PENGENDALI TEKANAN PADA KETEL UAP DENGAN MENGGUNAKAN PENGENDALI PI

  PENGENDALI TEKANAN PADA KETEL UAP DENGAN MENGGUNAKAN PENGENDALI PI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Oleh: Nama : Denny Christanto NIM : 025114026 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  

BOILER PRESSURE CONTROLLER

USING IP CONTROLLER

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Electrical Engineering Study Program

By:

Name : Denny Christanto

  

Student Number : 025114026

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF ENGINEERING

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

HALAMAN 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 20 Oktober 2007 Denny Christanto

HALAMAN PERSEMBAHAN

  

Kupersembahkan karya tulis ini kepada :

Tuhan Yesus Kristus, yang selalu melindungi diriku

Bapak dan Ibu Tercinta atas semangat, doa, serta

dukungan secara moril maupun materiil

  

Saudara terkasih, Wisnu Yoga Wardana

Kekasihku, Budi Tri Utami

Almamaterku Teknik Elektro, khususnya angkatan

2002

HALAMAN MOTTO

  

Berdoa dan bekerja

Pengalaman adalah guru yang terbaik

Kegagalan adalah sukses yang tertunda

Buku adalah gudang ilmu

  

Uang mudah dicari

tetapi sahabat susah dicari dan takkan terlupakan

  

Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap

Dengan Menggunakan Pengendali PI

Nama : Denny Christanto

NIM : 025114026

   INTISARI

  Tugas akhir ini mendeskripsikan tentang Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap Dengan Menggunakan Pengendali PI yang menggunakan sensor tekanan, pemanas dan Boiler untuk mendapatkan tekanan yang stabil yang sesuai dengan tekanan yang diinginkan.

  Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap Dengan Menggunakan Pengendali PI diimplementasikan dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols. Masukan dari pengendali Proporsional Integral adalah selisih tegangan antara set point dengan

  

feedback ( sensor ). Dari hasil selisih itu kemudian digunakan untuk mengendalikan

  pemanas yang akan berakibat pada tekanan yang dihasilkan. Pada implementasi, terdapat 3 nilai level tegangan ( Set Point ) dengan besar tegangan yang berbeda- beda. Pemilihan level tegangan dilakukan dengan memutar Rotary Switch.

  Setelah dilakukan percobaan ternyata sistem yang telah dibuat dan dikerjakan tidak dapat berjalan sesuai dengan tujuan dan manfaat yang diharapkan.Sistem yang telah dibuat tidak dapat mengendalikan dan menjaga kestabilan tekanan yang ada dalam Boiler.

  Kata kunci : Pengendali Tekanan Pada Ketel Uap Dengan Menggunakan Pengendali PI, level tegangan, terkendali Proporsional Integral kalang tertutup, Ziegler-Nichols, Rotary Switch.

  

PRESSURE CONTROLLER at STEAMING

BOILER

BY USING CONTROLLER PI

  

Nama : Denny Christanto

NIM : 025114026

ABSTRACT

  This Final Duty is about Pressure Controller at Steaming Boiler By Using Controller PI using pressure sensor, heater and Boiler to get the stable pressure matching with wanted pressure.

  Pressure Controller At Steaming Boiler By Using Controller of PI implementation by using method Ziegler-Nichols. Input from Proporsional Integral controller is tension difference between setting point by feedback ( sensor ). From that difference result then used to control the heater to cause pressure yielded. At implementation, there are 3 value of level tension ( Set the Point ) which different each other. Election of tension level conducted by turning around rotary switch.

  After tried, system which have been made and done cannot walk in line with and expected benefit. In the reality control system which have been made cannot control and take care of the existing pressure stability in Boiler Keyword : Pressure Controller At Steaming Boiler By Using Controller PI, tension level, Proporsional Integral control of underlayer closed, Ziegler-Nichols,

  Rotary Switch.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Nama : Denny Christanto

  Nomor Mahasiswa : 025114026 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul: PENGENDALI TEKANAN PADA KETEL UAP DENGAN MENGGUNAKAN PENGENDALI PI beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 28 Februari 2008 Yang menyatakan (Denny Christanto)

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, karena atas kasih karunia-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.

  Dalam proses penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan perhatian dan bantuan dengan caranya masing- masing sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih antara lain kepada :

  1. Tuhan Yesus Kristus, karena lindunganNya hingga hari ini penulis dapat menikmati segala bentuk ciptaanNya.

  2. Bapak dan Ibu serta saudara saudariku tercinta atas semangat, doa serta dukungan secara moril maupun materiil.

  3. Bapak Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku dekan fakultas teknik.

  4. Bapak Bayu Primawan, S.T., M.Eng., selaku ketua jurusan teknik elektro 5.

  Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T., selaku pembimbing I atas ide-ide yang berguna, bimbingan, dukungan, saran dan kesabaran bagi penulis dari awal sampai tugas akhir ini bisa selesai.

  6. Bapak Ir. Tjendro, selaku pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya sangat berguna untuk tugas akhir ini.

  7. Seluruh dosen Teknik Elektro atas ilmu yang telah diberikan selama penulis menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma.

  8. Budi Tri Utami, kekasih yang selalu memberikan dukungan dan support moril 9.

  Teman-teman satu bimbingan TA: Tcus, Harek’s, Lele, Dani, Yoga, Sinung , Deri, Plentonk, Andek, Widi, Clement, Gepeng , Andis, Ido.

  10.

  . Teman-teman angkatan ’02 yang selalu berbagi cerita dan bersama dalam kuliah 11.

  Mas Sur, Mas Mardi, Mas Broto selaku laboran yang telah mengizinkan membuka Lab sewaktu-waktu jika diperlukan untuk mengam bil data.

  12. Dan seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir ini yang terlalu banyak jika disebutkan satu-persatu.

  Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masi h jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini san gat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir in i dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.

  Yogyakarta,

  20 Oktober 2007 Penulis

  

DAFTAR ISI

  Halaman

  JUDUL ....................................................................................................i

  HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................iii

  BAB I. PENDAHULUAN I. 1 I. 2 Tujuan dan Manfaat ................................................................................ 2

  ........................................................................ 2

  BA

  II. 2 Boiler ..................................................................................................... 8 .......................................................................... 9

  HALAMAN PENGESAHAN..............................................................iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ......................... v HALAMAN PERSEMBAHA .............................................................vi HALAMAN MOTTO .........................................................................vii

  INTISARI ...........................................................................................viii ABSTRACT ..........................................................................................ix KATA PENGANTAR........................................................................... x DAFTAR ISI........................................................................................xii DAFTAR GAMBAR........................................................................... xv DAFTAR TABEL .............................................................................xvii

  Latar Belakang........................................................................................ 1 I. 3 Batasan Masalah .............

  I. 4 Metodologi Penelitian............................................................................. 3 I. 5 Sistematika Penulisan ............................................................................. 5

  B II. DASAR TEORI

  II. 1 Aturan Ziegler-Nichols.......................................................................... 6 II. 3 Sensor ..........................

  II. 4 Pengendali ........................................................................................... 11

  II. 4. 1 Rangkaian Proporsional.......................................................... 11

  II. 4. 2 Rangkaian Integral.................................................................. 12

  II. 4. 3 Rangkaian PI .......................................................................... 13

  II. 5 Triac Driver......................................................................................... 15

  II. 6 T riac .................................................................................................... 16

  II. 7 P enguat Instrumentasi ......................................................................... 18

  II. 7. 1 Rangkaian Penguat Beda........................................................ 18

  II. 7. 2 Rangkaian Penguat Tegangan ................................................ 19

  II. 8 PWM ................................................................................................... 20

  BAB II I. PERANCANGAN III. 1 Pengendali Secara Umum .................................................................. 24 III. 2 Penyepadanan Alat-Alat Kontrol PI................................................... 25 II I. 3 Plant ................................................................................................... 28 III. 4 Sensor Tekanan ................ .................................................................. 31 III. 5 Set Point ............................................................................................. 32 III. 6 Pengendali .......................................................................................... 34 III. 6. 1 Pengendali Proporsional........................................................... 35 III. 6. 2 Pengendali Integral .................................................................. 36 III. 6. 3 Pengendali PI ........................................................................... 37 III. 7 Current To Voltage Converter ........................................................... 39 III.

  8 Rangkaian Deteksi Error ................................................................... 40 III.

  9 PWM .................................................................................................. 41 III.

  10 Interfacing Triac .............................................................................. 43

  BA B IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

  IV. 1 Kinerja Plant...................................................................................... 46

  IV. 2 Pengamatan dan Analisis ................................................................... 47

  IV. 2. 1 Analisis Plant........................................................................... 48

  IV. 2. 2 Analisis Pengendali.................................................................. 49

  IV. 2. 2. 1 Analisis Set Point........................................................... 49

  IV. 2. 2. 2 Analisis Rangkaian Deteksi Error ................................. 49

  IV. 2. 2. 3 Analisis Rangkaian Proporsional................................... 50

  IV. 2. 2. 4 Analisis Rangkaian Integral........................................... 50

  IV. 2. 2. 5 Analisis PWM................................................................ 51

  BAB V. P ENUTUP V. 1 Ke simpulan ......................................................................................... 52 V. 2 Sa ran.................................................................................................... 52 DAFTAR PUSTAKA LA MPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

  BAB I B AB II G ambar 2. 1 Kurva Respon Tangga Satuan ...................................................... 5 Gambar 2. 2 Respon Tangga Satuan Sebuah Sistem......................................... 6 Gambar 2. 3 Kurva Respon Berbentuk-S .......................................................... 6 Gambar 2. 4 Rangkaian Proporsional.............................................................. 12 Gambar 2 . 5 Rangkaian Integral...................................................................... 12 Gambar 2. 6 Diagram Blok Kontroller PI ....................................................... 14 Gambar 2. 7 Rangkaian PI............................................................................... 14 Gambar 2. 8 Skema MOC30XXX................................................................... 16 Gambar 2. 9 Simbol Triac ............................................................................... 17 Gambar 2. 10 Rangkaian Penguat Beda .......................................................... 18 Gambar 2. 11 Rangkaian Penguat Tegangan................................................... 19 Gambar 2. 12 Pulsa PWM ............................................................................... 20 Gambar 2. 13 Rangkaian PWM....................................................................... 21 Gambar 2. 14 Cara Kerja Pembangkitan Gelombang Segitiga ....................... 21 BAB III Gambar 3. 1 Diagram Blok Rangkaian Secara Umum.................................... 24 Gambar 3. 2 Lay Out Pengendali..................................................................... 25 Gambar 3. 3 Kurva Respon Plant.................................................................... 27 Gambar 3. 4 Kurva Perpotongan Garis Singgung ........................................... 27 Gambar 3.

   5 Boiler ..........................................................................................29 Gambar 3. 6 Sensor Tekanan........................................................................... 31

  

Gambar 3. 7 Rangkaian Pembagi Tegangan ................................................... 32

Gambar 3. 8 Rangkaian Set Point.................................................................... 34

Gambar 3. 9 Rangkaian Penguat Proporsional................................................ 36

Gambar 3. 10 Rangkaian Penguat Integral...................................................... 37

Gambar 3. 11 Diagram Blok Rangkaian Pengendali PI .................................. 38

Gambar 3. 12 Rangkaian PI............................................................................. 39

Gambar 3. 13 Rangkaian Penguat Beda .......................................................... 40

Gambar 3. 14 Rangkaian PWM....................................................................... 41

Gambar 3. 15 Perancangan PWM ................................................................... 43

Gambar 3. 16 Interfacing Triac Dengan Pengendali PI .................................. 44

  BAB IV Gambar 4. 1 Boiler ..........................................................................................48 BAB V

  DAFTAR TABEL

  Halaman

  Tabel 2. 1 Aturan penyepadanan Ziegler-Nichols.............................................. 8 T abel 2. 2 Macam-macam MOC30XXX ......................................................... 16

Tabel 3. 1 Data Plant ....................................................................................... 26

Tabel 3. 2 Set Point .......................................................................................... 32

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

  Peralatan instrumentasi adalah in rumen elektronik yang dikendalikan oleh st sistem elektronika. Instrumen elektronik memiliki beberapa sistem pengendalian yaitu secara manual, digital dan terkendali mikroprosesor. Dalam dunia industri pengukuran dan pengendalian merupakan hal yang sangat penting untuk mendukung proses produksi. Peralatan kendali tersebut haruslah bersifat presisi dan efisien serta mudah pengoperasiannya. Salah satu contoh di dunia industri dan kehidupan, besaran yang memerlukan kepresisian instrumen adalah besaran tekanan. Seperti diketahui besaran tekanan ini banyak terlibat dalam proses produksi dalam bidang industri, pengoperasian sistem peralatan pada sektor jasa (pelayanan), pembangkit tenaga listrik dan lain-lain.

  Untuk mengatur tekanan banyak cara dilakukan, sebagai contoh adalah pemakaian sensor tekanan yang dihubungkan dengan sistem kontrol untuk menset atau mendapatkan nilai tekanan terten tu sesuai keinginan. Kontrol tekanan memegang peranan yang sangat penting dalam proses produksi, misalnya pada industri kimia di mana sering kali suatu proses diharapkan memiliki kestabilan tekanan tertentu agar didapat hasil proses yang sesuai. Pada industri yang menggunakan tekanan dalam prosesnya, maka pasti menggunakan boiler (panic bertekanan). Tekanan tersebut dilakukan oleh tenaga manusia, dan untuk mengurangi tingkat resiko kecelakaan pada manusia.

1.2 Tujuan dan manfaat

  T ujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah untuk membuat suatu peralatan sebagai aplikasi peng endali PID yang mengendalikan kompor listrik 600 Watt. De ngan kata lain pengendali PID yang dibuat bertujuan untuk mengontrol tekanan pada boiler agar tidak berlebihan dan sesuai dengan tekanan yang diinginkan melalui kompor 600 Watt yang dikendalikan.

  Manfaatnya adalah untuk menerapkan ilmu pengetahuan yang telah diperoleh selama kuliah terutama di bidang p engendalian dan instrumentasi dalam bentuk p embuatan alat sebagai implementasinya terutama sebagai pengendali tekanan uap pada system pemanas air. Dengan adanya pengendali tekanan uap air otomatis pada system pemanas ini diharapkan dapat mempermudah pekerjaan yang sulit dilakukan oleh tenaga manusia, dan untuk mengurangi tingkat resiko kecelakaan pada manusia.

1.3 Batasan masalah.

  Pada pembuatan tugas akhir ini penyusun membuat alat yang dapat r dan kontrol terhadap level tekanan uap air. Instrumen yang dim dengan rentang tekanan 0 2.

  3. n adalah kompor listrik 600 Watt. rapkan seperti pada set setting tekanan yang diinginkan melalui sebuah set kontrol berupa potensiom digunakan untu menguku aksud memiliki spesifikasi sebagai berikut : 1.

  Pengendali dirancang berdasarkan sensor yang digunakan yaitu Pressure

  Transmitter yang bertipe 8320 dari Burkert sampai dengan 10 Bar.

  Pengendali sistem pemanas air berdasar set point. Aktuator yang digunaka 4. Apabila telah mencapai tekanan uap air yang diha point, maka pemanas akan mati.

5. Tekanan yang dapat terukur pada boiler mempunyai rentang 0 sampai 1,5 Bar.

  Pemakaian instrumen ini adalah kontrol tekanan dengan menetapkan eter. Pengesetan yang dilakukan adalah menentukan batas maksimum tekanan uap air. Setelah tekanan diset sesuai dengan keinginan diharapkan alat yang dapat menjaga stablitas tekanan sesuai dengan set yang diberikan.

1.4 Metodologi penelitian.

  Penyusunan laporan tugas akhir ini mempunyai metode penelitian yang dapat dijelaskan berikut ini : 1. ncari referensi yang dibutuhkan untuk mendukung proses perancanga n

  Me dan pembuatan alat yang t elah direncanakan.

  2. Membuat plant. Dalam hal ini penulis akan membuat pengendali tekanan uap air, sehingga kami harus membuat plant yan g berupa panci bertekanan atau biasa disebut boiler.

  3. Setelah plant kami buat, pengambilan data dilakukan untuk mengetahui karakteristik dari se nsor tekanan, batas tekanan boiler dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tekanan maksimum.

  4. Dengan adanya data dari plant yang sudah dibuat, maka kita dapat melakukan penulisan proposal.

  5. Perancangan kontrol pengendali bisa dilaksanakan karena plant dibuat dan kita sudah mengetah ui karakteristik dari sensor tekanan, batas tekanan boiler dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tekanan maksimum serta data- data lain yang diperlukan.

  6. Implementasi kontrol pengendali dapat segera dilakukan dengan adanya rancangan pengendali yang tepat dan akurat.

  7. Hal terakhir yaitu pengujian. Kita lakukan pengujian secara menyeluruh antara hubungan pengendali dan plant, apaka h sudah sesuai dengan yang kita harapkan atau belum. Selain itu kita juga mengambil data dari pengendali dan plant yang kita buat.

  Penulisan laporan dilakukan untuk koreksi apakah alat kita sudah sesuai dengan kriteria alat yang

  8. baik, apakah sudah sesuai dengan harapan kita

1.5 Si

  Sistem pembahasan tidak jauh berbeda dengan metodologi yang digunakan n menurut metodologinya seperti berikut : ada bab ini berisikan mengenai penjelasan latar belakang masalah, maksud yang menjelaska tentang rancangan system yang akan ilihan komponen yang nantinya asi alat yang akan dikerjakan. emperoleh nilai – nilai ya an pertimbangan dari pemilihan komponen tersebut.

  (sesuai dengan perancangannya), selain untuk mencocokkan data antara teori dan data pada alat secara nyata.

  stematika penulisan

  dan penulis membagi pembahasa

  BAB I. Pendahuluan P dan tujuan, batasan masalah, dibuat, serta menjelaskan sistematika pembahasan

  BAB II. Dasar Teori Pada bab ini berisi tentang teori dan pem digunakan dalam implement

  BAB III. Rancangan Penelitian Pada bab ini berisikan mengenai bagaimana m komponen ng akan digunakan d

  BAB IV. Hasil Pengamatan dan Pembahasan Berisi mengenai bagaimana hasil dari kerja alat yang dibuat dan menganalisis data yang diperoleh. BAB V. Kesimpulan dan Saran Pada bab ini berisikan kesimpulan dari hasil perancangan dan implementasinya serta saran agar baik kedepannya.

BAB II DASAR TEORI

  2.1 hols Aturan Ziegler-Nic Ziegler dan Nichols mengusulkan aturan-aturan untuk menentukan nilai

  penguatan proporsional Kp, waktu integra l Ti dan waktu turunan Td yang didasarkan pada karakteristik respon transien s uatu sistem yang diketahui. Penentuan parameter alat-alat kontrol PID sedemikian atau penyepadanan alat-alat kontrol PID dapat dilakukan oleh insinyur di lapangan berdasarkan eksperimen pada sistem.

Gambar 2.1 Kurva respons tangga satuan

  Ada tiga metode yang dinamakan aturan penyepadanan Ziegler -Nich ols yaitu metode kurva r eaksi, metode osilasi dan metode Quarter . Pada penelitian ini akan menggunakan metode kurva reaksi, sehingga hanya akan menjelaskan metode kurva rea ksi saja. Dalam ketiga metode ini, mereka ditujukan pada pencapaian 25% lonjakan maksimum dalam respon tangga seperti pada gambar 2.1.

  Dalam metode kurva reaksi, secara eksperimental respons sistem terhadap masukan tangga-satuan diperlihatkan pada gambar 2.2. Jika sistem tidak mencakup integrator ataupun nilai-nilai kutub pasangan kompleks yang domi nan, maka kurva respons s ebuah tangga satuan mungkin kelihatan seperti kurva berbentuk-S, seperti diperlihatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.2 Respons tangga satuan sebuah sistemGambar 2.3 Kurva respons berbentuk-S

  Karakteristik kurva berbentuk-S dapat diberikan oleh dua konstanta, yakni waktu tunda L dan ko nstanta waktu tunda T dan konstanta wak tu ditentukan dengan menggambarkan garis singgung pada titik perubahan kurva berbentuk-S dan menentukan perpotongan garis singgung dengan sumbu waktu dan garis c(t)=K, seperti p

  kontrol

  1 PID

  u p p dasarnya terdiri dari bumbun perkembangannya dilengkapi dengan pipa api m

   (Boiler)

  L = konstanta waktu tunda K = perbandingan in

  = n i io = w kt

  Ketel a ada g (drum) yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam aupun pipa air. Ketel uap diklasifikasikan dalam banyak kelas. Ada yang diklasifikasikan

  = waktu integral T d a u turunan T = waktu tunda put dan output sistem (plant)

  i

  1 Dengan keterangan K p ila penguatan propors nal T

  L T K

  2L 0,5L .1,2

  T K

  ada gambar 2.3. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai K

  L T 3 ,

  .0,9

  PI

  ∞

  L T

  1 .

  Tipe alat K p T i T d P K

Tabel 2.1 Aturan penyepadanan Ziegler-Nichols

  i dan T d berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada tabel 2.1.

  , T

  p

2.2 Ketel Uap

  berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, pemakaian, letak dapur, jumlah lorong, ai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi i potensial uap. ketel uap untuk berfungsi.

  Sed si secara efektif.

  .

  Sistem pemipaan, memungkinkan sistem penghantaran kalor yang as panas dengan air ketel. proses tutup drum, bentuk dan letak pipa, sistem peredaran air dan berdasarkan sumber panasnya.

  Ketel uap berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkombinasikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas.

  Komponen utama pada boiler : 1.

  Dapur, sebag panas.

  2. Alat penguap (evaporator) yang mengubah energi pembakaran menjadi energ Kedua komponen tersebut di atas telah dapat memungkinkan sebuah angkan komponen lainnya :

  1. Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfung 2 efektif antara nyala api atau g

3. Sistem pemanas uap lanjut, berfungsi sebagai alat untuk menaikkan efisiensi ketel.

2.3 Sensor

  Sensor adalah piranti yang me ntransform (mengubah) suatu nilai (isyarat/energi) fisik ke nilai fisik yang lain. Sensor menghubungkan antara fisik nyata dan industri electrik dan piranti elektronika. Di dunia industri sensor berguna untuk monitori ng, kontrolling, dan proteksi. Sensor sering disebut juga dengan Transduc er.

  Transducer merupakan piranti yang memberikan output (yang bisa dipakai)

  sebagai tanggapan terhadap (measurand) kondisi, kuantitas fisik masukan. Output dari sensor berupa (didefinisikan sebagai) besaran elektris. Sensor tidak terbatas pada pengukuran b esaran fisik saja, tetapi juga pada kimia, dan biologi. Ada 6 tipe isyarat :

• tekanan, kecepatan, percepatan, panjang gel acoustic, dll

  Mechanical, contoh: panjang, luas, mass flow, gaya, torque,

  Thermal, contoh: temperature, panas, entropy, heat flow

• Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi,
• dll Magnetic, contoh: intensitas medan, flux density, dll •

  i, dll Radiant, contoh: intensitas, panjang gelombang, polarisas

• Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi,
• dll.

  Sensor m engkonversi dari suatu isyarat input ke suatu isyarat o uput. Sensor bisa saja men gg nakan satu atau lebih pengkonversian untuk menghasilkan su u atu isyarat keluara A bantuan sumber energi yang menunjangnya atau tidak yaitu : couple tersebut.

  D Proporsion ral.

  kaian Proporsional

  wujud mekanism yang ada dan apapun bentuk daya penggeraknya, kendali p enguat dengan penguatan yang dapat diatur. G n. da 2 macam sensor yang digolongkan berdasarkan ada tidaknya

  ¾ Passive Sensor. Mengkonversi sifat-sifat/isyarat fisik atau kimia ke dalam isyarat yang lain tanpa bantuan sumber energi. Contoh : termocouple. Termocouple menghasilkan tegangan output sebanding dengan suhu pada sambungan term

  ¾ Active Sensor. Mengkonversi sifat-sifat/isyarat fisik atau kimia ke dalam isyarat yang lain dengan bantuan sumber energi. Merupakan pilihan utama untuk isyarat-isyarat yang lemah/kecil.

  gen ali

2.4 Pen d

  alam hal ini pengendali yang dimaksud meliputi rangkaian al, rangkaian Integral dan rangkaian Proporsional Integ

2.4.1 Rang

  Pengendali proporsional adalah pengendali yang keluarannya proporsional dengan masukannya yang berupa error. Apapun e roporsional pada dasarnya merupakan p ambar 2.4 merupakan rangkaian kendali proporsional. Sehingga dari gambar rangkaian tersebut didapatkan persamaan :

  Vout = Kp Ve (2.1) dengan Vout = tegangan output

  R ₂

• Kp = (Gain)

  R ₁ Ve = tegangan error

Gambar 2.4 Rangkaian Proporsional

  Misalkan sinyal masukan e (t) dan sinyal keluaran adalah m (t) maka :

  m (t) = Kp. e (t) (2.2) Kp merupakan konstanta pengendali proporsional atau penguatan.

2.4.2 Rangkaian Integral Rangkaian kendali integral ditunjukkan pada gambar 2.5 di bawah ini.

Gambar 2.5 Rangkaian Integral

  Dari gambar 2.5 diperoleh persamaan : _t

  I Vedt Vout ( ) (2.3) ∫

• Vout = K

  dengan Vout = tegangan output

  1 I = ( Integration gain) - K

  R . C _{1 1} Ti = R I . C I (waktu integral) Ve = er ror voltage

  Vout (0) = initial output voltage Pada kendali dengan aksi kendali integral, nilai keluaran kendali m (t) d bah d iu engan laju ya ng sebanding dengan sinyal kesalahan penggerak e (t) sehingga :

  m (t) = Ki e (t ) dt (2.4) ∫

2.4.3 Rangkaian PI (Proporsional Integral)

  Aksi kontrol proporsional plus integral didefinisikan dengan persamaan berikut : _t

  K _p

m (t) = K e(t) + (2.5)

p e ( t ) dt

  ∫ T _I

  atau fungsi alih kontroler adalah :

  M ( s )

  1 ⎛ ⎞

• K

  1 (2.6) = p ⎜ ⎜ ⎟⎟

  E ( s ) T s _I ⎝ ⎠

  Diagram blok kontroler proporsional integral dapat dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Diagram blok kontroler PI.

  Rumusan yang didapatkan dari blok diagram tersebut adalah : _t

  Kp

m (t) = Kp e(t) + e ( t ) dt (2.7)

  ∫ Ti

Gambar 2.7 Rangkaian PI

  Kp menyatakan kepekaan proporsional atau penguatan, dan Ti

  menyatakan waktu integral. Gambar rangkaian PI secara nyata dapat dilihat pada gambar 2.7.

  Rumusan untuk rangkaian pada gambar 2.7 adalah :

  R R

  2

  2

  1 Vout = - Ve Vedt (2.8)

• R

  ( ) ∫

  1 R

  1 RI . CI

  1 R

  2 Dengan Kp = dan K =

  I R

  1 R C _{I I}

2.5 Triac Driver

  LED AlGaAs memiliki nominal 1.3 V forward drop 10mA dan tegangan Kelua

  s terdiri dari sebuah LED

  rga MOC30XX dari non-zero crossing triac driver infram erah alu minium gallium aesenida, dig abungkan pada chip detector silikon.

  Dua chip ini dirakit pada enam paket pin DIP, menyediakan 7.5KV AC(peak) penyekat antara LED dan detector keluaran. Chip detec tor keluaran ini dirancang memicu

  triac guna mengendalikan beban pada tegangan 115 Volt dan 220 Volt. Chip

  h alat yang berfungsi sama dengan sebuah triac kecil, sinyal

  detector adalah sebua

  yang dih asilkan digunakan untuk memicu triac yang besar. MOC30XX memiliki kemampuan untuk mengontrol triac daya besar dengan meminimumkan komponen tambahan.

  Macam-macam MOC30XX dapat dilihat pada tabel 2.2. Pem edaannya b adalah berdasarkan blocking tegangan (V

  DM ) dan arus pemicu (I FT ). Arus maksimal yang dapat dilewatkan adalah 60 mA. Detector memiliki tegangan blocking minimum sebesar 250 V saat mati. Pada saat hidup, detector akan melewatkan 100 mA pada arah yang berlawanan dengan drop tegangan kurang dari 3 V. Saat dipicu pada kondisi on, detector akan selalu on sampai drop arus di bawah arus holding (umumnya 100 µA) setelah itu detector menjadi off.

Gambar 2.8 Skema dari MOC30XXTabel 2.2 Macam-macam MOC30XX

  Detektor dapat dipicu on dengan tegangan melebihi tegangan forward

  

blocking, dengan lereng tegangan melewati detetor melebihi nilai dv/dt, atau dengan

  foton dari LED. LED dijamin dapat memicu detector menjadi on saat arus yang melewati LED sama, atau lebih dari I . Bentuk MOC3021 dapat dilihat pada

  

FT(MAX)

gambar 2.8.

2.6 Triac

  Triac adalah Thyristor dua arah yaitu suatu piranti tiga terminal yang dapat

  melewatkan arus dalam kedua arah melalui jalur utamanya. Terminal-terminal arus utama dikenal sebagai terminal utama-1 (T1) dan terminal utama-2 (T2), seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.9 (a).

Gambar 2.9 (a) Simbol Triac, (b) Rangkaian Equivalen Triac

  Triac tersusun dari dua buah SCR yang dipasang paralel berkebalikan, seperti pada gambar 2.9 (b).

  SCR (Silicon Controlled Rectifier) adalah suatu piranti semikonduktor yang hanya dapat melewati arus dalam satu arah, maka akan sangat berguna untuk mengendalikan arus DC. Jika dua SCR digabung secara paralel berkebalikan maka didapatkan suatu pengendali fasa AC dan disebut sebagai triac. Kedua terminal dapat berlaku sebagai katoda dan anoda.

  Jik a tegangan yang dipasangkan pada gerbang nol, triac mence gah aliran arus dala m kedua arah dan pada kondisi ini triac berada dalam keadaan blocking.

  

Triac dapat dihidupkan ba ik oleh sinyal gerbang positif maupun negatif. Jika

  terminal T2 adalah positif terhadap T1 triac dipicu menjadi menghantarkan oleh suatu pulsa positif yang dipasang pada gerbang. Jika T2 negatif terhadap T1, maka

  

triac akan dapat dihidupkan dengan memberikan suatu pulsa negatif yang dipasang

pada gerbang.

  2.7 nguat Instrumentasi Pe

2.7.1 Rangkaian penguat beda

  Dalam tugas ini rangkaian penguat instrumentasi yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2.10. Karena penguatan yang diinginkan hanya satu kali maka rangkaian ini berfungsi sebagai rangkaian penguat beda atau dalam sistem akan berfungsi sebagai rangkaian deteksi error.

Gambar 2.10. Rangkaian penguat beda

  Besar nilai penguatan dinyatakan dalam rumus :

  ( ) ^{1 2} V

  = R4 Dari rangkaian pada gambar 2.10 diperoleh persa Ve = ( ₁ ² R

Gambar 2.11 Rangkaian penguat tegangan

  aian Penguat Tegangan telah pengenda I sebagai inverter.

  PI dan se li P

  amplifier). Rangkaian ini pada perancangan digunakan pada bagian pengendali

  Jika keluaran dari penguat mengeluarkan tegangan yang lebih besar dari masukannya disebut penguat tegangan (voltage amplifier). Dalam sistem kontrol penguat tegangan yang banyak digunakan adalah opamp (operational

  R

  (2.10)

  2 -V 1 ).

  V Ve

  V

  R1 = R3 R2 maan :

   V 2 = tegangan masukan dari set point

   V 1 = tegangan masukan dari sensor tekanan

  Dengan Ve = tegangan error (masukan untuk pengendali PI)

  M = (2.9)

  −

2.7.2 Rangk Penguat berfungsi untuk memperbesar suatu sinyal ke harga tertentu.

  Dengan Vi = tegangan input Vout = tegangan output Rumusan nilai penguatan dari gambar 2.11 adalah :

  Rf

  A = (2.11)

  Ri Rf Vout = (2.12) Vin Ri

  Jika Ri Rf , rangkaian ini disebut penguat pembalik (inverting ≈ amplifier atau inverter).

2.8 Modulasi lebar pulsa (Pulse Width Modulation, PWM)

  PWM merupakan rangkaian yang menghasilkan variasi pulsa untuk masukan dc yang bervari asi. Dengan PWM akan didapatkan nilai duty cycle yang berubah-ubah tergantung masukan dc-nya. Pada prinsipnya PWM ini membandingkan tegangan segitiga yang berperiode konstan tertentu dengantegangan dc yang berubah-ubah. Hasilnya berupa gelombang kotak dengan perbandingan periode on-off yang berubah. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.12.

  Misalkan suatu gelombang segitiga dibandingkan dengantegangan sebesar Vdc1 yang berpolaritas positif dihasilkan gelombang kotak dengan duty cycle di atas 50% dan jika dibandingkan dengan tegangan Vdc2 yang berpolaritas negative menghasilkan duty cycle di bawah 50%.

Gambar 2.12 Bentuk pulsa PWM dengan masukan Vdc1 dan Vdc2

  Besarnya duty cycle (

  

δ) adalah perbandingan periode on terhadap

  periode total :

  T t t t t _{on off on on}

  = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜

  ⎜ ⎝ ⎛

  δ (2.13) Realisasi dari rangkaian ini bisa menggunakan OPAmp sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.13.

• =

Gambar 2.13 Rangkaian PWM Rangkaian OpAmp I adalah untuk menghasilkan tegangan kotak, OpAmp II untuk menghasilkan tegangan segitiga dan OpAmp III sebagai pembanding. Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga (OpAmp I dan II) diterangkan menurut gambar 2.14.

Gambar 2.14 Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga

  Dengan acuan waktu hingga titik B, jika tegangan V ramp memotong V , UT keluaran pembandingnya meloncat positif ke +V . Ini menyebabkan keluaran sat pembangkit tanjakan kem bali ke atas ke V , sehingga menyelesaikan satu siklus

  UT lengkap dari gelombang segitiga.

  Persamaan analisisnya diberikan oleh :

• V _sat

  V = (2.14)

  UT − n

  V − _sat

  V LT = (2.15)

  − n

  V V LT = (2.16) n

• V _{sat − − ( sat )}

Untuk pembangkit segitiga tersebut didapatkan perumusan sebagai berikut : ¾

  Tegangan puncak ke puncak (Vpp) :

  2 V . . R _sat

3 Vpp =

  (2.17)

  R

  2

  ¾ Frekuensi yang dihasilkan sebesar :

  R

  2 F = (2.18) 4 . R

  3 . R 4 . C Sedangkan R1 sebesar parallel R2 dan R3 yang berfungsi untuk mengkompe nsasi besarnya m asukan, sehingga tegangan masukan inverting dan non

  inverting besarnya sam a yang mengakibatkan beda potensial antara kedua m asukan tersebut nol.

  Pad a bagian pembanding ada dua masuk an yaitu masukan V1 berupa gelombang segitiga yang tetap dan masukan V2 berupa tegangan dc yang bisa diubah-ubah. Dengan mengubah-uabah besarnya tegangan dc maka keluarannya mempun yai amplitude sebesar tegangan saturasi OpAmp dan periode on-off yang berubah-ubah sebagaimana dideskripsikan pada gambar 2.12.

BAB III PERANCANGAN

  3. 1 Pengendali secara umum

  Alat yang akan dibuat merupakan pengendali tekanan uap pada sistem pem nas air berbasis PI (Proporsional Integral). Blok diagram dari alat dapat dilihat a p ada gambar di bawah ini :

Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian secara umum

  Cara kerja alat secara garis besar adalah set point diubah (sesuai tekanan yang diinginkan) setelah itu maka alat akan bekerja secara otomatis. Yang dimaksud dengan bekerja secara otomatis adalah, alat akan mati bila tekanan pada boiler sesuai dengan tekanan yang diatur pada set point.

  Rangkaian penguat beda digunakan untuk mendapatkan nilai error yang merupakan selisih antara tegangan masukan dari set point dan tegangan yang dihasilkan oleh s ensor tekanan. Tegangan error yang didapatkan dig unakan sebagai input pengendali PI yang nantinya tegangan keluaran dari pengendali PI akan digunak an sebagai input untuk rangkaian driver. Driver digunakan sebagai pemutus dan penyambung tegangan pada aktuator, dalam hal ini digunakan rangkaian triac sebagai driver. Lay out dari pengendali yang akan dibuat dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Lay out Pengendali PI

  3. 2 Penyepadanan alat-alat kontrol PI Ziegler dan Nichols mengusulkan aturan-aturan untuk menentukan nilai

  penguatan proporsional Kp, waktu integral Ti dan waktu turunan Td yang didasarkan pada karakteristik respon transient dari plant.

  Metode Ziegler-Nichols yang pertama, digunakan untuk mencari nilai Kp dan Ti berdasarkan respons transient dari plant yang telah dibuat. Kurva respon yang dibuat berdasarkan data dari plant dapat kita lihat pada gambar 3.3.

  Data yang diperoleh dari plant adalah sebagai berikut : n (Volt) Waktu (Menit)

Tabel 3.1 Data plant

  No Tekanan (Bar) Teganga 1 0 0.404 2 0.05 0.418

  19 3 0.1 0.421 22 4 0.15 0.430 28 5 0.2 0.438 33 6 0.25 0.445 37 7 0.3 0.452 42 8 0.35 0.461 46 9 0.4 0.468

  50

  10

  3 0.45 0.476