendeteksi
Sensor suhu
LM35
Gambar Diagram Blok
Pada sistem tersebut, lampu yang menyala dari driver triac akan menghasilkan suhu.
Sensor suhu LM35 berfungsi sebagai umpan balik dari output untuk diproses ke controller
arduino uno dan juga sebagai mendeteksi besaran fisika berupa suhu, output dari sensor LM35
berupa tegangan kemudian akan di kuatkan dengan
rangkaian penguat tegangan op-amp
keluaran dari sensor suhu karena terlalu kecil. Set point berfungsi untuk mengatur suhu yang
diinginkan apakah suhu ingin naikan atau di turunkan pada lampu dengan mengatur intensistas,
kemudian hasil set point di proses kontroller arduino. Kontroller arduino akan memeroses data
antara suhu di output dengan set point yang diinginkan untuk mengatur tegangan dc yang masuk
5
ke optotriac. Rangkaian driver akan mengatur tegangan input ac yang sudah diatur oleh arduino
uno. Lampu berfungsi sebagai actuator pada sistem ini.
3. Penutup
Demikian dokumen B100 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
6
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B200: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B200
B200 – 02
01
SKD2B_B100_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
21 April 2017
5
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
31 - 03 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
7
I. PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B200 yang dibuat berisi tentang spesifikasi sistem dari alat yang dibuat tugas
mata kuliah Elektronika Industri sebagai „sistem plant‟, Instrumentasi Elektronika sebagai
„sistem pendeteksi‟ dan tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Digital sebagai „controller
PID‟.. Dokumen B200 berisi tentang spesifikasi sensor, range tegangan, aktuator, dan spesifikasi
controller .
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B200 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B200 dapat menjadi acuan apabila terjadi
ketidaksesuaian terhadap alat dan komponen yang akan dirancang. Sehingga memudahkan
tindak lanjut/troubleshooting dari kekurangan sistem bila terjadi saat pengerjaan.
II.
SPESIFIKASI SISTEM
Dengan menggunakan Power Supply 5 volt, akan digunakan sebagai tegangan input
controller Arduino, untuk optocoupler 12 volt dan beberapa perangkat/komponen elektronik
utama yang akan mendukung sistem kendali suhu ruangan. Yakni, Sensor LM35 sebagai
feedback untuk sistem, Optotriac dan Rangkaian driver triac sebagai sistem plant, Lampu Pijar
60 W sebagai aktuator dari sistem dan LCD 16x2 sebagai display dari suhu tersebut. Berikut
dekripsi dan spesifikasi dari perangkat tersebut.
2.1 Controller (Arduino Uno)
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin
digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator
keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun
berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa
menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan
adaptor atau baterai.
8
Gambar 2.1 Arduino Uno
Gambar 2.2 Konfiguran port I/O Arduino Uno
Spesifikasi Arduino Uno:
2.2
Sensor Suhu (LM35)
9
Spesifikasi :
- Skala : 10 mVolt/ºC.
- Akurasi kalibrasi : 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
- Jangkauan suhu : antara -55 ºC sampai +150 ºC.
- Tegangan kerja : 4 sampai 30 volt.
- Arus : kurang dari 60 μA.
- Impedansi keluaran : 0,1 W untuk beban 1 mA.
- Ketidaklinieran : sekitar ± ¼ ºC
2.3
Optotriac MOC3020
Spesifikasi :
* Input-to-output peak voltage, 5 s maximum duration, 60 Hz -> 7.5 kV
10
* Input diode reverse voltage -> 3 V
* Input diode forward current, continuous -> 50 mA
* Output repetitive peak off-state Voltage -> 400 V
* Output on-state current, total rms value (50-60 Hz, full sine wave):
- TA = 25C -> 100 mA
- TA = 70C -> 50 mA
2.4
TRIAC BT136
Peak Gate Power : 5 W
Gate Trigger Voltage Max : 1 V Gate
Trigger Current Max : 10 mA On State
RMS Current : 4 A
11
Peak Repetitive Off-State Voltage : 600 V
2.5
Lampu Pijar Bohlam
Spesifikasi
2.6
:
Tegangan Input (VAC)
:
90 – 260 VAC
LCD 16x2 (Liquid Crystal Display)
Spesifikasi :
12
-
Jumlah Karakter
Dimensi
View Area
Active Area
Ukuran Karakter
Tegangan Kerja
: 16 Karakter x 2 Baris
: 80 x 36 x 13,5 mm
: 66 x 16 mm
: 56,20 x 11,5 mm
: 2,95 x 5,55 mm
: Vss – Vdd V
3 Penutup
Demikian dokumen B200 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
Referensi
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf diunggah 28 Maret 2017
http://www.vishay.com/docs/83657/mct5211.pdf diunggah 21 April 2017
https://m.bukalapak.com/p/rumah-tangga/elektronik-1111/lampu-alat-penerangan/7b5z98jual-lampu-pijar-philips-60-watt diunggah 28 Maret 2017
http://belajar-dasar-pemrograman.blogspot.co.id/2013/03/arduino-uno.html diunggah 28
Maret 2017
http://www.leselektronika.com/2012/06/liguid-crystal-display-lcd-16-x-2.html diunggah 28
Maret 2017
http://kazus.ru/datasheets/pdf-data/5231693/IRF/IRFZ24N.html diunggah 28 Maret 2017
13
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B300: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B300
B300 – 01
01
SKD2B_B300_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
5 Mei 2017
5
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
5 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
14
I. PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B300 yang dibuat berisi tentang spesifikasi sistem dari alat yang dibuat tugas mata
kuliah Elektronika Industri sebagai „sistem plant‟, Instrumentasi Elektronika sebagai „sistem
pendeteksi‟ dan tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Digital sebagai „controller PID‟..
Dokumen B300 berisi tentang blok koneksi antar modul, wiring sistem, dan flowchart dari
sistem kendali untuk proyek yang akan dibuat.
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B300 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B300 dapat menjadi acuan apabila terjadi
ketidaksesuaian terhadap alat dan komponen yang akan dirancang. Sehingga memudahkan
tindak lanjut/troubleshooting dari kekurangan sistem bila terjadi saat pengerjaan.
II. PERANCANGAN SISTEM
2.1
Blok Diagram Modul
Sistem Plant
Set Point
Suhu lampu
terhadapa sensor
suhu
+
PID
Control
Rangkaian
Zero Cross
Optotriac
Rangkaian
Driver Triac
Suhu
Lampu Pijar
-
Umpan Balik
Sensor suhu
LM35
Sistem kendali yang dibuat diawali dengan menentukan set point berupa suhu
lampu yang diinginkan terhadap sensor, dengan mengubah sudut picu untuk
mengaktifkan triac nilai tersebut akan menjadi acuan yang ditentukan pada controller,
tetapi memiliki batasan yaitu
0-180 derajat. Lampu akan terang atau pun meredup
15
tergantung dari sudut tersebut, untuk mengetahui sudut picu di arduino menggunakan
rangkaian zerocross . Setelah itu masuk ke kaki gate rangkaian driver triac untuk
menjalankan lampu tersebut. Pembacaan suhu dideteksi oleh sensor suhu LM35, jika ada
eror antara setpoint dengan response sebenarnya akan diolah dengan program kendali
PID yang dibuat pada Arduino Uno sebagai controller dan mengatur sudut picu agar suhu
pada response sama dengan set point.
2.2
System Wiring
Power Supply 5V akan menjadi catu daya dari Arduino Uno yang digunakan sebagai
controller, Sensor LM35 sebagai feedback, dan lampu pijar sebagai aktuator dari sistem. Ground
yang digunakan adalah ground dari salah satu pin di Arduino. Input dari sensor akan masuk ke
pin A0 dari Arduino Uno sebagai input analog. Hasil olah program dari arduino akan berupa
nilai pwm dari pin A8 untuk menentukan sudut picu dari rangkaian zero crossing kemudian ke
driver triac untuk menerangkan atau meredup dari lampu pijar tersebut.
16
2.4
Diagram Alir program
Mulai
Deklarasi Variabel
Setup / Input Nilai Awal
Baca Nilai start di pin 0
Tidak
Start==1?
Ya
Output diset 0
Reset perhitungan IE dan PID
Setting untuk time sampling
Tetap menampilkan SV dan PV
Proses perhitungan PID
Penyesuaian dengan
embedded system
Hitung waktu display
Tidak
IE>=EL?
Tampilkan display dan
reset IE untuk
Counting ulang
Ya
Set variable untuk
perhitungan selanjutnya
17
Algoritma dari sistem diawali dengan menentukan set point atau suhu dari sensor LM35
yang diinginkan. Selanjutnya, Sensor akan langsung membaca kondisi sebenarnya suhu pada
suhu lampu pijar, data dari sensor akan dikirimkan ke arduino masuk ke pin A0. Jika start sudah
dipasang menjadi logic 1, Apabila suhu lampu pijar yang dideteksi telah sesuai dengan nilai set
point, maka arduino akan mempertahankan kondisi tersebut . Apabila tidak sesuai, maka akan
terbaca sebagai nilai error yang akan menjadi acuan dari parameter pid yang dibuat pada
program. Arduino akan memproses perhitungan PID kemudian menentukan nilai sudut picu ke
driver triac apakah dinaikan sudut picu agar lampu semakin terang dan suhu menjadi naik atau
menurunkan sudut picu agar lampu semakin redup dan suhu menjadi menurun, untuk
mengetahui sudut picu menggunakan rangkaian zero crossing
III. Penutup
Demikian dokumen B300 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
18
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B400: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B400
B400 – 01
01
SKD2B_B400_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
19 Mei 2017
14
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
19 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
19
1.1
Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B400 ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem
Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan LM35. Pada dokumen
ini merupakan pengetesan komponen setpoint berupa potensiometer, display LCD, driver Triac
dan actuator lampu pijar 5 watt serta sensor suhu LM35 .
1.2
Tujuan Penulisan
1. Memudahkan proses pengembangan proyek.
2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.
3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengecekan komponen
1.3Lingkup pengujian
Lingkup pengujian dari sistem yang akan diuji adalah melihat kemampuan dari suatu
komponen atau blok yang akan digunakan, hasil pengujian akan menyatakan komponen atau blok
tersebut berada dalam keadaan baik atau tidak.
Berikut komponen atau blok yang akan diuji:
Potensiometer sebagai SV
Arduino sebagai Embeded System
Sensor LM35 sebagai Feedback
Lampu Pijar 220 Vac 5 Watt sebagai Aktuator
LCD sebagai Display
20
2.
Realisasi Sistem
2.1
Pengetesan Potensiometer
Gambar 2.1.1 Konfigurasi Koneksi Potensiometer dengan Arduino
Pengetesan potensiometer yang berfungsi sebagai SV (Setpoint Value) dilakukan dengan
membuat rangkaian seperti gambar 2.,1. Dengan menggunakan program untuk mengonversi nilai
pembacaan potensiometer ke nilai dengan range 0-6. Range 0-6 adalah nilai titik kerja yang dapat
dicapai oleh sistem. Hasil dari pengetesan komponen potensiometer dilihat pada serial plotter
dan serial monitor sebagai berikut.
21
Gambar 2.1.2 Source Code untuk mengetes potensiometer
Gambar 2.1.3 Hasil Pengetesan Potensiometer di Serial Plotter
22
Gambar 2.1.4 Hasil Pengetesan Potensiometer di Serial Monitor
23
2.2
Pengetesan LCD 16 x 2
Pengujian LCD 16 x 2 dilakukan dengan cara menghubung LCD 16 x 2 dengan Arduino Uno
dengan konfigurasi : Rs = 12, E = 11, DB4 = 5, DB5 = 4, DB6 = 3, DB7 = 2.
Hasil dari pengujian bisa dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.2.1 Source Code untuk pengetesan
24
Gambar 2.2.2 Realisasi dan Hasil Pengujian LCD 16 x 2
Dari hasil pengujian diatas, dapat dikatakan bahwa LCD 16 x 2 yang digunakan dalam keadaan
yang baik.
25
2.3
Pengetesan Sensor LM35
Gambar 2.3.1 Konfigurasi Koneksi Sensor LM35 dengan Arduino
Pengujian sensor LM35 sebagai Feedback system dilakukan dengan cara menghubungkan
sensor dengan Arduino Uno dengan konfigurasi seperti pada gambar berikut. Kemudian sensor
mendeteksi suhu ruangan untuk mengetahui apakah sensor dapat membaca perubahan suhu
dengan baik.
Hasil dari pengujian dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
26
2.3.1
Tanpa filter
Gambar 2.3.1.1 Source Code tanpa Filter
Gambar 2.3.1.2 Source Code tanpa Filter
27
Panjang gelombang keseluruhan = 340 mm
Panjang antar 1 gelombang = 20 mm
Waktu gelombang keseluruhan =7 sekon
Untuk mencari waktu antar 1 gelombang menggunakan perbandingan sebagai berikut
x
2.3.2
Dengan filter diubah menjadi 2 dekade
⁄
Gambar 2.3.2.1 Source Code dengan Filter 2 Dekade
28
Gambar 2.3.2 .2 Serial plotter respon dengan filter
2.4 Pengetesan Driver TRIAC dan Rangkaian Zero Crossing yang Diatur
oleh Arduino
Gambar source code untuk mengecek
29
2.4.1 Potensiometer diset minimum
Gambar 2.4.1.1 osiloskop potensiometer diset minimum
Gambar 2.4.1.2 respon beban lampu dengan potensiometer diset minimum
Terlihat bahwa pada lampu tidak menyala dan sudut picu dari zero cross di sudut minimum.
2.4.2 Potensiometer diset medium
30
Gambar 2.4.2.1 osiloskop potensiometer diset medium
Gambar 2.4.2.2 respon beban lampu dengan potensiometer diset medium
Terlihat bahwa pada lampu menyala sedang dan sudut picu dari zero cross di sudut medium.
2.4.3 Potensiometer diset maksimum
31
Gambar 2.4.3.1 osiloskop potensiometer diset maksimum
Gambar 2.4.3.2 respon beban lampu potensiometer diset maksimum
Terlihat bahwa pada lampu menyala terang dan sudut picu dari zero cross di sudut maksimum.
3. Penutup
Demikian dokumen B400 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
32
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B500: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B500
B500 – 01
01
SKD2B_B500_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
7 Juni 2017
14
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
19 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
33
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH
IV. PENGANTAR
4.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem Kendali Suhu
Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan LM35. Deskripsi dan gambaran
umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen
B200, desain telah diurakan pada dokumen B300, percobaan alaat telah diuraikan pada dokumen
B400. Pada dokumen ini akan dijelaskan desain kendali metode PID dengan menggunakan cara
Ziegler Nichols 1.
Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian. Bagian pertama menjelaskan
tentang cara menggunakan linierisasi sensor LM35 kemudian perhitungan menggunakan filter
digital. Bagian kedua merupakan desain kendali menggunakan metode Zielgler-Nicols tipe 1 dari
respon yang muncul dari pemanasan lampu. Bagian ketiga menentukan nilai parameter PID
sesuai dengan respon yang diinginkan.
4.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah untuk memenuhi tugas projek mandiri
gabungan antar matakuliah yaitu elektronika industry sebagai elektronika daya, instrumentasi
elektronika sebagai sensor dan sistem kendali digital sebagai controller PID, sehingga proyek ini
bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah: 1. Memudahkan proses
pengembangan proyek. 2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek. 3. Sebagai salah
satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri.
V. Linierisasi Sensor dan Filter Digital
5.1 Linierisasi Sensor
Pada pengambilan data suhu ,menggunakan waktu selama 10 menit tiap pengaturan dimming
dari lampu. Waktu 10 menit tersebut menghasilkan respon di thermometer dan LM35 steady
state, maka akan didapat hasil
-
Pengaturan Dimming 25
34
Suhu yang terbaca di LM35 sebesar 32 C
Suhu yang terbaca di Termometer sebesar 35 C
Gambar di Serial Monitor Dimming 25
-
Pengaturan Dimming 100
Suhu yang terbaca di LM35 sebesar 27 C
Suhu yang terbaca di Termometer sebesar 28 C
35
Gambar di Serial Monitor Dimming 25
Setelah mendapat data suhu dari 2 kondisi dimming, kemudian mencari persamaan
tersebut menggunakan metode eliminasi
Y=ax+b
Y=suhu thermometer
X=suhu LM35
Maka didapat persamaan dari kedua kondisi yaitu
1. 35=32a+b
2. 28=27a+b
Metode eliminasi
35=32a+b
28=27a+b
-------------7=5a
36
a=
-
= 1,4
Nilai a kemudian di substitusi ke salah satu persamaan, maka akan didapat hasil b
35=32 x (1,4) + b
35=44,8 + b
b=-9,8
Hasil a dan b telah di dapat, maka persamaan sensor LM35 tersebut yaitu
Y=1,4x-9,8
2.2
Filter Digital
Gambar Respon sensor LM35 ketika tanpa filter
Pada respon sensor di serial plotter terlihat bahwa respon dari sensor tersebut memiliki
Noise, maka diperlukan pemfilteran dengan prinsip Low- Pass Filter
-
Hasil pengambilan data
Panjang gelombang keseluruhan = 340 mm
Panjang antar 1 gelombang = 20 mm
Waktu gelombang keseluruhan =7 sekon
Untuk mencari waktu antar 1 gelombang menggunakan perbandingan sebagai berikut
x
37
Nilai W tersebut merupakan frekuensi cutoff
⁄
Hasil respon di serial plotter setelah difilter 2 dekade
Gambar Respon sensor LM35 ketika dengan filter 2 dekade
3. Proses Desain Kendali ZN-1 dan Hasil Respon Desain Kendali di PID Backward
Difference
3.1
Proses Desain Kendali ZN-1
38
Suhu (C)
Time(Menit)
Gambar 3.1 Respon Sistem
L
Titik
T
Panjang (cm)
Keterangan
39
1
1,12
2
2
3
4
Waktu yang diperlukan untuk mendapat respon tersebut selama 12 menit atau 720 s dan panjang
gambar sebesar 126,3 mm, maka nilai-nilai parameter PID didapat
Perbandingan waktu =
L=(titik2-titik1) x waktu respon = (20-11,2) x 5,691 = 50,08
T=(titik3-titik2) x waktu respon = (40-20) x 5,691 = 113,82
��
�
3.2
= 1,2
= 1,2
= 2xL
= 2 50,08 = 100,16
= 0,5
L
= 2,727
= 0,5 50,08 = 25,04
Respon Sistem Hasil Desain di PID Backward Difference
Suhu (C)
Time(Menit)
Gambar 2.3 Respon Sistem Hasil Desain
Pada gambar terlihat bahwa hasil respon dari desain kendali memiliki setting time yang lama dan
ketika set point di naikan, respon tidak naik mengikuti set point
40
4. Penutup
Demikian dokumen B500 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
41
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen
Jenis Dokumen
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
Unit Penerbit
Jumlah Halaman
Dokumen B500: “Sistem Kendali Suhu Ruangan dengan metode PID
berbasis Arduino, Triac dan LM35”
B600
B600 – 01
01
SKD2B_B500_Kun Aldi Indarto_Proyek Mandiri.docx
18 Juni 2017
3
Data Pengusul
Pengusul Nama
Kun Aldi Indarto
Tanggal
19 - 05 - 2017
Jabatan
Ketua Regu
Mahasiswa DIII Elektronika
151311047
Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon
(022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789
Faks : 022-2013889
Email : [email protected]
42
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH
1. PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem Kendali Suhu
Ruangan dengan metode PID berbasis Arduino, Triac dan LM35. Deskripsi dan gambaran
umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen
B200, desain telah diurakan pada dokumen B300, percobaan alaat telah diuraikan pada dokumen
B400. B500 menjelaskan linierisasi sensor LM35 kemudian perhitungan menggunakan filter
digita, desain kendali menggunakan metode Zielgler-Nicols tipe 1 dari respon yang muncul dari
pemanasan lampu. Bagian ketiga menentukan nilai parameter PID sesuai dengan respon yang
diinginkan.
Pada dokumen B600 ini berisi realisasi PID tipe backward difference, tuning akhir kendali dan
memberi gangguan sistem
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah untuk memenuhi tugas projek mandiri
gabungan antar matakuliah yaitu elektronika industry sebagai elektronika daya, instrumentasi
elektronika sebagai sensor dan sistem kendali digital sebagai controller PID, sehingga proyek ini
bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah:
1. Memudahkan proses pengembangan proyek.
2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.
3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri.
2.
Tuning Akhir Kendali dan Pengetesan dengan gangguan
2.1
Tuning Akhir Kendali
43
Suhu (C)
Time (Menit)
Berdasarkan hasil desain kendali yang belum sempurna setting time yang masih kurang
dan ketika set point dinaikan respon tidak menaik, maka diperlukan pendekatan tuning kendali
secara manual, meskipun dilakukan secara eksperimental namun tetap sesuai dengan perhitungan
pengaruh parameter PID terhadap respon. Seperti pada tabel dibawah. Untuk memperbaiki
setting time maka nilai Ti perlu diperbesar dan Td diperkecil, untuk set point dinaikan respon
tidak menaik overshoot perlu dinaikan dengan Kp di perbesar. Hasil tuning parameter akhir PID
backward difference yaitu
Kp
= 50
Ti
= 2.000
Td
= 0.004
2.2
Pengetesan dengan Gangguan
44
Suhu (C)
Time (menit)
Pemberian gangguan di plant ketika respon sudah stabil dengan cara ruangan di
dinginkan dengan kipas, maka terlihat bahwa respon saat diberi gangguan menurun kemudian
setelah tidak ada gangguan tersebut, respon dengan cepat kembali stabil.
3. Penutup
Demikian dokumen B400 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
45