4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Motor DC
Motor DC adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi gerak, mempunyai prinsip dasar yang sama dengan motor stepper namun gerakannya bersifat kontinyu atau berkelanjutan. Motor DC dibagi menjadi 2 jenis yaitu ; motor DC dengan sikat (mekanis komutasi), yaitu motor yang memiliki sikat
karbon berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa arah
tenaga putaran motor akan selalu sama. Dalam kehidupan kita sehari – hari motor DC dapat kita lihat pada motor starter mobil, pada tape recorder, pada mainan anak–anak, dan pada pabrik–pabrik motor DC digunakan untuk traksi, elevator, conveyor, dan sebagainya. Bilamana arus listrik yang mengalir dalam kawat arahnya menjauhi kita (maju) maka medan – medan magnet yang terbentuk di sekitar kawat arahnya searah dengan putaran jarum jam. Sebaliknya bilamana arus listrik mengalir dalam kawat arahnya mendekati kita (mundur) maka medan – medan magnet yang terbentuk di sekitar kawat arahnya berlawanan dengan arah perputaran jarum jam (percobaan Maxwel). Prinsip dasar dari motor arus searah adalah jika sebuah kawat berarus diletakkan diantara kutub magnet (U-S) maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang akan menggerakkan kawat itu. Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri Fleming yang berbunyi : “Apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub Utara dan Selatan sehingga garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus didalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari (gambar 2.1)”.
4
5
Gambar 2.1 Kaidah Tangan Kiri Fleming
Besarnya gaya tersebut : F = B i l Newton …………………………….,,,,…… (2.1) Dimana: B
= kerapatan fluks (webber)
l
= panjang penghantar (meter)
i
= arus yang melewati penghantar (ampere)
2.1.1 Komponen Utama Motor DC Adapun komponen utama yang dimiliki motor DC adalah sebagai berikut: a. Kutub medan permanen. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukan diantara kutubkutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. b. Armatur / Jangkar Bila arus masuk menuju jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Jangkar yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak
6
untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, jangkar berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan
selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan.
c. Komutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah
untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Komutator juga membantu
dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Laju torsi dan arah dapat diubah sesuai beban bekerja pada tegangan rendah. Konduktor yang mengalirkan
arus akan merasakan gaya di dalam medan magnet.
2.1.2
Motor DC Eksitasi Terpisah
Motor dc eksitasi terpisah adalah merupakan salah satu dari jenis motor dc yang dapat menambah kemampuan daya dan kecepatan karena memiliki fluks medan (Ф) yang dihasilkan oleh kumparan medan, yang terletak secara terpisah dan mempunyai sumber pembangkit tersendiri berupa tegangan dc. Sehingga dengan demikian, jenis motor dc eksitasi terpisah ini sangat memungkinkan untuk dapat membangkitkan fluks medan (Ф) bila dibandingkan dengan menggunakan motor dc magnet permanen. Karena motor DC eksitasi terpisah mempunyai fleksibilitas dalam pengontrolan.
Vf
Va
Gambar 2.2 Motor Arus Searah Eksitasi Terpisah
7
Pada motor eksitasi terpisah, kumparan medan dihubungkan dengan
sumber sendiri dan terpisah dengan tegangan jangkar. Terdapat dua hal yang
dapat mempengaruhi nilai kecepatan dari motor dc jenis eksitasi terpisah, yaitu tegangan dan fluks medan Hal ini dapat kita amati dari persamaan dasar motor
dc, sebagai berikut :
Va = Eb + Ia.Ra …………………………….………….…………………….(2.6) Vf
If
Rf
………………………………………………………………..….…(2.7)
Vf ≠ Va ………………………………………………………………….……(2.8)
Catatan : Pada persamaan diatas rugi sikat dan reaksi jangkar diabaikan.
2.1.3 Karakteristik Motor DC Karakteristik – karakteristik yang penting dari motor arus searah adalah : Karakteristik pengaturan putaran (n) fungsi tegangan jangkar (Ea) : n f Ea Persamaan tegangan jangkar terhadap putaran motor adalah :
n
Ea ……………………………………..……………………. ..(2.4) K . n
0
Ea
Gambar 2.3 Karakteristik Putaran Motor DC Terhadap Tegangan Jangkar
Kurva n = f(Ea) terlihat linier karena n naik ketika Ea dinaikkan, dan n turun ketika Ea diturunkan dan bentuk kurvanya yang tidak non linier ini dianggap linier.
8
n
V Ia.Ra K .
Gambar 2.4 Karakteristik Putaran Motor DC Terhadap Arus Jangkar
Dari gambar di atas dapat dilihat pengaturan n f Ia . Terlihat jelas
bahwa semakin besar arus jangkar (Ia) maka putaran motor DC akan turun. Terjadi selisih antara pada kecepatan tanpa beban (n0) dengan keadaan pada saat arus jangkar dinaikan. 2.1.4 Kelebihan dan Kekurangan Motor DC Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur : a. Tegangan jangkar – meningkatkan tegangan jangkar akan meningkatkan kecepatan. b. Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab risiko percikan api pada sikatnya. Selain itu motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. 2.2
Sistem Kendali Sistem Kendali adalah sistem yang dibangun untuk menghasilkan
karakteristik kerja yang mampu menekan atau meminimalisasi faktor pengaruh yang dapat menyimpangkan keluaran sistem dari yang diinginkan agar diperoleh
9
hasil yang teregulasi (berada sekitar nilai standar yang telah ditetapkan sebelumnya). Menurut Pakpahan, 1988, istilah lain sistem kontrol atau teknik
kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrolan.
Sistem kendali dapat dibedakan menjadi beberapa jenis. Berdasarkan
prinsip kerja pengaturan, sistem kendali ada dua macam, yaitu sistem kendali umpan maju (kalang terbuka/open loop) dan sistem kendali umpan balik (kalang tertutup/close loop).
2.2.1 Sistem Kendali Loop Terbuka
Sistem kendali loop terbuka adalah merupakan sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, atau dengan kata lain sistem kendali loop terbuka keluarannya (output) tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan inputnya. Akibatnya ketetapan dari sistem tergantung dari kalibrasi. Pada umumnya, sistem kendali loop terbuka tidak tahan terhadap gangguan luar. Dibawah ini adalah gambar diagram blok sistem kendali loop terbuka.
Gambar 2.5 Blok Diagram Sistem Kendali Loop Terbuka
2.2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup Sistem kendali loop tertutup seringkali disebut sistem kendali umpan balik. Sistem umpan balik ini adalah sistem kendali yang mengawasi nilai-nilai keluaran yang aktual dan membandingkan agar tetap pada nilai-nilai yang diinginkan, untuk kemudian mengubah set aktuator agar kesalahan (error) semakin diperkecil. Sinyal kesalahan (error) merupakan selisih antara besaran setpoint dengan
10
besaran aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi kontroler, untuk mengeluarkan sinyal
positif
(mempercepat
pencapaian
harga
setting)
atau
negatif
(memperlambat tercapainya harga yang diinginkan). Pada umumnya sistem kendali loop tertutup tahan terhadap gangguan dari luar sehingga dapat
mengkompensasi ketidaktepatan di dalam model proses, kesalahan pengukuran, dan gangguan-gangguan tak terukur.
Gambar 2.6 Blok Diagram Sistem Kendali Loop Tertutup
e
Gambar 2.7 Ilustrasi Spesifikasi Respon
2.2.3 Macam Sistem Kendali Dalam sistem kendali dikenal beberapa macam pengendali yang umum digunakan, antara lain : 1. Pengendali P (Proporsional) 2. Pengendali I (Integral) 3. Pengendali D (Derivatif)
11
Pada proyek akhir ini jenis pegendali yang akan digunakan adalah
pengendali Proporsional Integral (PI). Oleh karena itu pembahasan akan terfokus
dan lebih rinci mengenai pengendali PI. a. Pengendali P (Proporsional)
R(s)
+-
E(s)
Kp
U(s)
X(s)
2.8 Diagram Blok Pengendali Proporsional
U(s) Kp
E(s) 2.9 Respon Pengendali Proporsional
2.10 Grafik Respon Pengendali P Orde 1 dan Orde 2
Alat kendali proporsional (P) merupakan pengembangan dari kendali duaposisi. Pada alat kendali dua-posisi, keluaran alat kendali 100% atau 0% tergantung pada sinyal error atau sinyal yang masuk ke alat kendali. Jika sinyal error lebih besar dari daerah netral maka keluaran alat kendali adalah 100 %. Sebaliknya bila sinyal error lebih kecil dari daerah netral, maka keluaran alat
12
kendali 0%. Alat kendali P mempunyai keluaran yang lebih halus dan antara masukan dan keluarannya mempunyai hubungan linier yang berarti bahwa
simpangan yang terjadi pada keluaran alat kendali mengikuti simpangan sinyal errornya. Sudah tentu, simpangan keluaran alat kendali, dalam prakteknya selalu
dibatasi oleh kondisi saturasi minimum dan maksimum yang telah ditetapkan atau oleh keterbatasan kemampuan perangkat keras yang digunakan. Pembatasan keluaran alat kendali disesuaikan dengan kondisi saturasi yang digerakkannya.
Pengendali P dirumuskan sebagai berikut. Up(t) = Kp.e(t)………………………………………………………. (2.5) Keterangan: Up(t) = keluaran alat pengendalian/Manipulated Variable Kp
= penguatan/Gain Proporsional
e(t)
= sinyal error atau masukan alat pengendalian
Persamaan diatas menjelaskan bahwa keluaran alat kendali berbanding lurus (proporsional) terhadap sinyal error dengan ketetapan penguatan Kp yang biasanya dapat diatur. Persamaan tersebut bisa juga dinyatakan dalam bentuk transformasi Laplace sebagai berikut: Up(s) = Kp . E(s) ...…………………………..…………..………. (2.6) Rumusan–rumusan kendali diatas biasanya dipergunakan untuk keperluan analisis secara teoritis. Untuk keperluan dilapangan, persamaan-persamaan kendali biasanya dinyatakan dalam bentuk yang lebih sederhana namun lebih komunikatif, yaitu dalam bentuk presentase. Dalam bentuk presentase alat kendali ini diekspresikan sebagai : U = Kp . E …..……………..……………………….................. (2.7) Dimana: U = keluaran (0 – 100%) Kp = penguatan alat kendali E = masukan atau error (%)
13
U[s]
E[s]
Kp
Kp U
E
b
a
Gambar 2.11 Aksi Alat Kendali
Keluaran (output) alat kendali biasa disebut sinyal kendali. Untuk terapan
tertentu seperti yang banyak terdapat pada kendali proses, yaitu dikehendaki agar katup tidak tertutup 100% pada saat E = 0, maka perlu adanya modifikasi persamaan kendali menjadi U = KpE + P(0) ……………………..…………………………… (2.8) P(0) adalah keluaran kendali ketika E = 0 (t = 0) Pengendali proporsional memiliki 2 parameter, pita proporsional (proportional band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja kontroler efektif dicerminkan
oleh
pita
proporsional,
sedangkan
konstanta
proporsional
menunjukkan nilai faktor penguatan terhadap sinyal kesalahan (Kp). Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional (Kp) ditunjukkan secara prosentasi oleh persamaan berikut: =
× 100% ...…………….………………..………................ (2.9)
Gambar 2.14 menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran kontroler dan kesalahan yang merupakan masukan kontroler. Ketika konstanta proporsional bertambah semakin tinggi, pita proporsional menunjukkan penurunan yang semakin kecil, sehingga lingkup kerja yang dikuatkan akan semakin sempit.
14
Gambar 2.12 Proportional Band dari Kontroler Proporsional Tergantung Pada Penguatan.
Karakteristik Pengendali P : a. Semakin besar Kp, maka error semakin kecil, waktu naik (tr) semakin kecil, waktu puncak (tp) semakin kecil, persentase overshoot (MP) semakin besar serta respon makin cepat. b. Selalu terjadi offset, tetapi dapat dikoreksi dengan manual reset. c. Memadai untuk proses dengan kapasitansi yang kecil. d. Jika beban berubah akan timbul offset. e. Jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan (orde terlampau tinggi), akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan berosilasi b. Pengendali I (Integral)
R(s)
+-
E(s) X(s)
Ki / s
(a)
U(s)
15
(% ) K2
K2 > K1
K1
t
E (% )
t (b) Gambar 2.13 (a) Diagram Blok Pengendali I (b) Tanggapan Alat Kendali Integral Terhadap Error Tetap
Dari gambar 2.15 menunjukan bahwa untuk sinyal error positif dan konstan, keluaran alat kendali akan naik terus. Kenaikan sinyal kendali akan tetap berlangsung sampai batas maksimum yang telah ditetapkan atau sesuai dengan kapasitas perangkat kerasnya. Laju kenaikan keluaran alat kendali, disamping ditentukan oleh error juga ditentukan oleh penguatan integrasinya. Semakin tinggi penguatan integrasinya akan semakin tinggi pula laju kenaikan sinyal keluaran kontrolnya 1 (2.10) R .C ……………...…...…………………………………… v Ki v dt ……….……………………………………………….. (2.11) out R Secara matematis alat kendali ini dinyatakan sebagai berikut: Ki
( )
= Ki . e(t) ………………………………..…….…………... (2.12)
atau Ui =
. ∫ e(t) dt atau Ui = Kp . Ki . ∫ e(t) dt ….........…… (2.13)
16
Keterangan : Ui(t)
E(t)
: sinyal error
Ki
: penguatan integrasi (persentasi keluaran per detik per persen error)
: sinyal kendali
Bila keluaran pada saat
t= 0 adalah nol, maka transformasi Laplace
persamaan adalah
( ) ( )
=
E(s) ……………………….……………...…………. (2.14)
Sehingga fungsi alih alat kendali adalah
( ) ( )
=
…………...…………………..…………………….... (2.15)
U(s) dan E(s) adalah transformasi Laplace dari u(t) dan e(t) secara berurutan. Agar lebih komunikatif, persamaan kendali diubah kedalam bentuk persentase sebagai : = Ki atau U = Ki ∫
(
) ………………..…………………... (2.16)
Lazim pada alat kendali integaral adalah waktu integral atau Ti
1 Ki
(detik). Sinyal keluaran kontroler integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Gambar 2.16 menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang disulutkan ke dalam kontroler integral dan keluaran kontroler integral terhadap perubahan sinyal kesalahan tersebut.
Gambar 2.14 Menunjukkan Blok Diagram Antara Besaran Kesalahan Dengan Keluaran Suatu Kontroler Integral.
17
Pengaruh perubahan konstanta integral terhadap keluaran integral
ditunjukkan oleh gambar 2.17. Ketika sinyal kesalahan berlipat ganda, maka nilai
laju perubahan keluaran kontroler berubah menjadi dua kali dari semula. Jika nilai konstanta integrator berubah menjadi lebih besar, sinyal kesalahan yang relatif
kecil dapat mengakibatkan laju keluaran menjadi besar.
Gambar 2.15 Perubahan Keluaran Sebagai Akibat Penguatan Dan Kesalahan
Karakteristik Pengendali I : 1.
Memperbaiki error, semakin besar Ki maka error semakin kecil.
2.
Dapat menghilangkan offset.
3.
Keluaran kontroler membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga kontroler integral cenderung memperlambat respon.
4.
Ketika sinyal kesalahan berharga nol, keluaran kontroler akan bertahan pada nilai sebelumnya.
5.
Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ti .
6.
Semakin kecil Ti akan mengakibatkan sistem tidak stabil
7.
Konstanta integral Ti yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ti (terlampau tinggi) akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran kontroler.
18
c. Pengendali Proporsional Integral (PI)
Gambar 2.16 Diagram Blok Pengendali PI pada Sistem Kendali Loop Tertutup
Alat pengendalian proporsional–integral (PI) adalah alat pengendalian
hasil kombinasi dari alat pengendalian proporsional (P) dan alat pengendalian
integral (I). Bentuk matematis alat pengendalian ini merupakan kombinasi penambahan persamaan pengendalian dari alat pengendalian P dan alat pengendalian I.
upi(t)=Kpe(t)
Kp T1
t
e(t )dt
…….………….………………......... (2.17)
0
Jika harga awal dianggap nol, maka transformasi Laplace persamaan di atas adalah upi(s) = KpE(s) +
Kp TI s
E( s) ………………….…………………… (2.18)
Maka fungsi alih alat pengenalian dapat dituliskan : ( ) ( )
1+
….…………………………………..………… (2.19)
Kp adalah penguatan proporsional, dan T1 adalah waktu integral. Kedua parameter ini dapat diset harganya. Waktu integral mengatur aksi pengendalian integral namun pengubahan penguatan proporsional mempengaruhi kedua bagian aksi pengendalian, yakni bagian proporsional dan bagian integral. Dalam alat pengendalian integral, parameter pengendaliannya biasa juga dinyatakan dengan laju reset (reset rate) atau Ki yang merupakan kebalikan dari waktu integral Ti. Laju reset ini adalah berapa kali per menit aksi bagian pengendalian proporsional menjadi dua kali lipat. Untuk memperjelas pengertian waktu integral dapat dilihat dalam penjelasan tanggapan step alat pengendalian.
19 Tabel 2.1 Pengaruh Tunning Parameter PI Secara Independen Terhadap Respon Proses
Waktu Waktu Overshoot Tanjakan Penetapan Sedikit Pembesaran Berkurang Bertambah Bertambah Kp Sedikit Pembesaran Bertambah Bertambah Berkurang Ki
Error Tunak
Kestabilan
Berkurang
Menurun
Banyak Berkurang
Menurun
Dapat disimpulkan bahwa karakteristik dari pengendalian PID adalah
sebagai berikut.
Efek P yang dapat mempercepat respon dan terjadi offset, efek I yang
dapat menghilangkan offset namun responnya lambat, sehingga efek PI adalah respon yang cukup cepat dan nilai offset nol. 2.2.4
Aksi Kontrol Dasar Pada pengerjaan tugas akhir ini digunakan tipe kontroler feedback. Nilai
Manipulative Variable (MV) pada kontroler feedback bergerak kearah kebalikan dari nilai Process Variable (PV). Sehingga nilai PV melebihi nilai Set point Variable (SV) maka nilai error akan bertambah dan nilai output dari kontroler akan menurun sehingga nilai PV menurun. Pada dasarnya, tugas sebuah pengontrol otomatis terbagi dalam dua tahap, yaitu membandingkan dan menghitung. Kedua tugas tersebut di dalam diagram blok diwakili oleh kerja summing junction dan kerja unit kontrol, seperti terlihat pada Gambar 2.24.
SP
error
+
Pengontrol
MV
Proses
CV
PV
Gambar 2.17 Diagram Blok Sistem Pengontrolan Feedback
Summing junction bertugas membandingkan Variable Process (PV) dengan titik acuan (SP) sehingga akan dihasilkan kesalahan (error = SP – PV). Unit pengontrol bertugas menghitung besar kecilnya koreksi yang diperlukan
20
akibat adanya error ini dan menghasilkan sinyal kontrol (MV) menuju elemen kontrol akhir.
2.2.5 Tanggapan Sistem Kendali Umum Ketelitian adalah menunjukkan deviasi keluaran sebenarnya terhadap nilai
yang diinginkan. Umumnya ketelitian sistem pengaturan diperbaiki dengan
menggunakan mode pengontrol seperti integrasi atau integrasi proporsional.
Kestabilan adalah suatu sistem dikatakan stabil jika keluarannya tetap pada
nilai tertentu dalam jangka waktu yang ditetapkan setelah diberi masukan.
Keluaran suatu sistem tak stabil akan terus naik dan atau turun hingga kondisi break down. Kecepatan respon (response) adalah mengukur kecepatan keluaran dalam menanggapi perubahan nilai masukan. Pada sistem orde dua, tanggapan sistem kendali terbagi menjadi tiga berdasarkan konstanta peredamannya, yaitu sistem kurang teredam/under damped (ζ < 1), teredam kritis/critical damped (ζ = 1) dan teredam lebih/over damped (ζ > 1).
Gambar 2.18 Kurva Peredaman (Damped Curve)
21
2.2.6 Tanggapan Transien Tanggapan transien adalah tanggapan sistem yang berlangsung dari awal
dikenai perubahan masukan atau gangguan sampai keadaan akhir atau kondisi (steady state). tunak
Secara umum bentuk respon output sistem orde 2, untuk input unit step
sebagai berikut :
Gambar 2.19 Tanggapan Transien
Parameter-parameter transien : td =
delay time = waktu yang dibutuhkan utuk mencapai amplitude sebesar 50% amplitudo input.
tr =
rise time = waktu yang dibutuhkan sistem untuk kenaikan respons dari (10% - 90%) amplitudo input.
tp =
peak time = waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai respons sampai amplitudo maximum/ maximum overshoot pertama.
ts =
setting time = waktu yang dibutuhkan untuk mencapai simpangan amplitudo tidak lebih dari 5% pertama kali.
Mp = maximum persent over shoot = perbandingan diantara simpangan tertinggi yang tercapai dengan amplitudo steady state (amplitudo input). = =
− ( ) 100% ( ) −
100
22
2.2.7 Metoda jerat terbuka atau Metode Kurva Reaksi
Dalam metode ini, semua alat kendali tidak difungsikan. Plant diberi
masukan step dan keluarannya direkam dan diproses. Sehingga diperoleh kurva
“S”. Dari kurva ini diperoleh waktu tunda (delay-time) l dan “time constant” T
seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Dari kedua harga ini dan eksitasian plant Ks, kemudian ditentukan parameter kendali untuk masing-masing konfigurasi, berdasarkan tabel Zeigler dan Nichols (Tabel 2.2).
Gambar 2.20 Penalaan metode jerat terbuka Tabel 2.2 Penalaan metode jerat terbuka
Jenis alat kendali
Kp
Ti
Td
P
T L
∞
0
PI
0.95T L
L 0.3
0
PID
1.2T L
2L
0.5 L
23
2.3
Programmable Logic Controller (PLC)
Pada aplikasi industri, banyak dibutuhkan implementasi pengontrol proses
yang akan beraksi menghasilkan output sebagai fungsi dari state, perubahan state,
atau beberapa variabel biner. Sistem yang mengimplementasikan fungsi ini disebut sistem pengontrol logic karena input sinyal yang diproses berupa variabel
biner.
Gambar 2.21 Diagram Konfigurasi PLC
Programmable Logic Controller (PLC) adalah elemen kendali yang fungsi pengendaliannya dapat diprogram sesuai keperluan. PLC mempunyai jenis input atau output berupa sinyal logic on off. Alat ini mempunyai kemampuan menyimpan
instruksi-instruksi untuk
melaksanakan
fungsi
kendali
atau
melaksanakan suatu perintah kerja yang sekuensial, perhitungan aritmatik, pemrosesan numerik, sarana komunikasi dari suatu proses. Perkembangan PLC sangat erat dengan perkembangan mikroprosesor. Seiring dengan meningkatnya kemampuan mikroprosesor, maka kemampuan PLC akan meningkat juga. Saat ini PLC telah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modulmodul kendali tertentu seperti PID kontroler, multi-channel analog I/O, berkomunikasi
dengan
komputer
atau
PLC
lain,
bahkan
dapat
juga
mentransmisikan data untuk keperluan pengontrolan jarak jauh (remote). Keuntungan dari PLC antara lain:
24
1) Kemudahan untuk memprogram dan mengubah program sesuai kebutuhan. 2) Kemudahan dalam pemeliharaan dan perbaikan
3) Bersifat fleksibel dan multi-modul serta ukurannya yang kompak dan praktis untuk di-install dilapangan industri. Hal ini merupakan kemajuan dari
teknologi relay. 4) Biaya total pada akhirnya akan dapat ditekan dibandingkan teknologi hardwired.
2.3.1
Fungsi PLC
Fungsi Programmable Logic Controller adalah sebagai berikut:
Kontrol Sekuensial
a) Pengganti relay control logic konvensional b) Pewaktu c) Pencacah Kontrol Cerdas ( canggih )
a) Operasi Aritmatika b) Penanganan informasi c) Control analog ( suhu, tekanan, aliran, dll.) d) PID ( proporsional integrator derivative) e) Fungsi Logic 2.3.1.1 Keunggulan PLC
Kelebihan yang dimiliki PLC adalah 1) Modifikasi sistem lebih sederhana dan cepat 2) Mudah dalam pengoperasian 3) Penggunaan pada sistem kontrol luas 4) Pemeliharan relatif lebih mudah 5) Keandalannya tinggi 2.3.1.2 Arsitektur PLC
Konfigurasi PLC secara Fisik terbagi dua bagian, yaitu: 1) Fixed, terdiri dari Processor, modul I/O, dan catu daya dalam satu unit.
25
2) Modular, PLC dengan konfigurasi seperti ini terdiri dari Processor, input, output, dan catu daya yang terpisah satu sama lain. Konfigurasi ini
memungkinkan dalam keleluasaan dalam perluasan.
Bagian bagian utama dari PLC adalah :
1) Central Processing Unit
2) Memori
3) Unit Input/Output Catu Daya
Programming
Printer
Komputer
CPU Input Interface
INPUT
Output Interface
OUTPUT
Memory
Gambar 2.22 Diagram Blok Konfigurasi PLC
2.3.1.3 Central Processing Unit Central Processing unit terdiri dari microprocessor yang mempunyai fungsi untuk mengeksekusi program yang telah kita buat, selain itu microprocessor juga mempengaruhi kecepatan respon dari PLC. CPU juga berfungsi mengatur dan mengawasi seluruh operasi PLC sehingga respon PLC yang dikontrol sangat tergantung pada proses CPU.
2.3.1.4 Memori
Memori PLC terdiri dari memori sistem operasi dan memori pemakai . Memori sistem operasi adalah tempat menyimpan program yang mengendalikan operasi PLC. Memori pemakai merupakan lokasi untuk penempatan program untuk pengendalian proses atau data PLC. Jenis-jenis memori: 1) Random Acces Memory ( RAM ) RAM merupakan memori internal yang terdapat didalam CPU. RAM disebut juga read-write memory karena selain data dapat di baca dari memori, data yang ada
26
didalam RAM juga bisa ditulis. Jadi program yang telah kita buat dapat disimpan di dalam RAM. Dan apabila kita ingin merubah atau memperbaharui data tersebut
kita dapat merubahnya bahkan secara berulang ulang.
2) Read Only Memory ( ROM )
ROM merupakan memori yang bersifat permanen, artinya data atau informasi yang terdapat didalam ROM hanya dapat di baca saja. Informasi yang terdapat didalam ROM ini sudah dimasukan oleh pabrik pembuat PLC tersebut. 2.3.1.5 Unit Input/Output
Unit input PLC terdiri dari unit yang mampu mempresentasikan dua jenis
sinyal yaitu sinyal analog dan digital. Output berfungsi sebagai media penghasil sinyal sebagai sumber tegangan bagi actuator. 2.3.1.6 Alat Pemograman ( Programming Unit )
Adalah suatu system proses berupa sebuah peralatan sebagai media untuk membuat, mengedit, memodifikasi, atau memonitor suatu program. 2.3.1.7 Pemograman Program yang digunakan adalah program CX Programmer atau untuk PLC Omron. Program ini di buat oleh Produsen Omron itu sendiri sebagai media pembuatan perangkat lunak program yang nantinya akan di download ke CPU daripada PLC Omron. 1)
Load ( LD ) Instruksi load merupakan representasi dari satu kondisi logika dan
biasanya dibutuhkan untuk suatu proses yang dihubungkan langsung dengan output. Symbol dari instruksi dasar load adalah sebagai berikut: 00.00
2)
Load Not (LD not) Instruksi LD Not memiliki logika seperti kontak NC pada relai dan
digunakan pada urutan kerja suatu system control yang membutuhka suatu kondisi logika. Symbol dari instruksi dasar LD Not adalah sebagai berikut:
27 00.00
3)
Symbol Fungsi Spesial
Fungsi special P_On adalah pada saat Cx-programer online
dengan PLC intruksi ini kontak dengan sendirinya.
2.3.1.8 Masukan Variabel Tegangan pada trigger TCA 785
Pada program yang menggunakan analog I/O maka harus di setting besarnya jangkauan tegangan, terdapat 5 kode dengan masing-masing nilai jangkauan yang berbeda seperti terdapat pada table berikut. Tabel 2.3 Kode Masukan Variabel tegangan pada TCA 785
1-10 v (analog Input 0)
001 1
#
0
0
0
8
0
0
0
0
0
Program masukan veriabel tegangan
1-10v (analog input 1) 0
1
0
4
0
1-10v (analog output ) 1
0
0
9
1
28
Gambar 2.23 program kode masukan variable tegangan
Analog I/O tidak akan bekerja apabila kode masukan variabel tegangan di masukan, ketika kode veriabel tegangan telah di masukan, maka untuk mengganti seting kode veriabel tegangan masukan sumber tegangan dari luar harus di
matikan lalu di nyalakan kembali.
2.4
USB 1208LS USB-1208LS adalah alat yang digunakan sebagai perantara untuk
menghubungkan program software pada komputer terhadap peralatan lainnya yang dibutuhkan untuk mengendalikan kecepatan motor DC.
Gambar 2.24 USB-1208LS
Gambar 2.25 Diagram Blok Fungsi USB1208LS
29
2.4.1 Komponen Eksternal USB-1208LS USB-1208 memiliki kompenen eksternal sebagai berikut.
1. Konektor USB Konektor USB terletak di sebelah kanan cangkang USB-1208LS.
Konektor ini memberikan tegangan +5 V dan komunikasi. Tegangan yang diberikan melalui konektor USB tergantung sistem. Dan mungkin kurang dari +5 V. Tidak ada catu daya eksternal yang diperlukan.
2. LED Lampu LED pada bagian depan cangkang menunjukkan status komunikasi
dari USB-1208LS. Arus yang digunakan sampai 5 mA dan tidak dapat dinonaktifkan. Tabel 2.3 Definisi dari Fungsi LED pada USB-1208LS
Kondisi LED Hijau Stabil Berkedip Terus Berkedip Tiga Kali Berkedip lambat
Menunjukkan USB-1208LS dihubungkan ke komputer Data sedang ditransfer Komunikasi awal USB-1208LS dengan Komputer Input analog dikonfigurasi untuk eksternal trigger. Lampu LED berhenti berkedip saat dan menyala hijau stabil saat trigger diterima
3. Terminal Sekrup a. Terminal Sekrup Pin 1-20 (bagian tepi atas cangkang) terdiri dari : 1.
Delapan koneksi Input Analog (CH0 IN sampai CH7 IN)
2.
Dua koneksi Output Analog (D/A OUT 0 sampai D/A OUT 1)
3.
Satu sumber External Trigger (TRIG_IN)
4.
Satu koneksi External Event Counter (CTR)
5.
Tujuh koneksi Ground (GND)
6.
Satu terminal Kalibrasi (CAL)
b. Terminal Sekrup Pin 21-40 (bagian tepi bawah cangkang) terdiri dari : 1.
16 koneksi Digital I/O (Port A0 sampai Port A7 dan Port B0 sampai B7)
30
2.
Satu koneksi power/daya (PC +5V)
3.
Tiga koneksi Ground (GND)
(a)
(b) Gambar 2.26 Terminal Sekrup USB-1208LS untuk (a) Konfigurasi Diferensial dan (b) Konfigurasi Single-Ended
31
2.4.2 Konfigurasi pada USB-1208LS a. Konfigurasi Single-Ended
Saat semua saluran input analog dikonfigurasi untuk mode input Single-
Ended, delapan saluran analog tersedia. Rentang tegangan input bagi mode
Single-Ended adalah ± 10V.
Sinyal input adalah sinyal yang merujuk pada
Ground (GND), dan dikirimkan melalui dua kabel, yaitu :
1.
Kabel membawa sinyal yang akan diukur dihubungkan ke CH# IN
2.
Kabel kedua terhubung ke GND Tabel 2.4 Nomor dan Nama Terminal untuk Konfigurasi Single-Ended
b. Konfigurasi Diferensial Saat semua saluran input analog dikonfigurasi untuk mode input diferensial, empat saluran analog tersedia. Dalam mode diferensial, sinyal input diukur berhubungan dengan Low Input. Sinyal input yang disalurkan melalui tiga kabel, yaitu : 1. Kabel yang membawa sinyal akan diukur dihubungkan ke CH0 IN HI, CH1 IN HI, CH2 IN HI atau CH3 IN HI 2. Kabel yang membawa sinyal referensi dihubungkan ke CH0 IN LO, CH1 IN LO, CH2 IN LO atau CH3 IN LO 3. Kabel ketiga dihubungkan ke Ground
32
Tegangan input mode diferensial berkisar ±20V, ±10V, ±5V, ±2,5V, ±2V,
±1,25V dan ±1V. dalam mode diferensial, dua persyaratan harus dipenuhi untuk
operasi linear, yaitu:
1. Setiap input analog harus tetap pada rentang -10V sampai +20V dihubungkan dengan Ground sepanjang waktu.
2. Tegangan maksimum yang berbeda pada setiap input analog yang
diberikan pasangan harus tetap dalam rentang tegangan yang dipilih.
Tabel 2.5 Nomor dan Nama Terminal untuk Konfigurasi Diferensial
2.5
DASYLab (Data Acquisation System Laboratory) DasyLab adalah suatu perangkat lunak yang mudah digunakan untuk
akuisisi data dan analisis. Ini dirancang untuk pengguna yang ingin segera mulai bekerja, tanpa upaya pemrograman. Perangkat lunak melakukan akuisisi data, visualisasi, kontrol loop terbuka dan tertutup, dan dokumentasi. Dengan DasyLab kita dapat melakukan semua tugas ini secara interaktif di layar. Simbol merupakan fungsi dan dapat menghubungkannya dalam lembar kerja sesuai dengan tugas di tangan. Pertukaran data dengan harga sampai dengan 100.000 sampel per detik. Start secara jauh, stop, dan percobaan beban, termasuk awal simultan dari beberapa sistem pengukuran. DASYLab secara interaktif memungkinkan kita untuk mengembangkan aplikasi akuisisi data berbasis-PC hanya dengan melampirkan ikon fungsional. DASYLab menawarkan analisis real-time, kontrol, dan kemampuan untuk
33
membuat Graphical User Interfaces (GUIs). Terlebih lagi, berbeda dengan lingkungan grafis pemrograman lain, yang memerlukan pelatihan berminggu
minggu untuk menguasai, DASYLab memiliki kurva pembelajaran pengguna yang sangat pendek. Banyak aplikasi yang dapat dikonfigurasi dalam beberapa
menit, bukan hari atau minggu. Untuk aplikasi Proyek Akhir ini, DASYLab merupakan suatu software
data akusisi yang lengkap dan sangat cocok digunakan untuk merancang program
pengendali suatu plant. Selain proses pembuatan programnya yang mudah, proses menganalisa hasil data juga tidak sulit karena dalam DASYLab terdapat tampilan
data pengukuran dalam bentuk angka maupun secara grafik. Kemudian keunggulan lainnya DASYLab juga bisa mengkomunikasikan antara program pengendali yang dibuat dengan plant yang menjadi objek yang akan dikendalikan tanpa harus menggunakan software tambahan lainnya. Sehingga biaya untuk membuat suatu program pengendalian plant lebih murah. Dibawah ini adalah contoh beberapa tampilan program yang bisa dibuat pada software DASYLab
(a
34
(b) Gambar 2.27 (a) dan (b) Contoh Program pada DASYLab
a.
Dukungan Ekstensif Hardware DASYLab mendukung semua perangkat keras pengukuran komputasi
akuisisi data, serta sejumlah perangkat keras lebih dari 20 vendor. Ada berbagai pilihan kemampuan I/O seperti analog, digital, counter/timer, IEEE 488, RS-232, dan DDE, ditambah I/O device yang didukung oleh OPC (OLE untuk Proses Kontrol) driver. b. Setup Untuk mengkonfigurasi aplikasi, cukup drop ikon yang diinginkan pada lembar kerja kita. hubungkan semua ikon satu sama lain. Hal ini memerlukan usaha yang sangat sedikit cukup klik dan menyeret ikon bersama-sama atau tarik kotak output dari satu ikon fungsional ke kotak masukan lain ikon fungsional (misalnya, statistik). c.
Tampilan Data Real-Time dan Custom DASYLab menyediakan pilihan waktu komprehensif dari format tampilan
real-time. Kemampuan untuk pembangunan yang mudah dari format tampilan custom. Anda juga memiliki pilihan sejumlah fitur lain seperti limit trend dan
35
indikator dan kemampuan untuk memperbesar dan bentuk gelombang, ditambah tampilan jejak dan plot.
d. Kontrol dan Analisis Data Real-Time yang Sangat Bermanfaat
DASYLab mencakup berbagai analisis dan fungsi kontrol data realtime
untuk pengembangan aplikasi custom dengan mudah. Dalam kelompok ini, ada modul khusus untuk menunjukkan FFTs, Digital Filtering, Polinomial dan Linear Regresi, Logis Operasi, dan banyak lagi. Modul-modul semua memiliki
pengaturan sederhana dengan konfigurasi point dan klik, sehingga memungkinkan perhitungan rumit yang akan dibentuk dalam hitungan detik.
e.
Fitur 1.
Membuat aplikasi kompleks dalam waktu yang singkat tanpa pemrograman
2.
Memungkinkan Anda membuat lembar kerja dengan menggunakan fungsi grafis, contoh : a)
Pilih ikon dari palet dan menempatkannya pada worksheet
b) Hubungkan ikon–ikon tersebut dengan mengklik pada bagian ikon tersebut. c) 3.
Set parameter untuk menentukan kinerja
Implementasi operasi real-time termasuk kontrol PID, contoh : a) Ikon Input membawa data langsung ke dalam worksheet b) Ikon Fungsional melakukan penghitungan c) Ikon Output mengirim data langsung ke hardware
4.
Menyediakan tampilan real-time standar (grafik, meter)
5.
Layout Windows memungkinkan Anda untuk membuat tampilan custom sederhana dan laporan untuk pengguna akhir operasional
6.
Menyediakan perpustakaan lengkap fungsi komputasi, contoh : a) Math, trigonometri, dan logika Boolean b) Implementasi ikon Formula memasuki persamaan pengguna c) Statistic, sinyal analisis dan control d) Manipulasi data dan penyimpanan
7.
Terdapat fungsi generator untuk mensimulasikan input
36
8.
Switch, Slider, dan Coded Switch Controls memungkinkan interaksi pengguna
9.
"Black Box" berfungsi untuk membuat sub-lembar kerja, sampai dengan 256 tingkat
10. Menyediakan fungsi serial, OPC, ODBC, dan antarmuka jaringan
11. Mendukung perangkat keras akuisisi data dari Pengukuran Komputasi
dan vendor lain
12. Termasuk contoh tutorial, lembar kerja,, dan bantuan on-line
Adapun bagian-bagian DASYLab yang akan digunakan untuk membuat program Proyek Akhir ini antara lain MCCDRV, yaitu suatu bagian program yang khusus untuk mengkomunikasikan antara program yang dibuat di software DASYLab dengan Plant. MCCDRV terdiri dari : Tabel 2.6 Bagian-Bagian Program dari DASYLab dan Fungsinya
No
Nama
1
Analog Input
2
Analog Output
3
PID Controller
Fungsi input/masukan terhadap channel input USB-1208LS output/keluaran terhadap channel output USB-1208LS Pengendali yang mengendalikan plant
Chart
Record/perekam data dalam bentuk
Recorder
grafik
5
Scaling
Pengali nilai suatu parameter
6
Digital Meter
4
Gambar
Pengukur dari setiap parameter yang diukur
37
2.6
ADC dan DAC
2.6.1 Analog to Digital Converter (ADC)
Pengubah Analog ke Digital (A/D) berfungsi untuk mengkonversikan
besaran analog menjadi besaran digital. Tegangan analog yang tak diketahui
dimasukkan ke dalam pengubah A/D, dan akan muncul keluaran biner yang bersangkutan. Keluaran biner tersebut akan berbanding lurus dengan masukan analog.. Parameter yang penting dari suatu ADC disamping waktu konversinya,
yaitu resolusi. Resolusi adalah besaran analog terkecil yang masih dapat dikonversikan menjadi sinyal digital. Besar resolusi ini tergantung dari jumlah bit
dari ADC. Semakin banyak bit ADC, resolusi semakin kecil, dan proses konversi semakin teliti. Besar resolusi,
r=
Dimana: Vref : tegangan referensi ADC n : jumlah bit Secara teoritis, fungsi transfer ideal untuk konverter analog-ke-digital (ADC) berbentuk garis lurus Bentuk ideal garis lurus hanya dapat dicapai dengan konverter data beresolusi tak-hingga. Karena tidak mungkin mendapatkan resolusi tak hingga, maka secara praktis fungsi transfer ideal tersebut berbentuk gelombang tangga seragam. Pada umumnya analog berasal dari sensor luar, misalnya sensor LM35, sensor termocouple, dan sensor yang lain, sebagaian besar sensor merupakan besaran analog untuk bisa dimasukan ke mikrokontroller, harus dijadikan dulu menjadi besaran digital. Dari sensor perlu harus dikuatkan dahulu oleh penguat.
(a)
38
(b)
Gambar 2.28 Counting ADC : (a) Diagram Blok ; (b) Bentuk Gelombang Output DAC
2.6.2 Digital to Analog Converter (DAC) Kebalikan dari ADC, agar perangkat eksternal analog dapat menerima sinyal digital dari komputer, perlu dikonversi dahulu menjadi sinyal analog. DAC adalah penghubung antara rangkaian digital dengan rangkaian analog. DAC pada dasarnya mengkonversi masukan (berupa bilangan biner) ke dalam suatu besaran fisik, biasanya berupa tegangan suatu tegangan listrik. Kebanyakan sistem menerima suatu kata digital sebagai sinyal masuk dan menterjemahkan atau mengubahnya menjadi tegangan atau arus analog. Konverter digital-ke-analog (DAC) merepresentasikan sejumlah kode masukan digital diskrit dengan sejumlah nilai keluaran analog diskrit. Karenanya, fungsi transfer DAC adalah sederet titiktitik diskrit. Untuk DAC, 1 LSB adalah tinggi undak (step height) antara dua keluaran analog yang berdekatan.
Input Digital
Output Analog X10 X0
( V0 = A
. Gambar 2.29 Diagram Blok DAC
) Vref
39
Pada dasarnya, sumber yang digunakan sebuah plant, menggunakan
tegangan analog. Agar komputer dapat mengendalikan plant, data yang sudah
diolah diubah terlebih dahulu menjadi sinyal analog dengan menggunakan perangkat DAC. Transfer data yang dilakukan pada sistem kendali berbasis
komputer, dapat dilakukan secara paralel maupun serial. Tetapi untuk sistem kendali dengan jarak pengendali dan yang dikendalikan relatif dekat, pada umumnya menggunakan transfer data paralel. Perangkat yang menunjang operasi
transfer data dari komputer ke perangkat eksternal dan sebaliknya, disebut dengan perangkat antar muka (interface). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC
sebanding dengan nilai digital yang masuk ke dalam DAC. 2.7 Operational Amplifier (Op-Amp) Op-amp adalah suatu Penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan dengan lingkar terbuka yang sangat tinggi. Karena penguatan yang sangat tinggi ini,maka op-amp lebih banyak digunakan dengan menggunakan rangkaian umpan balik.
Gambar 2.30 Rangkaian Dasar Op-amp
Op-amp ideal memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
Penguatan lingkar terbuka tak terhingga
Impedansi masukan tak terhingga
Impedansi keluaran sama dengan nol
40
2.8
Sensor Kecepatan Putaran
Tacho generator adalah sendor kecepatan yang mengunakan prinsif kerja
yang sama dengan generator dimana output berupa tegangan keluaran berupa
AC/DC dimana tacho generator yang baik adalah yang mempunyai perubahan
tegangan linear dengan perubahan kecepatan.
Gambar 2.31 Tachogenerator
Gambar 2.32. Curva Karakteristik Tachogenerator 2.9
Dioda dan SCR sebagai Komponen Elektronika Daya. Dioda adalah suatu bahan semikonduktor (Silikon), yang dirancang
sedemikian rupa sehingga mampu menghasilkan arus pada satu arah saja. Simbol untuk dioda dapat dilihat pada gambar dibawah ini
Gambar 2.33 Simbol Dioda
41
Karakteristik tegangan versus arus bagi dioda ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.b Apabila dioda diberi tegangan maju seperti pada gambar 2.1.c, maka dengan
tegangan yang kecil saja (umumnya kira-kira 0,6 V) akan mengalir arus maju. Dengan kenaikan tegangan yang sedikit saja sudah didapat arus maju yang besar.
Gambar 2.34 Karakteristik dioda
Gambar 2.35 (a) Tegangan arah maju, (b) Tegangan arah mundur
Sebaliknya apabila dioda diberi tegangan balik (Gambar2.2.d), maka untuk tegangan yang masih di bawah Vr (lihat karakteristik dioda) arus tidak akan mengalir. Tetapi untuk tegangan di atas Vr akan mengalir arus balik yang besar. Pada Umumnya disini dioda sudah tidak mampu lagi menahan disipasi daya yang sangat besar ini (karena Vr besar dan arus baliknya juga besar). Tegangan Vr ini disebut sebagai tegangan tembus (peak inverse voltage). Simbol untuk SCR dapat dilihat pada gambar 2.3.a adapun karakteristik SCR ini sama seperti Thyristor, hanya disini tegangan penyalaannya dapat di ubah-ubah sesuai dengan besarnya arus yang diberikan pada gerbang (gate) dari SCR tersebut. Makin besar arus yang diberikan, makin besar pula tegangan penyalaannya, Hal iini dapat dilihat pada gambar dibawah.
42
(a)
(b)
Gambar 2.36 (a) Simbol SCR, (b) Karakteristik SCR 2.10 Konverter Satu Fasa Semi Terkendali Konverter satu fasa semi terkendali adalah penyearah terkontrol yang merupakan penggabungan antara penyearah terkontrol dan penyearah tak terkontrol. Penyearah ini juga disebut half control rectifier. Terdapat dua alternatif konfigurasi rangkaian konverter satu fasa semi terkendali, yaitu konfigurasi simetris dan konfigurasi asimetris, seperti ditunjukkan pada gambar 2.31 (a) dan (b).
Is
T1
T2
Vs
Vo D1
D2
(a)
Is
T1
D2
Lc
Io R
Vs
Io
Vo T2
D1
(b)
Gambar 2.37 Rangkaian Konverter Satu Fasa Semi Terkendali
Lc
R
43
Apabila diasumsikan induktansi Lc cukup tinggi sehingga arus beban
mengalir kontinyu. Pada konfigurasi simetris, apabila SCR T1 diberi pulsa
penyulut pada sudut untuk tiap siklus positip tegangan masukan, T1 dan D1 akan konduksi dari sampai dengan . Saat tegangan masukan berada pada negatip,
yaitu pada t ( + ) dioda D2 mendapat bias maju, D1 mendapat bias
mundur, T1 masih mengalirkan arus beban sedang T2 belum mendapatkan penyulutan, sehingga pada interval ini arus beban akan mengalir melalui D1 dan
T1. Pada saat t = ( + ) SCR T2 diberi pulsa penyulut, karena T2 mendapat bias
maju ia akan konduksi dan pada T1 akan terjadi komutasi, sehingga sekarang arus
beban akan dialirkan melalui D2 dan T2. Bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran, bentuk gelombang tegangan SCR T1 dan bentuk gelombang tegangan dan arus sumber ditunjukkan pada gambar 2.32 (a). Karena interval konduksi SCR dan dioda sama, maka konfigurasi rangkaian ini disebut konfigurasi simetris. VS
VS
Vm
Vm
IG1, IG2
t
IG1, IG2
IG3, IG4
IG3, IG4
VO, I O Vm
VO, I O Vm
t
t
IT ID IS
T1
IT
T2
D1
t
D2
t
ID IS
T1
T2
t
D1
t
(a)
t
(b)
Gambar 2.38 Bentuk gelombang tegangan dan arus gambar rangkaian (a) konfigurasi simetris, (b) konfigurasi asimetris
Diantara kedua konfigurasi konverter tersebut, terdapat perbedaan dalam hal mekanisme konduksinya, antara lain :
44
1)
Untuk sudut penyulutan yang lebar, pada konverter konfigurasi simetris dapat terjadi kegagalan plant komutasi pada saat mengalirkan arus beban
kontinyu. Sebagai akibatnya timbul "efek setengah gelombang (half-waving
effect)",
dimana
konverter
beroperasi
sebagai
konverter
setengah
gelombang tak terkendali. Hal ini akan menyebabkan ketidak stabilan
sistem, bila konverter digunakan untuk mensupplai daya motor arus searah,
sistem pengendali motor mungkin akan berosilasi. Efek setengah gelombang
juga
akan
timbul
bila
terjadi
kegagalan
plant
penyulutan
untuk mengoperasikan konverter. Pada konverter konfigurasi asimetris
kegagalan plant komutasi tidak akan terjadi sekalipun sudut penyulutan
cukup lebar, sehingga efek setengah gelombangpun tidak akan muncul. Hal ini disebabkan karena diode D1 dan D2 memastikan terjadinya komutasi, sekaligus berfungsi sebagai diode freewheel, sehingga bila terjadi kegagalan penyulutan arus beban akan menuju nol. Karena pada konfigurasi simetris, thyristor yang digunakan memiliki interval konduksi yang lebih lama dibandingkan konfigurasi asimetris, maka pada konfigurasi simetris diperlukan thyristor dengan rating arus rata-rata yang lebih besar. 2) Kelebihan konfigurasi simetris dibanding konfigurasi asimetris terletak pada rangkaian penyulut gate yang lebih sederhana. Karena thyristor yang digunakan pada konfigurasi simetris dirangkai dengan katoda bersama, maka terminal gate dapat dijadikan satu, sehingga hanya diperlukan satu pulsa penyulut untuk mentriger thyristornya. Sedang pada konfigurasi asimetris diperlukan pulsa penyulut yang terpisah. Memperhatikan bentuk gelombang tegangan keluaran yang ditunjukkan pada gambar 2.32, tegangan rata-rata keluaran dapat diperoleh : VDC =
=
2 2
V
m
Sin t dt
Vm (1 + Cos ) ……………….............................................................(2.3
45
2.11
Sistem SCADA ( Supervisory ,Control And Data Acuisition )
2.11.1 Pengertian SCADA
SCADA adalah suatu system yang memungkinkan untuk dapat
mengendalikan suatu alat dari jarak jauh dengan kemampuan untuk memantau,
mengambil data-data dari alat yang dikendalikan. Sistem komunikasi SCADA berupa one to end, dimana MTU adalah one dan dua buah plant adalah end. SCADA terdiri dari perlengkapan hardware dan software. SCADA berfungsi
mulai pengambilan data pada peralatan motor DC dan generator sinkron, pengolahan informasi yang diterima, sampai reaksi yang ditimbulkan dari hasil
pengolahan informasi. Secara umum fungsi dari SCADA adalah:
Penyampaian/pengambilan data.
Proses kegiatan/operasi dan monitoring.
Fungsi kontrol.
Penghitungan dan pelaporan. Dengan adanya peralatan SCADA penyampaian dan pemerosesan
data dari sistem tenaga listrik akan lebih cepat diketahui oleh dispatcher (operator di pusat kontrol).
(Sumber : agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2009/01/apakah-scada-itu) Gambar 2.39. Konfigurasi Sistem SCADA
46
Generator + Beban
Gambar 2.40 Diagram Blok Rancangan
2.11.2 Elemen-Elemen dalam Sistem SCADA Elemen penting pada sistem SCADA terdiri dari 3 bagian utama yaitu : Master Station, Remote Terminal Unit (RTU), dan peralatan yang dikontrol, dalam projek akhir ini penulis mengambil focus pada bagian Master Stationnya / Master Control system SCADA.
Master Terminal Unit Master Terminal Unit merupakan pusat pengontrol utama yang
mengkoordinasikan dan menerima data dari masing- masing Remote Terminal Unit (RTU). Master Terminal Unit terdiri atas : Human Machine Interface Human machine interface (HMI) berfungsi sebagai perantara antara dispatcher dengan sistem komputer. HMI memudahkan dispatcher dalam memonitor sistem tenaga listrik yang ada. Peralatan HMI diantaranya adalah: keyboard, Video Display Unit (VDU) , recorder, printer, logger. Server Server berfungsi untuk mengolah data yang diterima dari RTU yang dimonitor oleh dispatcher di Control Center melalui Human Machine Interface, SCADA Energy Management System, Dispatcher Training Simulation.
47
Front End Processor Setelah data dikirim ke Control Centre melalui media komunikasi, data ini
diterima melalui Front End komputer dan selanjutnya didistribusikan ke fungsi pengolahan data dan ditampilkan ke Mimic Board yang ada diruang kendali
operasi.
