Perancangan Miniatur Sistem Kendali dan Monitoring Suhu Tangki Berpengaduk Menggunakan PLC dan LabVIEW dengan Metode Fuzzy Mamdani
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.
2
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.
4
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.
6
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.
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.
2
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.
4
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.
6
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.