TUGAS AKHIR DC CONTROL DRIVE PADA SISTEM KENDALI TERDISTRIBUSI MINI BERBASIS PLC OMRON CPM2A
TUGAS AKHIR
DC CONTROL DRIVE PADA SISTEM KENDALI
TERDISTRIBUSI MINI
BERBASIS PLC OMRON CPM2A
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Disusun oleh :
ERI CAHYONO NIM : 045114073
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
FINAL PROJECT
DC CONTROL DRIVE IN MINI DISTRIBUTED CONTROL
SISTEM BASED ON OMRON PLC CPM2A
In Partial Fulfilment of the Requirements for the degree of Sarjana Teknik Electrical Engineering Study Program
Electrical Engineering Departement Science and Technology Faculty Sanata Dharma University
ERI CAHYONO
NIM : 045114073
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2009
LEMBAR PERSETUJUAN PROPOSAL PRA TUGAS AKHIR
DC CONTROL DRIVE PADA SISTEM KENDALI TERDISTRIBUSI MINI BERBASIS PLC OMRON CPM2A
Oleh :
ERI CAHYONO
NIM : 045114073 Telah disetujui oleh :
Pembimbing I
HALAMAN PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
DC CONTROL DRIVE PADA SISTEM KENDALI
TERDISTRIBUSI MINI
BERBASIS PLC OMRON CPM2A
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.”
HALAMAN PERSEMBAHAN
Kupersembahkan karya tulis ini kepada :
Allah SWT yang maha pengasih dan maha penyayang
Ayah dan Ibuku Tercinta,
Saudaraku mba’ Enik dan mas Totok yang kucintai,
Kekasihku tersayang,
Temen-temen yang mendukungku, dan
Almamaterku Teknik Elektro USD
HALAMAN MOTTO
Manusia dapat dihancurkan..Manusia dapat dimatikan.. Akan tetapi manusia tidak dapat dikalahkan..
(PSHT 1922) Selama manusia itu setia pada hatinya..
Rumangsa Bisa Satemene Bodho, Andhap Asor Jejering Wong Ngerti Temen Angolah Santosaning Kalbu Kang Ditemeni Bakalane Tinemu
(PSHT 1922)
Just Do It, But Do It Right
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Eri Cahyono Nomor Mahasiswa : 045114073
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
DC CONTROL DRIVE PADA SISTEM KENDALI TERDISTRIBUSI MINI
BERBASIS PLC OMRON CPM2A 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 : 23 Juli 2009
INTISARI
Peningkatan kebutuhan dalam sistem kendali untuk mengontrol plant lebih dari satu telah membawa perkembangan dalam sub-area baru dalam sistem kontrol yang dikenal sebagai DCS (distributed control system). Tugas akhir ini meneliti tentang salah satu bagian dari mini DCS, yaitu DC control drive.
DC control drive akan mengatur kecepatan motor dc yang digunakan untuk
menjalankan conveyor dan menyediakan tegangan yang digunakan untuk menjalankan proses. Pengaturan kecepatan motor dc ini menggunakan pengendali berbasis PID dan penalaan parameternya menggunakan metode heuristic dengan PLC CPM2A sebagai pengendalinya. Programmable terminal (PT) NT30C digunakan untuk menampilkan kecepatan motor dc, terminal tegangan, grafik dan sebagai masukan untuk pengaturan parameter-parameter PID. DC control drive untuk pengaturan kecepatan motor dc dan penyedia tegangan telah diimplementasikan dan dilakukan pengujian untuk mengamati tanggapan sistem dari plant. Tanggapan sistem diamati dari gambar grafik pada
programmable terminal NT30C. Hasil yang diperoleh adalah tanggapan sistem yang
paling baik terjadi saat nilai penalaan parameter Pb = 170, Ti = 9999 dan td = 0 dengan error yang tidak terlalu besar yaitu 5%. Kata kunci : PLC CPM2A, terminal tegangan, programmable terminal NT30C, metode heuristic.
ABSTRACT
The development of control system which is able to control some plant has come to further improvement of control system called DCS (Distributed Control System). This final project deals with DC control drive, which is a part of mini DCS.
DC control drive that controls the speed of dc motor that is used to operate a conveyor and to provide voltage that is used to operate the process. The speed of this motor uses controller based on PID and heuristic method is used to count parameter of PID with PLC CPMA2A as the controller. PT (Programmable Terminal) NT30C is used to show the speed of dc motor, voltage terminal, graph, and also used to control parameter of PID.
DC control drive that controls the speed of dc motor and provides voltage has been implemented and tested to observe the response of the plant. The response of the system was observed from the graph shown in programmable terminal NT30C. The best result which was obtained at parameter Pb = 170, Ti = 9999 td = 0 with little fault found 5%. Keywords : PLC CPM2A, voltage terminal, programmable terminal NT30C, heuristic method.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, karena atas Anugerah-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. Allah SWT atas segala Rahmat dan Hidayahnya - Nya.
2. Bernadeta Wuri Harini, S.T., M.T., selaku pembimbing atas bimbingan, dukungan, saran dan kesabaran bagi penulis dari awal sampai tugas akhir ini bisa selesai.
3. Ir. Tjendro, selaku pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya sangat berguna untuk tugas akhir ini.
4. Damar wijaya ST, MT., dan Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T., selaku penguji yang telah bersedia memberikan kritik dan saran.
5. Seluruh dosen dan laboran Teknik Elektro atas ilmu yang telah diberikan selama penulis menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma.
6. Bapak dan Ibu tercinta atas kasih sayang, semangat, doa, dan dukungan secara moril maupun materiil, serta dorongan untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Saudaraku, Mba’ Enik dan Mas Totok atas dukungan, cinta, dan bantuan yang sangat berguna.
8. Kekasihku tersayang atas dukungan dan cinta selama ini.
9. Temen-temen PLC TEAM: Bekti, Taufik, Stenly dan Eko.
11. Teman-teman Elektro: Wharton, Juli, Yustin, Totok, Edi, Oscar, Jhon, Erik, Bayu rani, Arga, Tulus, Vendy, Budi, Agung, dan Sugiarto serta teman-teman Elektro 2003 dan 2004 yang selalu berbagi ilmu dan pengalaman kuliah.
12. Temen-temen makrab: Ridwan, Betut, Ganang, Mas Yopa, Agil, Arif, Wawan dan Pak Aris (Angkringan).
13. Teman-teman kost 99b: Adit, Danan, Dwi yang selalu memberikan saran-saran yang berguna.
14. 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 masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan.
Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.
Yogyakarta, Juli 2009 Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
JUDUL .............................................................................................................. i HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................ iii HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... vi HALAMAN MOTTO ...................................................................................... vii HALAMAN PUBLIKASI ............................................................................... viii
INTISARI ......................................................................................................... ix ABSTRACT...................................................................................................... x KATA PENGANTAR...................................................................................... xi DAFTAR ISI..................................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR........................................................................................ xvii DAFTAR TABEL ............................................................................................ xxiv
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ...........................................................
1 1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian .................................................
2 1.3. Batasan Masalah ........................................................................
2 1.4. Metodologi Penelitian................................................................
3 1.5. Sistematika Penulisan ................................................................
3 BAB II. DASAR TEORI 2.1. Distributed Control System (DCS) ..........................................
5 2.2. Sensor Kecepatan ......................................................................
8 2.3. Frequency to Voltage Converter................................................
9 2.4. Penguat Operasional ..................................................................
10 2.4.1 Penguat Non-inverting ...................................................
10
2.4.2 Pengikut Tegangan ( Voltage Follower ).......................
11 2.4.3 Pembanding ( Comparator ) ..........................................
12 2.4.4 Pembangkit Gelombang Kotak dan Segitiga .................
13 2.4.5 Penyearah Presisi Gelombang Penuh.............................
14 2.5. Driver Motor dc .........................................................................
14 2.6. Tanggapan Transien...................................................................
16 2.7. Pengendali PID .........................................................................
17 2.7.1 Pengendali Proposional..................................................
18 2.7.2 Pengendali Integral ........................................................
19 2.7.3 Pengendali Diferensial ...................................................
21 2.7.4 Pengendali Proposional, Integral dan Diferensial..........
22 2.8. Metode Penalaan Heuristic ........................................................
23 2.9. Pengendali PID Pada PLC CPM2A...........................................
24 2.91 Aksi Pengendali PID.......................................................
24 2.11.1.a. Kondisi Eksekusi OFF ....................................
24 2.11.1.b. Kondisi Eksekusi Naik Tepi ...........................
25 2.11.1.c. Kondisi Eksekusi ON......................................
25 2.10. Modul Analog Digital (MAD01) ...............................................
26 2.11. Programmable Logic Controller CPM2A..................................
29 2.11.1. Bagian-Bagian Progammable Logic Controller............
30 2.11.1.1. Central Processing Unit ( CPU)......................
30 2.11.1.2. Memori............................................................
30 2.11.1.3. Memori pada PLC CPM2A ............................
31 2.11.1.4. Waktu Scan .....................................................
33 2.11.2. Logika dalam Diagram Ladder .....................................
33 2.12. Programmable Terminal NT30C ...............................................
36 2.13. Rotary Encoder ..........................................................................
37 BAB III. RANCANGAN PENELITIAN 3.1. Diagram Blok.............................................................................
40
3.1.1 Diagram Blok Umum........................................................
40 3.1.2. Diagram Blok DC Control Drive.....................................
40 3.2. Perancangan Perangkat Keras....................................................
42 3.2.1. Antarmuka Tombol ON dan Tombol OF.......................
42 3.2.2. Sensor Kecepatan ..........................................................
43 3.2.3. Frequency to Voltage Converter....................................
45 3.2.4. Pembangkit Gelombang Kotak dan Segitiga .................
47 3.2.5. Rangkaian Penyearah Presisi .........................................
48 3.2.6. Driver Motor DC ...........................................................
49 3.2.7. Rangkaian Pembanding .................................................
50 3.2.8. Antarmuka Terminal Tegangan .....................................
50 3.2.9. Antarmuka Alarm (Buzzer)............................................
52 3.2.10. Layout Programmable Terminal NT30C ......................
53 3.3. Perancangan Perangkat Lunak...................................................
55 3.3.1. Kerangka Utama Program..............................................
55 3.3.2. Indikator Tombol ON/OFF dan Terminal Tegangan.....
56 3.3.3. Inisialisasi Programmable Terminal NT30C.................
58 3.3.4. Masukan Parameter PID ................................................
59 3.3.4.1 Masukan Parameter Set Point (Sp) ....................
59 3.3.4.2 Masukan Parameter Propotional Bandwitdh .....
60 3.3.4.3 Masukan Parameter Integral Time (Ti)..............
60 3.3.4.4 Masukan Parameter Deverative Time (Td) ........
61 3.3.4.5 Masukan Parameter Periode Sampling ..............
62
3.3.4.6 Masukan Parameter Operational Specifier dan Masukan Filter Coefficient ................................
63
3.3.4.7 Masukan Parameter Range Keluaran dan Range Masukan..........................................................
64 3.3.5. Masukan First Parameter...............................................
65 3.3.6. Pembacaan Data MAD01 dan Penyimpanan.................
65 3.3.7. Keluaran MAD01...........................................................
66
3.3.8. Hapus memori DM ........................................................
77
5.1 Kesimpulan ............................................................................... 110
BAB V. PENUTUP
4.4 Pengujian Perangkat Lunak ..................................................... 89
4.3.3 Pengujian Plant dengan Beban ...................................... 85
4.3.2 Pengujian Plant tanpa Beban ......................................... 81
4.3.1 Pengujian Perangkat Keras terhadap Plant.................... 78
4.3. Hasil Pengujian Terhadap Plant ................................................ 78
4.2.5 Pengujian Programmable Terminal................................. 77
76 4.2.4 Pengujian Alarm (Buzzer)................................................
67 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Implementasi Alat dan Cara Kerja Alat.....................................
76 4.2.7 Pengujian Terminal Tegangan .........................................
75 4.2.6 Pengujian Driver Motor ...................................................
74 4.2.5 Pengujian Rangkaian Pembanding ..................................
73 4.2.4 Pengujian Rangkaian Penyearah Presisi ..........................
72 4.2.3 Pengujian Pembangkit Gelombang Kotak dan Segitiga ..
71 4.2.2 Pengujian Frequency to Voltage Converter.....................
71 4.2.1 Pengujian Sensor kecepatan.............................................
68 4.2. Hasil Pengujian Perangkat Keras...............................................
5.2 Saran ........................................................................................ 110 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1 Sistem kendali terdistribusi………………………………….. 5 Gambar 2-2 Diagram blok jaringan bus I/O………………………………. 7 Gambar 2-3 Rangkaian sensor kecepatan…………………………………. 8 Gambar 2-4 Rangkaian frequency to voltage converter…………………
9 Gambar 2-5 Rangkaian penguat operasional sebagai penguat non-
inverting ………………………………………………………
10 Gambar 2-6 Rangkaian penguat operasional sebagai pengikut tegangan…
11 Gambar 2-7 Pembanding non-inverting dengan bias positif……………… 12 Gambar 2-8 Pembanding inverting dengan bias positif…………………... 12 Gambar 2-9 Rangkaian pembangkit gelombang kotak dan segitiga……… 13 Gambar 2-10 Penyearah presisi gelombang penuh………………………...
14 Gambar 2-11 Rangkaian driver motor dc…………………………………
15 Gambar 2-12 Kurva tanggapan transient……………………………………
17 Gambar 2-13 Diagram blok pengendali proporsional……………………… 18 Gambar 2-14 Proportional band dari pengendali proporsional tergantung pada penguatan.........................................................................
19 Gambar 2-15 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t dan kurva u(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan nol…………………...
19
Gambar 2-16 Diagram blok hubungan antara besaran kesalahan dengan pengendali integral......................................................................
20 Gambar 2-17 Perubahan keluaran sebagai akibat penguatan dan kesalahan.. 20 Gambar 2-18 Diagram blok pengendali diferensial…………………………
21 Gambar 2-19 Kurva waktu hubungan masukan-keluaran pengendali diferensial.................................................................................
21 Gambar 2-20 Diagram blok pengendali PID analog....................................... 22 Gambar 2-21 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan masukan untuk pengendali PID................................................
22 Gambar 2-22 Hubungan periode sampling dan proses PID………………... 24 Gambar 2-23 Ilustrasi masukan/keluaran pada MAD01…………………… 27 Gambar 2-24 Kontak Normally open (NO) dan Normally close (NC)……..
33 Gambar 2-25 Diagram ladder logika NOT…………………………………
34 Gambar 2-26 Diagram ladder logika AND………………………………… 34 Gambar 2-27 Diagram ladder logika OR…………………………………... 35 Gambar 2-28 Contoh tampilan pada PT NT30C…………………………… 36 Gambar 2-29 Contoh piringan rotary encoder……………………………… 38 Gambar 2-29 Sinyal keluaran rotary encoder……………………………… 38 Gambar 3-1 Diagram blok mini DCS........................................................... 40 Gambar 3-2 Diagram blok perancangan DC control drive pada mini DCS. 41 Gambar 3-3 Rangkaian antarmuka tombol ON/OFF...................................
42
Gambar 3-4 Penempatan sensor kecepatan motor........................................ 43 Gambar 3-5 Rangkaian sensor kecepatan..................................................... 44 Gambar 3-6 Rangkaian frequency to voltage converter dan rangkaian penguat tegangan……………………………………………..
45 Gambar 3-7 Rangkaian pembangkit gelombang kotak dan segitiga............ 47 Gambar 3-8 Rangkaian penyearah presisi.................................................... 49 Gambar 3-9 Rangkaian driver motor dc....................................................... 49 Gambar 3-10 Rangkaian pembanding dan buffer..........................................
50 Gambar 3-11 Rangkaian antarmuka terminal tegangan................................. 50 Gambar 3-12 Rangkaian buzzer untuk terminal tegangan.............................
52 Gambar 3-13 Layout tampilan menu utama (screen 1)…………………….. 54 Gambar 3-14 Layout tampilan monitor screen (screen 2)………………….
54 Gambar 3-15 Layout tampilan set screen (screen 3)……………………….. 54 Gambar 3-16 Layout tampilan graph line (screen 4)………………………. 55 Gambar 3-17 Diagram alir DC control drive.................................................
56 Gambar 3-18 Diagram alir indikator ON/OFF dan terminal tegangan……............................................................................
57 Gambar 3-19 Diagram alir kodisi tegangan keluaran tiap power supply....... 58 Gambar 3-20 Diagram alir inisialisasi PT NT30C…………………………. 58 Gambar 3-21 Diagram alir masukan parameter set point…………………... 59 Gambar 3-22 Diagram alir masukan parameter Pb........................................ 60
Gambar 3-23 Diagram alir masukan parameter Ti......................................... 61 Gambar 3-24 Diagram alir masukan parameter Td........................................ 62 Gambar 3-25 Diagram alir masukan parameter periode sampling................. 63 Gambar 3-26 Diagram alir masukan parameter operation specifier dan masukan filter coefficient..........................................................
63 Gambar 3-27 Diagram alir masukan parameter range keluaran dan range keluaran.....................................................................................
64 Gambar 3-28 Diagram alir masukan first parameter (P1).............................
65 Gambar 3-29 Diagram alir pembacaan MAD01 dan penyimpanan data……………………………………………………………
66 Gambar 3-30 Diagram alir keluaran............................................................... 66 Gambar 3-31 Diagram alir hapus memori DM..............................................
67 Gambar 4-1(a) Papan kontrol tampak dalam………………………………… 69 Gambar 4-1(b) Papan kontrol tampak depan………………………………….
69 Gambar 4-2(a) Papan power supply………………………………………….. 69 Gambar 4-2(b) Papan rangkaian………………………………………………
69 Gambar 4-3(a) Tampilan menu utama……………………………………….. 70 Gambar 4-3(b) Tampilan monitor screen…………………………………….. 70 Gambar 4-3(c) Tampilan set screen………………………………………….. 70 Gambar 4-3(d) Tampilan graph line…………………………………………. 70 Gambar 4-4 Grafik hubungan antara tegangan motor dengan keluaran 71
sensor kecepatan……………………………………………... Gambar 4-5 Grafik persen error(%) pengukuran tegangan keluaran penguat untuk frekuensi bervariasi…………………………..
73 Gambar 4-6 Hasil keluaran pembangkit gelombang kotak dan segitiga...... 74 Gambar 4-7 Hasil keluaran rangkaian penyearah presisi............................. 75 Gambar 4-8 Hasil keluaran pembangkit gelombang kotak dan segitiga dan
75 sinyal PWM............................................................................ Gambar 4-9 Hasil pengujian programmable terminal (PT) NT30C............ 78 Gambar 4-10 Grafik persen error(%) tampilan kecepatan motor pada PT NT30C untuk tegangan motor bervariasi.................................
79 Gambar 4-11 Grafik persen error (%) keluaran Frequency to Voltage Converter untuk frekuensi sensor bervariasi............................
79 Gambar 4-12 Tanggapan sistem dengan nilai Pb = 170……………………. 82 Gambar 4-13 Tanggapan sistem dengan nilai parameter Pb = 170 dan nilai parameter Ti = 50……………………………………………
84 Gambar 4-14 Tanggapan sistem dengan nilai Pb = 150…………………… 86 Gambar 4-15 Tanggapan sistem dengan nilai parameter Pb = 150 dan nilai
88 parameter Ti = 50…………………………………………… Gambar 4-16 Snapshot listing program tombol ON/OFF............................... 91 Gambar 4-17 Snapshot listing program untuk SCADA................................. 91 Gambar 4-18 Snapshot listing program untuk keluaran terminal tegangan..
91
Gambar 4-19 Snapshot listing program untuk kondisi tiap terminal tegangan dalam kondisi ON.....................................................
92 Gambar 4-20 Snapshot listing program untuk kondisi tiap terminal tegangan dalam kondisi OFF....................................................
93 Gambar 4-21 Snapshot listing program untuk indikator keluaran pada
94 buzzer .......................................................................................
Gambar 4-22 Snapshot listing program inisialisasi PT NT30C...................... 95 Gambar 4-23 Snapshot listing program untuk masukan set point.................. 95 Gambar 4-24 Snapshot listing program masukan parameter Pb.....................
96 Gambar 4-25 Snapshot listing program masukan parameter Ti..................... 98 Gambar 4-26 Snapshot listing program masukan parameter Td.................... 100 Gambar 4-27 Snapshot listing program masukan parameter periode
sampling ................................................................................... 102
Gambar 4-28 Snapshot listing program masukan parameter operation
specifier dan masukan filter coeffisient.................................... 103
Gambar 4-29 Snapshot listing program masukan parameter range keluaran dan range masukan................................................................... 104 Gambar 4-30 Snapshot listing program masukan first parameter (P1).......... 106 Gambar 4-31 Snapshot listing program pembacaan MAD01 dan penyimpanan............................................................................. 107 Gambar 4-32 Snapshot listing program PID................................................... 108
Gambar 4-33 Snapshot listing program keluaran MAD01............................. 108 Gambar 4-34 Snapshot listing program hapus alamat DM............................. 109
DAFTAR TABEL
Tabel 2-1 Perbandingan sistem terpusat dan sistem terdistribusi……….............6 Tabel 2-2 Setting dan fungsi pada PI ………………………………………….. 25 Tabel 2-3 Spesifikasi masukan MAD01………………………………………... 27 Tabel 2-4 Alokasi IR pada MAD01…………………………………………….. 27 Tabel 2-5 Spesifikasi keluaran MAD01…………………………………………
28 Tabel 2-6 Alokasi channel MAD01……………………………………….......... 28 Tabel 2-7 Setting range MAD01………………………………………………...
29 Tabel 2-8 Tabel intruksi PLC……………………………………………………
35 Tabel 4-1 Hasil pengujian rangkaian pembangkit gelombang kotak dan segitiga…….…………………………………………………………. 74 Tabel 4-2 Hasil pengujian rangkaian penyearah presisi…………………………
74 Tabel 4-3 Hasil pengujian driver motor………………………………………… 76
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah
1.1 Dalam perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma,
mahasiswa sering melakukan percobaan pengendalian suhu atau pengendalian posisi menggunakan pengendali PID (baik dengan rangkaian analog maupun mikrokontroler), misalnya untuk tugas akhir atau praktikum. Sebagian besar pengendali pada laboratorium kendali Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma masih menggunakan pengendali PID analog. Hal ini menyebabkan praktikan memerlukan waktu yang lama dalam pengambilan data saat praktikum, karena pemberian nilai-nilai parameter PID dan pengambilan data dilakukan secara manual, yaitu dengan mengukur tegangan keluaran (proses value, PV) dan mengatur tegangan pada tiap-tiap parameter PID.
Permasalahan lain juga muncul dari dunia industri. Industri saat ini banyak yang membutuhkan suatu alat yang dapat mengendalikan kecepatan motor dc dan dapat dimonitor dari jarak jauh. Sedangkan harga modul untuk control drive sangat mahal, oleh karena itu perlu dibuat suatu alat yang dapat mengendalikan kecepatan motor dc dan dapat dimonitor dari jarak jauh serta mudah dalam pengaturan nilai-nilai parameter PID. Alat seperti ini biasa disebut DC control drive.
DC control drive merupakan alat yang berfungsi untuk mengendalikan kecepatan
motor dc dengan menggunakan PLC CPM2A sebagai pengendali utamanya. Alat ini juga dapat digunakan sebagai modul praktikum kendali pada laboratorium kendali Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma. DC control drive dirancang agar dapat menampilkan kecepatan motor dc, dan menampilkan nilai-nilai parameter PID pada
programmable terminal (PT) NT30C. Disamping mengendalikan kecepatan motor dc, alat
ini juga menyediakan beberapa sumber tegangan yang digunakan untuk mengoperasikan sistem.
1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah membuat DC control drive pada
mini DCS yang berfungsi mengendalikan kecepatan motor dc dan menyediakan sumber
tegangan.Beberapa manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Memberikan DC control drive yang lebih murah yang dapat dimonitor oleh SCADA untuk kalangan industri.
2. Memberikan alternatif lain untuk digunakan sebagai control drive pada laboratorium kendali Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma maupun pada perusahaan-perusahaan.
3. Membantu dosen pengampu mata kuliah kendali terprogram dalam menjelaskan tentang aplikasi PLC CPM2A.
4. Sebagai referensi yang dapat mendukung penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan perancangan DC control drive menggunakan PLC CPM2A.
1.3 Batasan Masalah
Secara menyeluruh penelitian ini dibatasi pada : 1. Pendeteksi kecepatan motor menggunakan sensor opto interrupter.
4. Penampil menggunakan PT NT30C.
5. Motor dc yang digunakan untuk conveyor dikontrol secara PID.
6. Masukan setting parameter PID melalui tombol touch switch pada PT NT30C.
7. Sumber tegangan yang disediakan adalah 12 volt DC, -12 volt DC, dan 220 volt AC.
8. PT NT30C menampilkan kecepatan motor dc, set point, nilai parameter PB, nilai parameter Ti, nilai parameter Td dan kondisi terminal tegangan.
1.4 Metodologi Penelitian
Penulis melakukan penelitian dengan: 1. Mengumpulkan referensi dan literatur dari perpustakaan dan internet.
2. Menyusun referensi dan literatur yang telah ada.
3. Melakukan perancangan dan pembuatan alat yang terencana meliputi perancangan perangkat keras dan lunak. Untuk mengetahui hasil perancangan sesuai dengan hasil yang di inginkan, maka pada perancangan perangkat keras akan dilakukan simulasi.
4. Melakukan pengujian hasil perancangan. Titik perancangan yang akan diuji adalah keluaran pada sensor opto interrupter, tegangan keluaran pada
frequency to voltage converter , keluaran pada pembangkit gelombang kotak dan segitiga, terminal tegangan, PT NT30C dan kecepatan motor dc.
1.5 Sistematika Penulisan
Bab
I Pendahuluan
Bab ini berisi judul, latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. Bab II Dasar Teori Bab ini berisi dasar teori sensor kecepatan, frequency to voltage converter, pembangkit gelombang kotak dan segitiga, penyearah presisi, driver motor dan PT NT30C.
Bab III Rancangan Penelitian Bab ini berisi rancangan simulasi yang dibuat meliputi diagram blok dan bagan alir program (flow chart). Bab IV Pengamatan dan Pembahasan Bab ini berisi hasil pengamatan yang dilakukan dan pembahasan dari hasil pengamatan tersebut. Bab V Penutup Bab ini berisi kesimpulan dari hasil pengamatan dan pembahasan rangkaian serta saran-saran yang menyangkut ide-ide mengenai langkah-langkah lanjut untuk perbaikan dan pengembangan penelitian yang telah dilakukan.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Distributed Control System (DCS)
Distributed control system (DCS) atau sistem kendali terdistribusi merupakan
salah satu metode pengendalian yang menggunakan beberapa unit pemroses untuk mengendalikan suatu plant dengan tujuan agar beban pengendalian dapat terbagi [1].
Gambar 2-1 menunjukkan sistem terkendali terdistribusi. Beban komputasi yang harus dilakukan terhadap plant pengendalian tersebut dirancang agar tidak tertumpu pada suatu unit pemroses, melainkan didistribusikan pada beberapa unit. Beberapa unit pemroses harus dapat saling bekerja sama sehingga dapat membangun suatu sistem yang terintegrasi.
Gambar 2-1. Sistem kendali terdistribusi [1] Secara garis besar, perbedaan antara sistem kendali terpusat (central) dengan Tabel 2-1. Tabel perbandingan sistem terpusat dan sistem terdistribusi [2] Sistem terpusat (central) Sistem terdistribusi (distributed)
Banyak kabel Data terkirim melalui jaringan khusus terprogram terkonfigurasi Mudah rusak Resiko rendah
Dengan adanya suatu sistem kendali yang terdistribusi, maka semua proses yang dikendalikan dengan menggunakan sistem akan terdistribusi ke stasiun-stasiun kontrol (control station). Masing-masing proses akan dikendalikan oleh masing-masing control
station sehingga gangguan-gangguan yang mungkin timbul akan mudah terlacak dan
gangguan yang timbul pada salah satu proses tidak akan berpengaruh bagi proses lainnya.Pada sistem kendali terpusat, gangguan pada salah satu proses akan membawa akibat buruk bagi proses lainnya. Tujuan akhir sistem kendali terdistribusi adalah untuk meningkatkan kinerja sistem kendali plant. Kinerja-kinerja yang dipengaruhi dengan adanya sistem kendali terdistribusi adalah:
1. Produksi • Mengoptimalkan jadwal produksi.
- Mengoptimalkan penempatan peralatan.
2. Efisiensi • Penghematan energi dan material.
3. Keselamatan kerja dan penghematan biaya • Optimasi besar plant.
4. Peningkatan unjuk kerja suatu sistem peralatan Keuntungan dan kelebihan yang dimiliki DCS:
1. DCS dapat dipasang untuk aplikasi dalam konfigurasi yang sangat sederhana,
2. Sistem dapat melakukan multifungsi paralel karena sistem tersusun dari multiprosesor.
3. Pengkabelan pengendali lebih hemat atau sedikit dibanding dengan konfigurasi kendali komputer terpusat.
4. Model jaringan memberikan informasi proses seluruh bagian perusahaan sehingga, menajemen pabrik dan proses berjalan lebih efisien.
Jaringan bus I/O (I/O bus networks) merupakan hal yang paling utama dalam sistem kontrol terdistribusi. Jaringan bus I/O memungkinkan setiap PLC berkomunikasi dengan perangkat I/O seperti halnya sebuah sistem komputer pengawas berkomunikasi dengan PLC dalam local area network (LAN).
Gambar 2-2. Diagram blok jaringan bus I/O [2] Arsitektur jaringan bus I/O mengikuti konfigurasi pohon, dimana setiap perangkat masukan misalnya sensor dihubungkan secara langsung pada PLC atau bus LAN. Gambar
2-2 menunjukkan diagram blok jaringan bus I/O. Di dalam jaringan bus I/O, PLC berhubungan langsung dengan perangkat masukan tanpa menggunakan modul I/O, sehingga PLC berkomunikasi dengan setiap perangkat I/O berdasarkan protokol bus.
2.2 Sensor Kecepatan
Sensor kecepatan adalah sebuah rangkaian elektronik yang terdiri dari sebuah opto interrupter dan resistor [3]. Opto interrupter terdiri dari sebuah dioda
infrared dan sebuah fototransistor yang dipasang saling berhadapan. Opto interrupter
memiliki bentuk fisik yang menyerupai huruf U dengan satu sisi terdapat dioda infrared, sedangkan di hadapannya terdapat fototransistor. Gambar 2-3 menunjukkan rangkaian sensor kecepatan. VCC
R1 R2
I OPTO INTERRUPTER ISO1 Gambar 2-3. Rangkaian sensor kecepatan [3] Dioda infrared hanya mampu melewatkan arus maju maksimal sebesar 20mA.
Oleh karena itu sebuah resistor sebagai pembatas arus perlu ditambahkan. Besaran nilai resistor minimal ditentukan dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut:
Vcc R 1 = (2.1)
I Fototransistor adalah suatu semikonduktor yang dapat beroperasi jika bidang
penerima cahaya disinari oleh cahaya. Bila bidang penerima cahaya fototransistor disinari oleh cahaya dari dioda infrared pasangannya, maka transistor akan aktif (ON) dan keluaranan sensor kecepatan akan low. Apabila ada penghalang antara dioda infrared dan fototransistor, maka fototransistor tidak aktif (OFF). Opto interrupter biasanya digunakan sebagai sensor gerakan.