PENGENDALI TEKANAN UAP PADA SISTEM PEMANAS AIR BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
PENGENDALI TEKANAN UAP PADA SISTEM
PEMANAS AIR BERBASIS MIKROKONTROLER
AT89S51
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
DOMINICUS YOGA KRISTAWAN
NIM : 025114018
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
STEAM PRESSURE CONTROLLER OF WATER HEATER SYSTEM BASED ON MICROCONTROLER AT89S51 FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering Study Program By : DOMINICUS YOGA KRISTAWAN Student Number : 025114018 ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2007
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”
Yogyakarta, 10 September 2007
Dominicus Yoga Kristawan Aku persembahkan tugas akhir ini untuk:
Tuhan Yesus Kristus
Bapak, Ibu dan Mas Wahyu
INTISARI
Tekanan uap merupakan tekanan yang terjadi di dalam ketel uap (boiler) pada saat proses pemanasan air. Pengendali tekanan uap ini dirancang untuk mengendalikan tekanan uap yang terjadi di dalam boiler sesuai dengan nilai yang dikehendaki, dengan cara memanipulasi pemanas.
Pengendali tekanan uap ini menggunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai perangkat yang bertugas untuk menentukan keputusan-keputusan selama proses pengendalian. Proses pengendalian dilakukan dengan mengubah data dari sensor ke dalam bentuk biner dengan menggunakan ADC, kemudian data tersebut oleh mikrokontroler akan dibandingkan dengan nilai tekanan set point (tekanan yang dikehendaki). Proses pengendalian dilakukan dengan mematikan pemanas pada saat tekanan di dalam boiler sama dengan nilai tekanan set point, kemudian pengendali akan meyalakan pemanas kembali pada saat tekanan di dalam boiler sama dengan nilai batas bawah (0,04 bar dari nilai yang dipilih). Pengendali tekanan uap ini dilengkapi dengan
seven segment untuk menampilkan informasi (nilai tekanan set point dan tekanan uap di
dalam boiler). Nilai tekanan set point dapat dipilih dalam rentang 0 bar sampai dengan 1,5 bar (dengan kenaikan 0,1 bar).
Setelah dilakukan serangkaian pengujian untuk empat nilai tekanan set point (0,2 bar, 0,5 bar 1,0 bar dan 1,5 bar), alat pengendali tekanan uap yang telah dikerjakan ini dapat bekerja sesuai dengan proses pengendalian yang diharapkan. Tekanan uap di dalam boiler dapat dijaga agar berosilasi pada rentang set point dan batas bawah sampai tombol stop ditekan. Kata kunci : tekanan uap, mikrokontroler
ABSTRACT Steam pressure is the pressure that happened in boiler at the water boiling process.
This steam pressure controller designed to control the steam pressure that happened in the boiler according to the desired value by manipulating heater.
This steam pressure controller uses AT89S51 microcontroller as peripheral to determine the decisions during controlling process. The controlling process is conducted by converting data from censor into binary form by using ADC, then the data will be compared by the microcontroller to a set point pressure value (the desired pressure). Controlling process is conducted by shutting down the heater when the pressure in the boiler is equal to set point pressure value, then controller will reactivating the heater when the pressure in boiler is equal to low limit value (0,04 bar from selected value). This steam pressure controller is equipped with the seven segments to show the information (set point pressure value and steam pressure in boiler). Set point pressure value can be selected at the span of 0 to 1,5 bar (with 0,1 bar increase)
After series of testing are conducted for the four set point pressure values (0,2 bar, 0,5 bar 1,0 bar and 1,5 bar), this steam pressure controller which has been done, can work as according to the operation process properly. The steam process in the boiler can be kept to oscillate at the set point span and the low limit until sop button is pressed.
Keyword : steam pressure, microcontroller
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan karunia keselamatan yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar sarjana teknik pada program studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma. Selama pengerjaan tugas akhir ini, penulis mendapatkan perhatian dan dorongan dari banyak pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku dekan fakultas sains dan teknologi.
2. Bapak Bayu Primawan, S.T., M.Eng., selaku ketua jurusan teknik elektro.
3. Ibu B.Wuri Harini, S.T., M.T., selaku pembimbing I atas segala bimbingan, kesabaran dan dorongan selama proses pengerjaan tugas akhir.
4. Bapak Ir. Tjendro, selaku pembimbing II atas arahan dan dukungan serta ide- ide yang selalu diberikan saat penulis mengalami kesulitan.
5. Bapak, Ibu dan Mas Wahyu, atas semangat dan doa yang selalu diberikan, dan juga atas dukungan baik secara moril maupun materiil.
6. Bapak dan Ibu Daryono, atas dukungan dan perhatian yang selalu diberikan selama pengerjaan tugas akhir.
7. Sdr. Hari Wibowo, S.T., atas dukungan, dorongan, semangat, dan kerja sama yang selalu membuahkan hasil yang positif.
8. Saudara satu boiler: Petrus Dani (”Lele”) dan Deni, yang telah berjuang bersama selama mengerjakan tugas akhir.
9. Teman–teman bimbingan Bu Wuri : Dhanny Mikael, Deri, Sinung, Widi, Andi W, Anton (”Plentonk”), Ari (”Gepeng”), Yoga, Ido, dan Clement.
10. Teman-teman elektro 2002: Robi, Andi S, Oscar, Dika, Pandu, Nango, Iyok.
11. Bapak Herman, yang telah membantu dalam pembuatan boiler, sehingga dapat bekerja dengan baik dan aman untuk digunakan.
12. Laboran teknik elektro : Mas Suryono, Mas Mardi dan Mas Broto.
13. Teman-teman De Britto: Dodi, Firman
14. Teman-teman Mudika Gedongkiwo Selatan, yang selalu memberi keceriaan dan kedamaian.
15. Teman-teman kost ”rambutan”: Limin, Sahili, Erik, Indro, dan Trimbil.
16. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas kebaikan dan bantuannya kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis berharap agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca semuanya.
Yogyakarta,……………… Dominicus Yoga Kristawan
DAFTAR ISI
Halaman . ...Halaman Judul ................................................................................................ i Halaman Persetujuan ...................................................................................... ii Halaman Pengesahan ................................................................................... iii Pernyataan keaslian karya................................................................................ iv Halaman Persembahan ................................................................................ v Intisari ........................................................................................................... vi Abstract ........................................................................................................ vii Kata Pengantar ............................................................................................... viii Daftar Isi ........................................................................................................ x Daftar Gambar ............................................................................................... xiv Daftar Tabel .................................................................................................. xvii BAB I. PENDAHULUAN..............................................................................
1 1.1 Latar Belakang............................................................................................
1 1.2 Perumusan Masalah....................................................................................
2
1.3 Batasan Masalah......................................................................................... 2 1.4 Tujuan Penelitian........................................................................................
3 1.5 Manfaat Penelitian......................................................................................
3 1.6 Metode Penelitian.......................................................................................
4 1.7 Sistematika Penulisan.................................................................................
5 BAB II. DASAR TEORI................................................................................
7 2.1 Sistem Kontrol Otomatis ...........................................................................
7
2.2 Boiler .....................................................................................................
30 2.8 Transistor Sebagai Saklar ..........................................................................
40 3.1 Diagram Alir Sistem...................................................................................
38 BAB III. PERANCANGAN RANGKAIAN.................................................
2.14Penguat Non Inverting............................................................................... 38 2.15Tanggapan Sistem......................................................................................
37
36 2.13Defferential Amplifier (Penguat Selisih)...................................................
36 2.12Buffer Tegangan.........................................................................................
35 2.11Rangkaian Pembagi Tegangan..................................................................
34 2.10Triac .....................................................................................................
32 2.9 Optoisolator................................................................................................
29 2.7 Decoder BCD ke Seven Segmnet...............................................................
8 2.3 Sensor .....................................................................................................
26 2.6 Seven Segment ...........................................................................................
2.4.7 Rangkaian Reset............................................................................. 25 2.5 Pengubah Analog ke Digital (Analog to Digital Converter) .....................
25
2.4.5 Timer dan Counter Mikrokontroler AT8S51.................................. 22 2.4.6 Osilator ..........................................................................................
19
15 2.4.4 Kaki-kaki Mikrokontroler AT89S51..............................................
13 2.4.3 Set Instruksi ...................................................................................
11 2.4.2 Mode Pengalamatan........................................................................
11 2.4.1 Memori Program dan Memori Data ..............................................
10 2.4 Mirokontroler .............................................................................................
40
3.2 Perancangan Plant ......................................................................................
40 3.3 Perancangan Pengendali ............................................................................
42 3.3.1 Perancangan Hardware ..............................................................
43 3.3.1.1 Pengubah Arus ke Tegangan .............................................
43 3.3.1.2 Pengubah Analog ke Digital ..............................................
44 3.3.1.3 Tampilan Seven Segment ...................................................
50 3.3.1.4 Tombol Masukan Mikrokontroler......................................
53 3.3.1.5 Rangkaian Reset..................................................................
53 3.3.1.6 Driver Pemanas..................................................................
54 3.3.2 Perancangan Software .................................................................
55 3.3.2.1 Program Utama...................................................................
55 3.3.2.2 Subroutine Cek Tombol......................................................
57 3.3.2.3 Subroutine Tampilan Set Point...........................................
59 3.3.2.4 Subroutine Tampilan Data ADC (Data Sensor) ................
60 3.3.2.5 Subroutine Baca ADC........................................................
61 3.3.2.6 Subroutine Pemrosesan ......................................................
62
65 BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN.........................
4.1 Tekanan 0,2 bar ......................................................................................
67 4.1.1 Pengambilan Data ....................................................................
67 4.1.2 Pengamatan Kinerja Alat..........................................................
72 4.2 Tekanan 0,5 bar ......................................................................................
73
4.2.1 Pengambilan Data..................................................................... 73
4.2.2 Pengamatan Kinerja Alat.......................................................... 77
4.3 Tekanan 1,0 bar ...................................................................................... 78 4.3.1 Pengambilan Data.....................................................................
78 4.3.2 Pengamatan Kinerja Alat..........................................................
83
4.4 Tekanan 1,5 bar ...................................................................................... 84 4.4.1 Pengambilan Data.....................................................................
84 4.4.2 Pengamatan Kinerja Alat..........................................................
89 4.5 Pengamatan Secara Keseluruhan ...............................................................
90 4.6 Pembahasan Program..................................................................................
93 BAB V. PENUTUP ......................................................................................
96 5.1 Kesimpulan ............................................................................................
96 5.2 Saran .....................................................................................................
96 Daftar Pustaka Lampiran
DAFTAR GAMBAR
Halaman ....1. Gambar 2.1. Fire tube boiler......................................................................
9 2. Gambar 2.2. Water tube boiler...................................................................
9
3. Gambar 2.3. Cara kerja siphon................................................................... 10 4. Gambar 2.4. Bentuk fisik dari Pressure Transmitter tipe 8320.................
10 5. Gambar 2.5. Struktur memori program pada AT89S51.............................
12 6. Gambar 2.6. Program Status Word............................................................
13
7. Gambar 2.7. Konfigurasi kaki AT89S51.................................................... 19
8. Gambar 2.8. Susunan bit dalam register TCON......................................... 23
9. Gambar 2.9. Susunan bit dalam register TMOD ...................................... 23 10. Gambar 2.10. Pemasangan kristal..............................................................
25
11. Gambar 2.11. Rangkaian reset.................................................................... 26
12. Gambar 2.12. Diagram blok ADC.............................................................. 27 13. Gambar 2.13. Konfigurasi kaki ADC0804.................................................
27
14. Gambar 2.14. Gambar seven segment......................................................... 29 15. Gambar 2.15. Susunan LED seven segment jenis common anode.............
30 16. Gambar 2.16. Susunan LED seven segment jenis common catode............
30
17. Gambar 2.17. Simbol IC 7447.................................................................... 31
18. Gambar 2.18. Tampilan seven segment menggunakan IC 7447 ................ 32
19. Gamabr 2.19. Rangkaian transistor sebagai saklar ................................... 33 20. Gambar 2.20. Konfigurasi dari MOC 302X ..............................................
35 21. Gambar 2.21. Simbol triac ........................................................................
35
22. Gambar 2.22. Kurva karakteristik triac...................................................... 36 23. Gambar 2.23.Konfigurasi pembagi tegangan ............................................
36 24. Gambar 2.24. Konfigurasi buffer tegangan ...............................................
37 25. Gambar 2.25. Rangkaian differertial amplifier..........................................
37 26. Gambar 2.26. Rangkaian non inverting ampilfier......................................
38
27. Gambar 3.1. Diagram blok penendali tekanan uap .................................... 40
28. Gambar 3.2. Plant dari pengendali tekanan uap......................................... 41
29. Gambar 3.3. Kotak pengendali tekanan uap .............................................. 42
30. Gambar 3.4. Rangkaian pengubah arus ke tegangan ................................. 44 31. Gambar 3.5. Rangkaian pengondisi sinyal ................................................
49
32. Gambar 3.6. Rangkaian ADC..................................................................... 50 33. Gambar 3.7. Rangkaian seven segment .....................................................
51
34. Gambar 3.8. Pemasangan tombol sebagai masukan mikrokontroler ......... 53
35. Gambar 3.9. Rangkaian reset ..................................................................... 53
36. Gambar 3.10. Rangkaian driver pemanas .................................................. 54
37. Gambar 3.11. Diagram alir program utama ............................................... 56 38. Gambar 3.12. Diagram alir subroutine cek tombol ...................................
58 39. Gambar 3.13. Diagram alir subroutine tampilan set point ........................
59 40. Gambar 3.14. Diagram alir subroutine tampilan data sensor ....................
60 41. Gambar 3.15. Diagram alir subroutine baca ADC ....................................
62 42. Gambar 3.16. Diagram alir subroutine pemrosesan ..................................
63
43. Gambar 4.1. Gambaran umum proses pengendalian tekanan uap ............. 66 44. Gambar 4.2. Grafik hasil pengambilan data untuk set point 0,2 bar .........
69
45. Gambar 4.3. Respon sistem pada saat tekanan set point 0,2 bar ...............
72 46. Gambar 4.4. Grafik hasil pengambilan data untuk set point 0,5 bar .........
75 47. Gambar 4.5. Respon sistem pada saat tekanan set point 0,5 bar ...............
77 48. Gambar 4.6. Grafik hasil pengambilan data untuk set point 1,0 bar .........
81 49. Gambar 4.7. Respon sistem pada saat tekanan set point 1,0 bar ...............
83
50. Gambar 4.8. Grafik hasil pengambilan data untuk set point 1,5 bar ......... 87 51. Gambar 4.9. Respon sistem pada saat tekanan set point 1,5 bar ...............
89
DAFTAR TABEL
Halaman ....12. Tabel 3.2. Tabel konversi data masukan analog dengan keluaran digital
20. Tabel 4.6. Perbandingan antara data ADC dengan tampilan seven segment
19. Tabel 4.5. Perbandingan antara data set point dengan tampilan seven segment 93
91
84 18. Tabel 4.4. Data tanggapan sistem...............................................................
78 17. Tabel 4.3. Hasil pengambilan data untuk set point 1,5 bar.........................
73 16. Tabel 4.3. Hasil pengambilan data untuk set point 1,0 bar.........................
67 15. Tabel 4.2. Hasil pengambilan data untuk set point 0,5 bar.........................
58 14. Tabel 4.1. Hasil pengambilan data untuk set point 0,2 bar.........................
13. Tabel 3.3. Tabel konversi tekanan yang dikehendaki dengan data set point
46
45
1. Tabel 2.1. Instruksi-instruksi penyalinan data mikrokontroler AT89S51.
32 11. Tabel 3.1. Tabel hasil percobaan................................................................
24 10. Tabel 2.10. Tabel kebenaran IC 7447.........................................................
21 9. Tabel 2.9. Timer mode................................................................................
20 8. Tabel 2.8. Kaki-kaki port 3 untuk proses pemrograman flash...................
19 7. Tabel 2.7. Kaki-kaki port 1 untuk proses pemrograman flash...................
18 6. Tabel 2.6. Instruksi lompatan bersyarat......................................................
18 5. Tabel 2.5. Instruksi lompatan-lompatan tak bersyarat................................
17 4. Tabel 2.4. Instruksi-instruksi boolean mikrokontroler AT89S51..............
16 3. Tabel 2.3. Instruksi-instruksi logika mikrokontroler AT89S51................
16 2. Tabel 2.2. Instruksi-instruksi aritmatika mikrokontroler AT89S51..........
94
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Uap merupakan salah satu zat yang mengandung panas. Dalam dunia industri, sering kali dijumpai penggunaan uap sebagai penghantar panas untuk menjalankan proses produksi. Uap ini dihasilkan oleh boiler atau ketel uap, yang kemudian akan disalurkan ke setiap terminal yang membutuhkan panas. Pada terminal tersebut terjadi pertukaran panas dari uap ke suatu alat yang disebut heat exchanger. Dengan demikian penggunaan uap sebagai penghantar panas dinilai lebih ekonomis dibandingkan dengan penggunaan pemanas (heater) pada setiap terminal yang membutuhkan panas. Selain di dunia industri proses penggunaan uap sebagai penghantar panas juga diterapkan dalam dunia perhotelan, misalkan untuk keperluan dapur, air hangat, uap sauna, dan sebagainya.
Dalam proses pemanasan air untuk menghasilkan uap, tentu saja uap akan menimbulkan tekanan di dalam boiler. Tekanan tersebut harus dijaga pada nilai tertentu agar tidak melebihi batas tekanan maksimum dari boiler. Dengan demikian dibutuhkan suatu sistem pengendali untuk menjaga tekanan uap tersebut pada nilai yang ditentukan.
Namun perlu diketahui bahwa proses perubahan tekanan berlangsung sangat lambat sehingga akan lebih menguntungkan jika menggunakan pengendali otomatis. Dalam dunia industri sistem pengendali otomatis tersebut akan mengendalikan katup yang bertujuan untuk membuang tekanan berlebih pada boiler. Namun dalam tugas akhir ini pengendali otomatis digunakan untuk mematikan pemanas dari boiler, pemanas yang dimaksud adalah kompor listrik. Pengendali akan mematikan pemanas pada saat tekanan uap dalam boiler mencapai nilai yang telah ditentukan.
Mikrokontroler merupakan komponen pengendali yang sering digunakan dalam rangkaian elektronika. Mikrokontroler yang umum digunakan adalah mikrokontroler dari keluarga MCS-51, hal ini dikarenakan mikrokontroler ini mudah ditemukan di toko-toko elektronika dan juga dikarenakan harga yang relatif murah. Dalam tugas akhir ini, mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S51.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang di atas maka permasalahan yang muncul adalah “Bagaimanakah cara mengendalikan tekanan uap menggunakan mikrokontroler?”.
1.3 Batasan Masalah Boiler yang digunakan dalam tugas akhir ini tentu saja memiliki kemampuan yang
berbeda dengan boiler yang ada di industri , sehingga dalam perancangan pengendali tekanan uap ini dibatasi oleh beberapa faktor antara lain:
1. Pengendali dirancang berdasarkan kondisi dari boiler yang telah dibuat terlebih dahu- lu, sehingga pengendali dapat bekerja pada rentang tekanan 0 sampai dengan 1,5 bar.
2. Pengendali dirancang berdasarkan keluaran sensor yang digunakan yakni Pressure Transmitter bertipe 8320 dari Burkert.
3. Air yang dipanaskan bersifat tetap atau tidak mengalir, pengendali dioperasikan pada saat ketinggian air kurang lebih ¾ dari tinggi maksimal dan batas minimal ketinggian air adalah ½ dari tinggi maksimal.
4. Pemanas yang digunakan adalah kompor listrik 600 Watt, dalam pemanas atau kom- por listrik tersebut terdapat saklar, sehingga pemanas dapat dimatikan secara manual.
5. Pengendali dirancang menggunakan mikrokontroler AT89S51, dalam berkomunikasi dengan komponen lain menggunakan port paralel.
1.4 Tujuan
Tekanan uap yang melebihi batas operasi dari boiler tentu saja dapat mengakibatkan kerusakan pada komponen-komponen boiler. Pengendali tekanan uap ini dirancang agar dapat menjaga nilai tekanan uap yang ada pada boiler sesuai dengan nilai yang dikehendaki.
1.5 Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari pengendali tekanan uap adalah untuk mencegah terjadinya tekanan berlebih di dalam boiler. Hal ini dikarenakan pada saat mencapai tekanan yang dikehendaki, pemanas akan mati. Atau dengan kata lain pengendali tekanan uap tersebut digunakan untuk menjamin keselamatan baik untuk komponen-komponen pada boiler maupun untuk operator.
1.6 Metode Penelitian
Metode Penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi pustaka Langkah ini dilakukan sebagai dasar dalam pembuatan boiler dan perancangan pengendali. Hal ini dilakukan agar dalam proses perancangan tidak menyimpang dari teori yang telah ada. Dengan demikian diharapkan boiler dan pengendali dapat bekerja sesuai dengan yang dikehendaki, dan juga aman untuk digunakan.
2. Pembuatan plant Dalam penyusunan tugas akhir ini langkah kedua yang dilakukan adalah pembuatan plant. Secara umum plant dapat dikatakan sebagai obyek yang akan dikendalikan.
Dalam hal ini plant yang dimaksud terdiri dari boiler, pemanas, dan sensor.
3. Pengambilan data plant Setelah pembuatan plant selesai maka langkah yang dilakukan selanjutnya adalah pengambilan data. Data yang diambil adalah keluaran dari sensor pada tekanan yang telah ditentukan.
4. Perancangan pengendali Setelah mendapatkan data-data yang diperlukan, maka dapat dilakukan langkah selanjutnya yakni perancangan pengendali. Data-data yang telah diperoleh tersebut akan menjadi acuan dalam penentuan nilai-nilai komponen.
5. Implementasi pengendali Langkah ini dapat dikatakan sebagai proses pembuatan pengendali berdasarkan ketentuan-ketentuan yang telah ditetapkan pada saat perancangan.
6. Pengujian Pengujian diperlukan untuk mengetahui apakah pengendali yang telah dibuat dapat bekerja sesuai dengan yang dikehendaki atau tidak.
7. Penulisan laporan Penulisan laporan merupakan bentuk pertanggungjawaban dalam penyelesaian tugas akhir. Laporan ini akan berisikan semua data yang telah diperoleh dan juga keterangan-keterangan tentang pengendali tekanan uap menggunakan mikrokontroler.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari 5 bab, dengan susunan sebagai berikut :
BAB I. Pendahuluan Bab ini berisi penjelasan mengenai latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian serta sistematika penulisan.
BAB II. Dasar Teori Bab ini berisi tentang teori-teori yang menunjang dalam penyusunan tugas akhir ini . BAB III. Perancangan Bab ini berisi tentang tentang perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras berupa pengondisi sinyal, pengubah data dari analog ke digital (ADC),sedangkan perangkat lunak berupa diagram alir pemrograman mikrokontroler.
BAB IV. Hasil Pengamatan dan Pembahasan Bab ini berisi tentang hasil pengamatan dan pembahasan dari pengujian yang telah dilakukan. BAB V. Penutup Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengamatan dan pengujian.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Sistem Kontrol Otomatis
Sistem kontrol pada dasarnya diciptakan untuk membantu manusia melakukan suatu pekerjaan. Sistem kontrol otomatis dirancang untuk mengurangi peran manusia dalam suatu proses, dengan demikian dapat diperoleh hasil yang lebih akurat dibandingkan dengan sistem kontrol manual. Dalam sistem kontrol, peralatan atau mesin- mesin yang digunakan secara bersama-sama untuk melakukan suatu operasi disebut sebagai plant. Dengan kata lain plant juga dapat disebut sebagai obyek yang akan dikendalikan dalam suatu sistem kontrol [1].
Sering kali dalam sistem kontrol muncul suatu sinyal yang dapat mempengaruhi nilai keluaran sistem sehingga nilai keluaran tersebut tidak sesuai dengan yang dikehendaki, sinyal tersebut disebut sebagai gangguan atau disturbances. Apabila gangguan tersebut muncul dari dalam sistem disebut sebagai gangguan internal, sedangkan apabila muncul dari luar sistem disebut sebagai gangguan eksternal [1] . Sistem kontrol dibagi menjadi dua jenis,yakni:
1. Sistem kontrol lup tertutup atau closed loop control system, sistem ini dapat dikatakan sebagai sistem kontrol yang berumpan balik karena sistem kontrol ini sinyal kelu- arannya dihubungkan dengan pengendali sehingga sinyal keluaran tersebut dapat mempengaruhi proses pengontrolan
2. Sistem kontrol lup terbuka atau open loop control system merupakan suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya tidak mempengaruhi proses pengontrolan Operasi dasar yang harus ada dalam sistem kontrol adalah:
1. Measurement (M) atau pengukuran, yakni mengukur variabel yang dikontrol dengan mengkombinasikan sensor dan transmitter.
2. Decision (D) atau keputusan, didasarkan pada pengukuran kontroler harus
memutuskan apa yang harus dilakukan untuk menjaga variabel tersebut pada harga yang diinginkan.
3. Action (A) atau aksi, sebagai hasil dari keputusan kontroler, biasanya dilakukan oleh
elemen kontrol akhir.2.2 Boiler
Boiler berasal dari kata boil yang berarti mendidih atau merebus, dengan
demikian boiler dapat dikatakan sebagai alat untuk mendidihkan air. Boiler atau ketel uap dapat dibagi menjadi dua yakni [2]:
1. Boiler jenis ini memiliki sumber pemanas yang panas atau apinya
dialirkan di dalam pipa, sedangkan air yang akan dipanaskan berada di luar atau di sekeliling pipa. Boiler ini dapat dilihat pada gambar 2.1.
2. Boiler jenis ini memiliki sumber pemanas yang terletak di luar
pipa, sedangkan air yang akan dipanaskan berada di dalam pipa. Boiler ini dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.1. Fire tube boilerGambar 2.2. Water tube boilerBoiler fittings atau peralatan boiler merupakan peralatan yang pada umumnya
digunakan untuk menunjang kerja boiler. Peralatan tersebut antara lain:
1. Safety valve, merupakan katup yang digunakan untuk membuang uap dan mencegah meledaknya boiler akibat melebihi batas tekanan dari boiler tersebut.
2. Water column, merupakan komponen untuk mengetahui tingkat ketinggian air di dalam boiler.
3. Circulating pump, merupakan pompa yang digunakan untuk sirkulasi air ke boiler, dengan demikan air di dalam boiler dapat terjaga dan tidak habis. Namun dalam tugas akhir ini circulating pump tidak digunakan, dengan catatan bahwa tingkat ketinggian air pada waktu boiler bekerja tidak boleh kurang dari setengah ketinggian total
boiler.
Siphon atau pig tail merupakan komponen pengaman, komponen ini digunakan
untuk melindungi peralatan yang tidak tahan terhadap panas dari uap. Cara kerja siphon adalah uap akan masuk lewat lubang bagian bawah kemudian uap ini akan menekan air, air ini akan menekan udara pada bagian atas siphon, tekanan udara bagian atas inilah kemudian akan menjadi acuan bagi peralatan-peralatan yang tidak tahan panas tersebut.
Gambar 2.3. merupakan gambar dari cara kerja siphon .Gambar 2.3. Cara kerja siphon2.3 Sensor
Sensor tekanan uap yang digunakan adalah Pressure Transmitter dengan tipe 8320 dari Burkert, yang memiliki keluaran berupa arus sebesar 4 sampai 20 mA untuk rentang tekanan 0 sampai 10 bar. Bentuk fisik dari sensor tersebut dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Bentuk fisik Pressure Transmitter tipe 8320.Berdasarkan datasheet dari Pressure Transmitter tipe 8320, dapat diketahui bahwa sensor ini memiliki beban (R A ) maksimum yang dapat diperoleh dari persamaan berikut :
( U [
V ]
10 [
V ]) B − R [ ] A Ω = ................................................................................. (2.1) .
02 [ A ] keterangan :
R A adalah beban keluaran sensor U B adalah tegangan catuan sensor
2.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler yang memiliki fasilitas 4
Kbyte In System Programming (ISP) Flash Memory yang memiliki kemampuan
tulis/hapus kurang lebih sebanyak 1000 kali, memiliki 128 byte RAM (Random Access
Memory), 32 jalur dua arah (input/output),dan juga 16 bit timer/counter. Mikrokontroler
AT89S51 ini merupakan salah satu dari keluarga mikrokontroler MCS-51, yang merupakan produk dari Atmel.
2.4.1 Memori Program Dan Memori Data
Mikrokontroler AT89S51 memiliki dua macam memori, yaitu memori program dan memori data. Memori program digunakan untuk menyimpan program, sedangkan memori data digunakan untuk menyimpan data-data yang akan dipakai. Memori program memiliki sifat hanya dapat dibaca saja, memori ini dapat diakses hingga 64 Kbyte.
Alamat-alamat yang paling bawah dari memori program dapat berada dalam flash on
chip maupun memori eksternal. AT89S51 memiliki flash on chip sebesar 4 Kbyte,
dengan menghubungkan pin EA (External Access) ke Vcc maka pengambilan instruksi dilakukan pada lokasi 0000h sampai 0FFFh untuk memori internal (flash on chip) kemudian pengambilan instruksi untuk memori eksternal pada lokasi 1000h hingga FFFFh. Sedangkan apabila pin EA dihubungkan dengan GND maka pengambilan instruksi dilakukan untuk memori eksternal pada lokasi 0000h hingga FFFFh. Gambar 2.5 merupakan gambar struktur memori program pada AT89S51.
(a) Pin EA dihubungkan dengan Vcc. (b) Pin EA dihubungkan dengan GND.
Gambar 2.5. Struktur memori program pada AT89S51Mikrokontroler AT89S51 memiliki memori data sebesar 128 byte. Memori ini dapat diakses dengan menggunakan pengalamatan langsung maupun tak langsung. Dalam memori mikrokontroler ini juga terdapat Special Function Register atau SFR yang berfungsi untuk menunjang kerja mikrokontroler. SFR ini terletak pada lokasi 80h sampai FFh. Special Function Register tersebut antara lain adalah:
a. Akumulator, akumulator menempati alamat E0h, akumulator digunakan untuk peny- impanan data sementara, dan juga digunakan dalam operasi logika maupun aritmati- ka.
b. Register B, terletak pada lokasi F0h. Register ini digunakan untuk operasi perkalian dan pembagian.
c. PSW atau Program Status Word, PSW terletak pada lokasi D0h, yang berisikan informasi status program. Susunan PSW dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Program Status Wordd. Stack Pointer, stack pointer terletak pada lokasi 81h, merupakan register 8 bit yang digunakan dalam proses simpan dan ambil dari/ke stack. Nilai akan dinaikkan se- belum data disimpan menggunakan instruksi Push dan Call.
e. Data pointer atau DPTR, merupakan register 16 bit yang lokasinya adalah 82h untuk DPL(byte rendah) dan 83h untuk DPH (byte tinggi).
f. Port 0, Port 1, Port 2 dan Port 3, Port tersebut yang terletak pada lokasi 80h, 90h, A0h dan B0h.
g. Timer Register, timer register terdiri dari TL0 (Timer 0 Low Byte) dan TH0 (Timer 0
High Byte) terletak di 8Ah dan 8Ch, dan juga TL1(Timer 1 Low Byte) dan TH1 (Timer 1 High Byte) yang terletak di 8Bh dan 8Dh.
h. Control Register, control register merupakan register yang berisi bit-bit kontrol dan status, register tersebut antara lain IP,IE,TCON,TMOD, SCON dan PCON.
2.4.2 Mode Pengalamatan
Data atau operan bisa berada di tempat yang berbeda, dalam hal ini dikenal beberapa cara untuk mengakses data atau operan tersebut yang dinamakan sebagai mode pengalamatan (addressing mode) antara lain yaitu [3] :
1. Pengalamatan langsung (direct addressing) Dalam pengalamatan langsung, operan-operan ditentukan berdasarkan alamat 8 bit (1 byte) dalam suatu instruksi. Hanya RAM internal dan SFR saja yang dapat diakses secara langsung.
2. Pengalamatan tak langsung (indirect addressing) Dalam pengalamatan tak langsung, instruksi menentukan suatu register yang digunakan untuk menyimpan alamat operan. Baik RAM internal maupun eksternal dapat diakses secara tidak langsung.
Register alamat untuk alamat-alamat 8 bit bisa menggunakan R0 atau R1 dari
bank yang dipilih. Sedangkan untuk alamat 16 bit hanya dapat menggunakan register
pointer data 16 bit atau DPTR.3. Instruksi-instruksi register
Bank-bank register yang masing-masing berisi R0 hingga R7 dapat digunakan
sebagai tempat untuk menyimpan data. Pengaksesan mengunakan instruksi register ini dapat menghemat penggunaan kode instruksi, karena tidak menggunakan sebuah byte untuk alamat. Pada saat instruksi tersebut dijalankan maka salah satu bank register yang telah dipilih yang akan diakses.
4. Instruksi-instruksi register khusus Beberapa instruksi hanya dikhususkan untuk register tertentu, dengan demikian instruksi ini tidak memerlukan alamat byte yang menunjukkan lokasi dari register tersebut. Contohnya adalah instruksi yang hanya bekerja pada akumulator, instruksi ini tidak memerlukan alamat byte yang menunjukkan akumulator tersebut.
5. Konstanta langsung (immediate constant) Nilai dari suatu konstanta dapat segera menyatu dengan kode operasi dalam memori program. Untuk memasukkan suatu konstanta ke dalam instruksi maka konstanta tersebut harus ditulis dengan diawali tanda “#”. Misalkan instruksi MOV A,#100, instruksi ini akan menyimpan konstanta 100 (desimal) ke dalam akumulator.
6. Pengalamatan terindeks (indexed addressing) Memori program hanya dapat diakses melalui pengalamatan terindeks. Mode pengalamatan ini ditunjukkan untuk membaca tabel tengok (look up table) yang tersimpan dalam memori program. Sebuah register 16 bit (DPTR atau PC) menunjuk ke awal atau dasar tabel dan akumulator diatur dengan angka indeks tabel yang akan diakses. Alamat dari entri tabel memori program dibentuk dengan menjumlahkan data akumulator dengan penunjuk tabel.
Tipe lain dari pengalamatan terindeks digunakan dalam instruksi-instruksi “lompat bersyarat”. Dalam hal ini, alamat tujuan dari instruksi lompat (jump) dihitung sebagai jumlah dari petunjuk dasar dengan data ke akumulator [3].
2.4.3 Set Instruksi
Secara keseluruhan AT89S51 mempunyai 255 macam instruksi, yang dibentuk dengan mengkombinasikan instruksi dan operan. Instruski tersebut dikelompokkan sebagai berikut [3] :
1. Kelompok penyalinan data Instruksi dasar untuk kelompok ini adalah MOV, singkatan dari move yang artinya memindahkan. Namun instruksi ini lebih tepat dikatakan sebagai instruksi untuk menyalin data. Tabel 2.1 merupakan instruksi-instruksi penyalinan data pada mikrokontroler AT89S51.
Tabel 2.1. Instruksi-instruksi penyalinan data mikrokontroler AT89S51.Instruksi Operasi Waktu Eksekusi (µs)
MOV A,<sumber> A = <sumber>
1 MOV <tujuan>,A <tujuan> = A
1 MOV <tjn>,<sbr> <tujuan> = <sumber>
2 MOV DPTR = konstanta 16
2 DPTR,#data16bit bit
INC SP MOV PUSH <sumber>
2 “@SP”,<sumber> MOV
POP <tujuan> <tujuan>,”@SP”DEC
2 SP Tukar data byte
XCH A,<byte> 1 antara ACC & byte
2. Kelompok instruksi aritmatika Tabel 2.2. Instruksi-instruksi aritmatika mikrokontroler AT89S51.
Instruksi Operasi Waktu Eksekusi (µs)