SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE

  

SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN

KECEPATAN MOTOR INDUKSI

DENGAN VARIABLE

SPEED DRIVE

SKRIPSI

Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar

Sarjana Teknik Elektro

  

Disusun Oleh :

MUHAMMAD ITMAMUL HUDA

1203030003

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO

2017

HALAMAN PERSETUJUAN

  Skripsi yang diajukan Oleh: Nama : Muhammad Itmamul Huda NIM : 1203030003 Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto Judul : Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan

  Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive Telah diterima dan disetujui oleh:

  Purwokerto,.... Juli 2017

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

  Saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Muhammad Itmamul Huda NIM : 1203030003 Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto

  Menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa Skripsi ini adalah hasil karya saya dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar serta bukan hasil penjiplakan dari karya orang lain. Demikian pernyataan ini saya buat dan apabila kelak di kemudian hari terbukti ada unsur penjiplakan, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku.

  HALAMAN PENGESAHAN

  Skripsi yang diajukan Oleh : Nama : Muhammad Itmamul Huda NIM : 1203030003 Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto Judul : Sistem Scada Untuk Pengendalian Kecepatan Motor

  Induksi Dengan Variable Speed Drive Telah dipertahankan di depan dewan penguji

  DEWAN PENGUJI Penguji 1 M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.

  NIK. 2160223 Penguji 2 Winarso, S.T., M.Eng. NIK. 2160311 Penguji 3 Arif Johar Taufiq, S.T., M.T. NIK. 2160293

  Ditetapkan di : Purwokerto Tanggal : .... Juli 2017

  Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik

  Universitas Muhammadiyah Purwokerto M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.

  NIK. 2160223

  MOTTO “Jangan Menunda Sesuatu Yang Dapat Dilakukan Saat Itu Juga ”

SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE

  1

  2

  3 Muhammad Itmamul Huda , Wakhyu Dwiono , Itmi Hidayat Kurniawan

  INTISARI Dalam pengendalian proses di industri, PLC dan SCADA seringkali digunakan untuk memonitoring dan mengontrol kerja dari suatu alat yang dianggap sangat penting peranannya terhadap sistem. Peracangan sistem SCADA pada penelitian ini bertujuan untuk memonitoring dan mengendalikan kecepatan putar motor induksi 3 fasa. Penentuan konstanta PID dalam PLC sistem SCADA dilakukan dengan menggunakan metode tuning ziegler nichols 2 dan trial and error. Berdasarkan hasil percobaan, metode tuning ziegler nichols 2 tidak dipergunakan dalam pengujian kecepatan putar lebih lanjut, karena hasil percobaan respon dengan osilasi berkesinambungan yang tidak setabil dengan osilasi sebesar 0,14

• – 0,2 Hz dan sulit untuk menentukan penguatan PID. Percobaan menggunakan tuning trial and error dengan set point 1000 RPM, nilai Kp=1, Ti=95 dan Td=0 didapatkan nilai maximum overshoot yang kecil (14,7%), rise time 8 detik dan nilai IAE sebesar 7611 dengan karakteristik sistem yang stabil. Hasil pengujian unjuk kerja sistem kendali untuk plant kecepatan motor induksi 3 fasa menunjukkan bahwa performansi sistem kendali menggunakan metode tuning trial and error memiliki nilai rise time yang cepat, nilai overshoot yang cukup kecil dan karakteristik sistem yang stabil. Kata kunci: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error

  SCADA SYSTEM FOR INDUCTION MOTOR SPEED CONTROL USING VARIABLE SPEED DRIVE

  1

  2

  3 Muhammad Itmamul Huda , Wakhyu Dwiono , Itmi Hidayat Kurniawan ABSTRACT

  PLC and SCADA are often used for monitoring and controlling the industrial process because they are playing an important role. SCADA system design on this research aims to monitor and control the rotational speed of 3 phase induction motor. The determination of PID constants in SCADA system PLC used method tuning ziegler nicols 2 and trial and error. Based on the experimental results, ziegler nichols 2 tuning method is not used in the rotational speed further testing, because the experimental results show the continuous unstable oscillations with frequency about of 0.14 to 0.2 Hz that is difficult to determine reinforcement PID. Experiment using trial and error tuning with set point about 1000 RPM, with value Kp=1, Ti=95 and Td=0 shows a small overshoot maximum value (14.7%), rise time 8 seconds and the value of IAE of 7611. Results of testing the performance of the control system for plant 3-phase induction motor speed indicates that the performance of the control system using the method of trial and error tuning has a fast rise time value, overshoot value that is small enough and stable enough.

  Keywords: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error

KATA PENGANTAR

  Puji Syukur kepada Allah SWT atas rahmat, karunia, dan hidayah-Nya, sehingga Skripsi yang berjudul “Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan

  Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive ” dapat diselesaikan dengan baik. Penyusunan Skripsi ini sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan strata 1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto.

  Bantuan dan dukungan dari berbagai pihak sangat membantu dalam terselesaikannya Skripsi ini. Oleh karena itu ucapan terima kasih kepada:

  1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga dapat menyelesaikan Skripsi.

  2. Keluarga, Ayah Chudaefah dan Ibu Siti Asyah yang selalu memberikan semangat, memberikan dukungan serta selalu mendoakan selama proses skripsi dilaksanakan.

  3. Bapak M. Taufiq Tamam, S.T.,M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto yang telah mengesahkan Skripsi ini.

  4. Bapak Winarso, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto dan dosen pembimbing akademik mahasiswa angkatan 2012.

  5. Bapak Wakhyu Dwiono, S.T,.M.T. selaku dosen pembimbing I dalam penyusunan Skripsi ini.

  6. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan., S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing II dalam penyusunan Skripsi ini.

  7. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

  Skripsi ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, diharapkan adanya masukan berupa kritik dan saran yang bersifat membangun, sehingga dapat bermanfaat dimasa mendatang. Kritik dan saran dapat disampaikan kepada penyusun secara langsung ataupun melalui email huda.itmam@yahoo.com. Semoga hasil Skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.

  Purwokerto, 06 Juni 2017 Muhammad Itmamul Huda

  DAFTAR ISI

  BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 6

  2.8 Programmable Logic Controller (PLC) ....................................... 20

  2.7 Lampu Pijar ................................................................................... 18

  2.6 Generator AC 3 Fasa ..................................................................... 17

  2.5 Variable Speed Drive .................................................................... 13

  2.4 Motor Induksi 3 Fasa .................................................................... 10

  2.3 Optocoupler .................................................................................. 9

  2.2 Sensor Photodioda ........................................................................ 7

  2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................... 6

  1.6 Sistematika Penulisan Skripsi ........................................................ 5

  HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS ................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iv MOTTO .............................................................................................................. v

  1.5 Metodologi Penelitian .................................................................... 4

  1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................... 3

  1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 3

  1.2 Rumusan Masalah .......................................................................... 2

  1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

  BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

  KATA PENGANTAR ........................................................................................viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................xvi

  INTISARI ............................................................................................................. vi ABSTRACT .......................................................................................................... vii

  2.9 Proportional Integral Derivatif (PID) .......................................... 36

  2.10 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) ................. 39

  BAB III PERANCANGAN SISTEM ................................................................. 47

  3.1 Gambaran Umum .......................................................................... 47

  3.2 Diagram Blok Perancangan .......................................................... 48

  3.3 Sensor Kecepatan/Photodioda ...................................................... 49

  3.4 Pengendali PLC TWIDO TWDLCAE40DRF .............................. 50

  3.5 Driver Motor Induksi 3 Fasa......................................................... 51

  3.6 Diagram Alir Sistem ..................................................................... 51

  3.7 Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................... 52

  3.8 Perancangan Sistem SCADA ........................................................ 55

  BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................ 58

  4.1 Analisa Umum ............................................................................. 58

  4.2 Analisa Ladder Diagram PLC ..................................................... 60

  4.3 Pengujian Komunikasi Data ........................................................ 65

  4.4 Pengujian Sinyal Output Photodioda Pada Sensor Kecepatan .... 66

  4.5 Kalibrasi Pengukuran Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa.............. 67

  4.6 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Tanpa PID. .............................................................................................. 69

  4.7 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Dengan Algorotma PID ............................................................................. 70

  4.8 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Trial and

Error ............................................................................................

  72

  4.9 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Ziegler Nichols 2 ...................................................................................... 76

  4.10 Uji Coba Kecepatan Putar Motor Induksi Menggunakan Beban. 78

  4.11 Pengujian Keseluruhan SCADA .................................................. 80

  BAB V PENUTUP ............................................................................................. 85

  5.1 Kesimpulan .................................................................................... 85

  5.2 Saran .............................................................................................. 86 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 87 LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Simbol dan bentuk photodioda ........................................................ 7Gambar 2.2 Rangkaian photodioda ..................................................................... 8Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler ...................................................... 9Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler .................................... 10Gambar 2.5 Motor induksi 3 fasa ........................................................................ 11Gambar 2.6 Penampang stator dan rotor motor induksi 3 fasa ........................... 11Gambar 2.7 Diagram blok inverter ..................................................................... 13Gambar 2.8 Skematik diagram generator AC 3 fasa........................................... 18Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar .................................................................... 19Gambar 2.10 Icon TwidoSuite .............................................................................. 24Gambar 2.11 Tampilan menu TwidoSuite ............................................................ 24Gambar 2.12 Pilihan project management ............................................................ 25Gambar 2.13 Mengisikan nama project dan directory.......................................... 25Gambar 2.14 Layar setting PLC............................................................................ 26Gambar 2.15 Tampilan pertama editor ladder diagram ........................................ 26Gambar 2.16 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC .......................................... 27Gambar 2.17 Blok fungsi timer ............................................................................. 32Gambar 2.18 Blok fungsi counter ......................................................................... 33Gambar 2.19 Blok fungsi fast counter .................................................................. 34Gambar 2.20 Blok fungsi PWM ........................................................................... 34Gambar 2.21 Sistem pengendali PID .................................................................... 37Gambar 2.22 Arsitektur SCADA .......................................................................... 41Gambar 2.23 Tampilan citect exploler .................................................................. 44Gambar 2.24 Tampilan citect project editor ......................................................... 45Gambar 2.25 Tampilan citect graphics builder ..................................................... 46Gambar 3.1 Diagram blok sistem monitoring dan pengendali motor induksi .... 48Gambar 3.2 Rangkaian sensor kecepatan/photodioda ........................................ 50Gambar 3.3 Rangkaian driver motor induksi ...................................................... 51Gambar 3.4 Diagram alir sistem ......................................................................... 52Gambar 3.5 Diagram alir dalam PLC ................................................................. 53Gambar 3.6 Pengaturan komunikasi pada TwidoSuite dan Vijeo Citect ............ 56Gambar 3.7 Tampilan monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA ...................................................................... 57Gambar 4.1 Arsitektur monitoring dan pengendalaian kecepatan putar motor induksi ............................................................................................. 58Gambar 4.2 Ladder diagram pada rung 0 dan rung 1 ........................................ 60Gambar 4.3 Ladder diagram pada rung 2 dan rung 3 ........................................ 61Gambar 4.4 Ladder diagram pada rung 4 ........................................................... 62Gambar 4.5 Ladder diagram pada rung 5 ........................................................... 62Gambar 4.6 Ladder diagram pada rung 6 ........................................................... 63Gambar 4.7 Ladder diagram pada rung 7 ........................................................... 64Gambar 4.8 Ladder diagram pada rung 8 ........................................................... 64Gambar 4.9 Komunikasi SCADA yang tehubung ke jaringan ethernet ............. 65Gambar 4.10 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor 326 RPM ......................................................................................... 66Gambar 4.11 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor 1002 RPM ........................................................................................ 67Gambar 4.12 Data pengamatan kalibrasi pengukuran kecepatan motor induksi .. 69Gambar 4.13. Respons sistem kendali tanpa menggunakan algoritma PID ......... 69Gambar 4.14 Output trace PID pada TwidoSuite ................................................. 71Gambar 4.15 Diagram blok pengendali PID menggunakan PLC ......................... 71Gambar 4.16 Konfigurasi fungsi kendali input PID pada PLC Twido ................. 72Gambar 4.17 Konfigurasi fungsi kendali output PID pada PLC Twido ............... 72Gambar 4.18 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada

   set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 .................... 73

Gambar 4.19 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada

   set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 99 .................... 74

Gambar 4.20 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 2 dan Ti = 100 .................. 75Gambar 4.21 Kurva respon sistem kendali proportional integral derivatif

  (PID) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1, Ti = 99 dan Td = 1 ....................................................................................... 75

Gambar 4.22 Kurva respon sistem dengan osilasi berkesinambungan ................. 77Gambar 4.23 Sinyal PWM output dari PLC ......................................................... 77Gambar 4.24 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 tanpa

  beban ............................................................................................... 79

Gambar 4.25 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada

   set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95

  menggunakan beban ........................................................................ 79

Gambar 4.26 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA ................................................. 80Gambar 4.27 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor induksi pada SCADA(motor berputar ke kanan) ....... 81Gambar 4.28 Kondisi motor berputar ke kiri ........................................................ 82Gambar 4.29 Uji coba menurunkan kecepatan putar pada set point 550 RPM ......................................................................................... 83Gambar 4.30 Uji coba menaikan kecepatan putar pada set point 1300 RPM ....... 83Gambar 4.31 Kondisi motor pada posisi STOP/berhenti ...................................... 84

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daftar tipe instruksi compare block ...................................................... 35Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi aritmatika ............................................................. 36Tabel 3.1 Pengalamatan input dan output PLC ..................................................... 54Tabel 3.2 Daftar memori ladder diagram pada sistem SCADA ........................... 55Tabel 4.1 Alat Penguji Sistem ............................................................................... 59Tabel 4.2 Data pengukuran kecepatan putaran motor induksi .............................. 68Tabel 4.3 Performansi sistem kendali PID dengan tuning trial and error............ 73Tabel 4.4 Penentuan nilai Kp, Ti dan Td Metode Ziegler Nichols 2 .................... 76Tabel 4.5 Uji coba kecepatan putar motor menggunakan beban .......................... 78

DAFTAR SINGKATAN

  SCADA = Supervisory Control And data Acquisition

  VSD = Variable Speed Drive PLC = Programable Logic Controler ms = mili second KHz = Kilo Hertz RTU = Remote Terminal Unit MTU = Master Terminal Unit HMI = Human Machine Interface PWM = Pulse Width Modulation LED = Light Emiting Diode

  IR LED = Infra Red Light Emiting Diode AC = Alternating Current DC = Direct Current RPM = Rotary Per Minute EMF = Electro Motoris Force

  IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor

  VDC = Volt Direct Current mA = mili Ampere AVR = Automatic Voltage Regulator I/O = Input/Output CPU = Central Processing Unit RAM = Random Access Memory ROM = Read Only Memory EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory TTL = Transistor

• – Transistor Logic

  CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor LD = Ladder Diagram

  IL = Instruction List Languages SL = Statement List

  SFC = Squential Function Chart GL = Grafcet Languages HL = High Level Languages N0 = Normaly Open NC = Normaly Close PID = Proportional Integral Derivatif Kp = Konstanta proportional Ti = Konstanta integral Td = Konstanta derivatif DAS = Data Acquisition System Tr = Rise time Mo = Maximum overshoot Ts = Setling Time M = Memory bit MW = Memory Word

  INT = Iteger PC = Personal Computer

  IP adres = Internet Protocol FC = Fast Counter TM = Timer MF = Memory Float CMD = Command Promt

  IAE = Integral Absolut Error