Buku Prosiding SEMINAR NASIONAL PERTETA

Buku Prosiding SEMINAR NASIONAL PERTETA “Peran Keteknikan Pertanian dalam Mendukung Ketahanan Pangan dan Energi yang Berwawasan Lingkungan” Malang, 30 November – 2 Desember 2012

Kerjasama antara: Jurusan Keteknikan Pertanian

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PERTETA “Peran Keteknikan Pertanian dalam Mendukung Ketahanan Pangan dan Energi yang Berwawasan Lingkungan” Malang, 30 November – 2 Desember 2012

ISBN : 978-602 602-17199-0-9

Diselenggarakan dalam Rangka Dies Natalis Universitas rsitas Brawijaya ke-50 ke

Jurusan Keteknikan Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya Kerjasama dengan :

Prosiding Seminar Nasional Perteta UB 2012 ISBN : 978-602-17199-0-9 © 2012 Panitia Seminar Nasional Perteta UB 2012 Penyusun : Panitia Seminar Nasional Perteta UB 2012

Penerbit : Jurusan Keteknikan Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Jl Veteran, Malang 65145 Telp. (0341) 571708, Fax. (0341) 568415 e-mail : [email protected] website : http://perteta2012.ub.ac.id/

Buku ini dilindungi oleh Undang-Undang Hak Cipta

ii

Tim Penyunting Yusuf Hendrawan, STP, M.App.Life.Sc, Ph.D Dimas Firmanda Al Riza, ST, M.Sc Shinta Rosalia Dewi, S.Si, M.Sc Yusron Sugiarto, STP, MP, M.Sc Ubaidillah, STP Danial Fatchurrahman, STP

iii

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT, karena atas segala taufiq, hidayah dan karunia-Nya Seminar Nasional Perteta 2012 dapat terselenggara dan Buku Prosiding Seminar Nasional Perteta 2012 ini dapat terselesaikan. Buku Prosiding Seminar Nasional Perteta 2012 ini berisi kumpulan makalah dari Keynote speaker, makalah lengkap dari peneliti, praktisi, mahasiswa yang telah mempresentasikan makalahnya pada Seminar Nasional Perteta 2012 di Universitas Brawijaya Malang. Dalam buku prosiding ini abstrak-abstrak dan makalah dikelompokkan ke dalam lima bidang yaitu Alat dan Mesin Pertanian (AMP), Pengolahan Hasil Pertanian (PHP), Sumberdaya Alam dan Lingkungan (SAL), Energi Alternatif dan Terbarukan (EAT), dan Otomatisasi dan Sistem Informasi Bidang Pertanian (OSI). Seminar Nasional Perteta 2012 kali ini mengangkat tema “Peran Keteknikan Pertanian dalam Mendukung Ketahanan Pangan dan Energi yang Berwawasan Lingkungan”. Besar Harapan kami melalui seminar ini para peneliti, praktisi, mahasiswa, pengambil kebijakan serta pemangku kepentingan lainnya dapat mengkomunikasikan dan mempresentasikan hasil-hasil penelitiannya, serta menyumbangkan pemikiran-pemikirannya untuk memajukan ketahanan pangan dan energi di Indonesia melalui ilmu-ilmu dalam bidang Keteknikan Pertanian. Pada kesempatan ini, panitia Seminar Nasional Perteta 2012 ingin mengucapkan terima kasih kepada Dekan Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya, Rektor Universitas Brawijaya, Ketua Perteta Cabang di masing-masing daerah, Ketua Perteta Pusat telah membantu baik moril dan materiil dalam terselenggaranya Seminar Nasional Perteta 2012 dan terselesaikannya Prosiding seminar ini. Demikian juga kepada para sponsor, pemakalah serta para peserta yang telah berpartisipasi dan bekerjasama secara aktif dalam Seminar Perteta 2012. Semoga seminar dan prosiding seminar Perteta 2012 ini memberikan manfaat bagi masyarakat luas di Indonesia.

Malang, 30 November 2012

Yusuf Hendrawan

iv

SUSUNAN PANITIA SEMINAR NASIONAL PERTETA 2012 UNIVERSITAS BRAWIJAYA “PERAN KETEKNIKAN PERTANIAN DALAM MENDUKUNG KETAHANAN PANGAN DAN ENERGI YANG BERWAWASAN LINGKUNGAN” Pelindung

: Dekan Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya Dr. Bambang Susilo

Penanggung Jawab : Ketua Jurusan Keteknikan Pertanian FTP Universitas Brawijaya Dr. Ir. Ruslan Wirosoedarmo Organizing Committee : Ketua Pelaksana

: Yusuf Hendrawan, STP. M.App.Lf.Sc, Ph.D

Sekretaris

: Ir. Musthofa Luthfi, MP

Bendahara

: Dewi Maya Maharani, STP, M.Sc Widyanti, SP

Seksi Kesekretariatan

: M. Bagus Hermanto, STP, M.Sc. Dimas Firmanda Al Riza, ST, M.Sc. Shinta Rosalia Dewi, S.Si, M.Sc Ubaidillah, STP Danial Fatchurrahman, STP Wahyu Sri Esthi Sadmaharti HIMATETA– FTP – UB

Seksi Acara

: Wahyunanto Agung N., STP, M.Eng Fajri Nugroho, STP, Ph.D HIMATETA– FTP – UB

Seksi Konsumsi

: Rini Yulianingsih, STP, MT HIMATETA– FTP – UB

Seksi Perlengkapan

: Yusron Sugiarto, STP, MP, M.Sc. Angga Dheta S., S.Si, M.Si. Eko Dwi Santoso HIMATETA– FTP – UB

Seksi Humas dan Sponsorship

: Dr. Liliya Dewi Susanawati, ST, MT Ir. Anang Lastriyanto, M.Si. Dr. J. Bambang Rahadi W. Dr. A. Tunggul Sutan Haji Nova Yogantoro, STP Kartono Angkat Pribadi

Seksi Pubdekdok

: Sigit Setiawan, STP

v

456758

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` a # bcdb 7e df gahei5 5a 5 i g875a 5a j k

'M'Kl% '2+3*6'*+*93*+2*99*O(0*1*'(1*9*.*+/T3T0 % ,*U*+5M2V*42(+554+*.*+'(+5*34.2(.*+29 >]+9*)NL*6:*<*+N3*+O4):*+2+5926J 'M'KlP 'T-(+92/*+]98(.Q(.+T0T52'(+5(0T0**+O()*9*6Q(R4'*3*'5Q*.*0*) n >SmR*0J 'M'Klo ,T1R2+*92'()0*.4*+pqrCsErA@Ct@AErFABrC3*+L*L0P4+-4.2(+U(5*6 Pl ,()49*.*+u292T0T529;4*6;(021R2+5>vwA@@xqECyE@EFzq{EC= >O4-)29+TNO2-2Q)2+4)*926N711:/*)1*<*-23*+\T.6*+2M*9R400*6J 'M'Kln ,*)*.-()29-2.,212*22+:*.;2V2L*)2U*/2(+5O(R*5*2]0-()+*-2|22+:*. WP 2*.*+/(+5*+2(-T3*'(+5(18**+ >/(<2=*)*9*-2NM*902+*N;*1R*+5,4+*)-TJ 'M'K%l '(+(+-4*+Q2-2.,)2-29O494-'*9U*'*+(+'(8*:*>O-432,*949/2O(+-)* ^l ')T34.92'(8*:*/2,*R48*-(+O4.*R412N;*+:41*9N,(R41(+3*+ ;T:T0*02J >}])29'4)<*+-T3*+Z2-*'4V*9*)2J 12

454678 49 24 99 9 2 9 2 9 9 2 '7 99 29 49 2 42 !2 "#$ 4 2 2 % & $ 01 45467' ( ) 2 * +2 299, 2 , -9 2 2. / 2 2$ 454672 5! 23 22 9 229 29 4 06 2

/ 9 !2249 % 9 ( 4 2/ 4-12 / 25 5 $ 454676 49 9 -2 2 , 4 .99 272 2 ). ! -992 26 $ 9 %9- 2 /59 28$ 454681 49 49 2 2 % 9 2 9:;<=>? 6' @AB:=C
2 22 E 129F% 4 2 1 % " IJ 9 2 9:;<=>?@AB:=C
$ 23 - + M4 / N 2 2&2$ 454680 , 22+2% 4 2 2 !9 25 $ 9 7L' 49 &9% 2 %2 2 / 49 29G ,/

32

2$ "224+ 42/ 4 "9 252 29/$ 454682 ,1 2 - 9 69 239 99 7'2 E 2 22+ 2 4GH / 2 4 2 $

122

454678 9 2 2 22 4 )**

!2 "2 #2$ 52 $% % &$2 % $ ' 9 9 2( 45467+ 9 2 2 2 ,6" 2 2 4 ).8

!2 9 2($ 52 $9-$% % & 4546/0 2 22 22 !24 2 12345678489:5;< 24 2=2 )8* & 62 > -2 4 = 42 ;; < "!29$%? 5 9?@ &' 4546/) 4< 4 "A = BCDE5CF8;G3HH3I2" )+. 4 < 2#2 " J24 2 %? 2(A K 25?KA22L2 22 4546/7 4 = 4 9! M!4 L2 7)/ #JMN % 2OP 42 < 2$"2 A2 @ $%M? 5 4546/Q % 2 -2< 2< 2 G3:3D8R28; 777 5RDC:5IH8;=?SDE33HT4 2<2 , $ < "!29 U 4546/V '-2 22 , 2W 2 2 ;<22 2 7/V X:YD2I5;Z8[ < 2$ &4 $ , 4546/. 9 22 O 212 = U 9 2 7Q. % & " 4&2

5 2\?9 $%&2 2 ! 2$5 & 2$J , 4546/8 % - 24< 4& " 2 , 7VV W L2 $?9 2

] ^_àb]cd]efe^]geh]ijkah]`jlêhaeh]mei`n]

9%460/ A M 2 %4 92" A 7*V

% 4 9 = 2& $-2$A&$ 2 9%460Q " 2ZC:H2;Boo5DH;Bp8q378H37 % B[D5:;r44s2I 7.) S3:p57;; "2 2 9A2t $%? 5 < "!29

1222

456789 6

5 6 6 1 5 1117 "#$ 11 1 11 41151! 45678% 161& '1

6 1 ( )& "$% 1 '& 6 *4 +,-511.1. ! 45678# 6

* 166 6 1 ( 51 "3" 51+/0 ! *12111! 45678$ 401. 15 16 615/ !)5 1 688 *511 16+& 61 .

161141! 456778 . 16 1 ' ' 1'14 15 68% 6 1 6111 .

16011141! 676 456776 6 + 46 &1) 17) 1 '41 ! 456778 11 5"79 ( 6"7 4 5 1: 1451:1 .2 /! 456779 515115 16

) ;4.1& < 6"3 4114& 1 1=6&41' 2 15->1! 45677$ )11 6

&6 1 .1 .1& , 663 ,15 *11'1/! 456773 515116 '1

45511 5 1 6'1

68# 45 16

511411 1? 1 )& 1 6 &511 , '1/1.615

'! 4567"7 4&1146

'/1.1& ( 169 511 9 69# '51=> 1= '6!

@ABCDEFGEHIJKLMNOPOEOQOJENOREQCRSDIRSORETHOQUE

6%9 '49787 6 69 4119 '/ 11 1 5->-6/*1=61'11! '4978" 5

1+5 ., V1 1+<1 4'1 >1 6#6 V '1W'1 V&4( 1> 1! 6'1! 12

345678 9 4 #$% 5 9 3 ! 3 " 34567& ' 5 () ( * #$8 3 9 '" ( !( * !+ * " #&& 3456%7 ' 3

' , ' 3 - " 3456%% ' ./ 0 1 -2 . 475 3 " ' 1 ) " 3

.) !3 1 !9 3 3 " 3456%4 4 6 3 ( 4 -2 3 4%# 7 , 4 4 '

8 4 !3 ( !1 3 !3 " 3456%5 ' 3 7. ' , 4;7 9 0 0

4 3 ! 9 ! .: - 3 " 3456%< 9 ' 9 9 72' !) 4= ! 4#% 5 !3 > ' !(3 * !? ' " 3456%8 9 4 44% 3 !4 . !3

=8 03) @ " 3456%$ 3 0 . ' 9 5 ( 5 / 44$ 3 !1 0 !8 3

" 3456%& 3 4 0 ' ' 455 1 3 3 6( )0 6 ) " 56 !0:* * !.3:!. !0:3 " 3456;7 ' 0 96 ' ' 4<4 15) ) ) . , :) 6 " ( - ' !- 4 !* ( " 3456;% ' ' ;6' ' 4 6( 04)46 48$ A- 3 ( 9 !3 3 3 !9 3 " 1

456788 92

2 2 2 5 26292 !"# 2 2422 45678$

% 9 2 & 2'42( !-! ) * 2 +&(,22+2 + #G$ 45678! ./01/234563789:51;9/<=17>1?27@A450BC7 4,D 5 2 5 2EF 2 #G- 45678# 42 H2 2 9 2 & 42&2E2E& 4 2H5F,92 22 45678I )J242KL2 2%D 2

2*2 ) 9 #M8 %2F )2 2+2J& &5 2 45678N 52 2 4+O% 4 #8# 5 2 +&+2 242&2H+&%2E2E& 4 2) 4 45678" F& 7 2P2222 2 #$$ 52%J 5&62 45678- 62( 2)% #!M H5642 652K 5(42JJ 25J2H+&( 4567$G DKKP KE 72 %2P2P Q2&RP 2 4 2 #!- H 2P7E ' F LJ25 )2 4567$M %' 92 P 2S52 (22) 2 ##N

4 % T92% ) 2K U9=36/7V9<14356W77X4:1Y459=7V4CZ1[4BW7\4Y2:14/7]2<21=54 4567$! ^_àbcbcdefghibjdkhifl`m`_dnh_o`cdp`_`mdk`q`drbcshgdntit_odkh_o`sfcd #I" u`_ojàdubdp`_`mdr`v`m 4224&95 wxJ2 2 2 y

z{|}~yy}yzz}yyz~yzy

D5%7GM 262Q 2 652 5 #N$

292

2E&42 2+ 2 12

456789 22 ()( 52!"#222"52$%2"4#&2' 45678* 42! 2&62+ %#2!2,22 ./8 2 2 #2% # "#2222!2 "#2 -2' 45678) 5242!! !622 # ./* 021 20' 6 -215&22' 456783 ! 2,2+2!21&#%2#2#42 .H9 52 456789:;8<=>?@A5BC87:>4:D8E=>F456:7E:<>4:7G
45678 545 47 7 74 75 7 7 64 7 57

!"!#$%!!&!'#2()2)*'+2)!,2-2().(%/!#!%2)2) $)(0! 9:: *(--1#!%2()#!)# 34$-$.5!)6%7)8 ; <()#%(&=/$)#$0=!) #$%)=$#%)=!)>#+=$?$0@%)$&%/(-2- FG9 ,%2A!& 3*$+6B+2%?-&6)C62#!=DED!#27)8 H E?&20-22-#!).(%-2@!( %.2-$)#$0*!) $>2M8 9 =!) !A) )2-#!*()2#(%2) I+)=!%#)2)*!) $)0)C62( FHH 2()#%(&5!&2'(?#!% 3*6!E)($#%2-)12>MK@$-#2O $%+!%=$#%K6)=$#$ $%M12%7)8 F C)') J) $)=%(#(#2?!*!-2)@%62) B(#J!%6-%0)NP&$-2 FLH ,2-$& 3BD5!%7)#(K*D*$+!2)K/D=%2>#)K1D<$ )6+2K*D$0#8

Q 478Q R77

=5=: <>2)<%0#!%2-#20<(?()!)J$+6)J2>2<0(M) /2.!%!)#-2 F9G 6)B260/2.!%!)#-262B2<A$?#!)$&7!-2!&#) 3*%2M#2J2&) KS$%2+I) 0() K"!A%$62J-#2)8

1222

Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012

Malang, Jawa Timur, 30 November – 2 Desember 2012

OSI-03

Kontrol PID untuk Pengaturan Putaran Penjatah Pupuk Granular Dosis Variabel PID Control for Rotation Control of Variable Rate Granular Fertilizer Metering Device Muhammad Tahir Sapsal1* dan Radite P.A. Setiawan2 1Jurusan

Keteknikan Pertanian - Fakultas Pertanian - Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan KM.10, Makassar 90245 2Dep.Teknik Mesin dan Biosistem -Fakultas Teknologi Pertanian - IPB Darmaga, Bogor 16002 *Penulis Korespondensi, Email: [email protected] ABSTRAK

Variable Rate Applicator (VRA) merupakan salah satu komponen penting pada aplikasi pertanian presisi. Aplikator ini mampu memberikan perubahan dosis aplikasi yang fleksibel dengan perubahan secara cepat. Mesin pemupuk yang umum digunakan saat ini adalah untuk aplikasi dengan dosis seragam, sehingga tidak fleksibel untuk perubahan dosis. Selain itu sumber penggeraknya berasal dari PTO traktor, sehingga laju keluaran pupuk dipengaruhi oleh kecepatan enjin. Penjatahan yang presisi dapat diperoleh dengan menggunakan sumber penggerak sendiri, yang dapat berupa motor. Pada penelitian ini bagian penjatah diputar dengan menggunakan motor DC. Kecepatan putar motor DC dikontrol secara digital dengan menggunakan kontrol PID. Unit pengontrol menggunakan modul mikrokontrol AVR 128. Penjatah berupa rotor tipe bintang dengan 6 sirip, rotor yang digunakan mampu menjatahkan pupuk dengan volume 26 cm3 per putaran. Koefisien Kp,Ti, dan Td ditentukan dengan menggunakan metoda internal control (MIC). Pengujian kinerja kontrol dilakukan dengan memberikan pembebanan berupa pupuk urea, sp 36, dan NPK pada beberapa tingkat kecepatan pada stair-step respon. Hasil pengujian yang diperoleh menunjukkan bahwa sistem dapat mempertahankan kecepatan putar motor sesuai dengan setpoin yang diberikan pada pembebanan dengan pupuk urea, SP 36 dan NPK. Koefisien Kp, Ti, dan Td yang diperoleh berturut-turut 0.289, 0.026, dan 0.003. Pupuk dapat dijatah dengan presisi dan mempunyai hubungan linear antara kecepatan putaran motor dengan keluaran pupuk mengikuti persamaanberturut-turut untuk urea, SP 36, dan NPK adalah y = 0.622x + 0.0372, y = 1.376x + 0.931, dan y = 0.939x + 0.325 dengan koefisien determinasi untuk ke tiga jenis pupuk lebih dari 99%. Kedepannya sistem penjatah ini dapat dikembangkan dan digunakan untuk perkembangan alsintan dalam aplikasi pertanian presisi di Indonesia, khususnya untuk desain Variable Rate Applicator. Kata kunci: PID, Penjatah pupuk, VRA, Pertanian presisi ABSTRACT Variable Rate Applicator (VRA) is one of component for precision farming. It’s can apply variable dose of application flexible with change of dose quickly. Presently, Conventional fertilizer applicator, it serve uniform rate application, therefore it was not flexible for change the dose. In addition, metering device rotated by the tractor’s PTO, therefore the rate of fertilizer output influence by the engine speed. The precision of fertilizer output can be achieved by using self movement source, such us DC motor. In this research, metereing device rotated by DC motor. the

716

Kontrol PID untuk Pengaturan – Sapsal dan setiawan

Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012 Malang, Jawa Timur, 30 November – 2 Desember 2012 speed of DC motor digitally controlled with PID control. Control unit using AVR 128 microcontroller modul. The metering system base on star type rotor with 6 fins. The rotor can metering about 26 cm3 of fertilizer. The KP, Ti, and TD determined by using Internal Control Method. The ferformance of control was tested using Urea, SP-36 and NPK Fertilizer with variability speed of DC motor on stair-step respon. The test result showing that control sistem can achieve the setpoin of DC motor speed that given on application with urea, SP-36 and NPK fertilizer. Result of KP, Ti, and Td 0.289, 0.0126 and 0.003 respectively. fertilizer can metered precisely and it has a linear reationship to rotation of the rotor and the eqiuation for urea, SP-36, and NPK were y = 0.622x + 0.0372, , y = 1.376x + 0.931, and y = 0.939x + 0.325 respectively with coefficient of determinatian more than 99%. This metering system can be developed and and be used for developing of agriculutural machinery for application of precision farming in Indonesia, specially for design of variable rate applicator. Keywords: PID, Fertilizer metering, VRA, Precision farming

PENDAHULUAN Sistem pertanian presisi saat ini telah banyak dikembangkan oleh beberapa negara. Sistem ini mampu meningkatkan efesiensi dalam budidaya pertanian dengan hasil produksi meningkat dengan menggunakan input produksi yang minimal. VariableRate Technology merupakan salah satu komponen dari pertanian presisi(Rains dan Thomas, 2009). Dengan teknologi ini aplikasi input produksi dapat diterapkan secara tidak seragam atau disesuaikan dengan kebutuhan tanaman. Di Indonesia, aplikasi untuk budidaya tanaman umumnya masih menggunakan sistem perlakuan seragam. Teknologi ini menganggap bahwa tanah sebagai lahan pertanian memiliki kondisi yang seragam, baik sifat kimia seperti kandungan hara/nutrisi dan pH tanah maupun sifat fisik seperti tekstur dan struktur tanah, sehingga kegiatan pertanian seperti pengolahan tanah, penanaman, pemeliharaan dan pemupukan dilakukan secara seragam. Tentu saja hal ini sangat tidak efisien, karena memberikan porsi yang sama pada setiap lahan, padahal dalam satu lahan memiliki kebutuhan yang berbeda-beda. Perbedaan itu, antara lain kebutuhan pupuk, pestisida, maupun air, untuk mensuplai kebutuhan tanaman, sehingga dengan pengaplikasian metode URT, respon tanaman terhadap input, misalnya pupuk akan berbeda, akan ada tanaman yang masih mengalami kekurangan, ada pula yang kelebihan dosis, sehingga pertumbuhan tanaman menjadi tidak seragam. Efek dari kelebihan pemberian pupuk dapat merusak tanaman, misalnya kelebihan nitrogen dapat menunda pembentukan bunga, bahkan bunga yang telah terbentuk lebih mudah rontok (Novisan, 2002).VRT merupakan aplikasi pertanian presisi atau biasa juga disebut site-specific crop management dengan pendekatan tepat dosis, tepat lokasi dan tepat waktu. Aplikasi tepat dosis yaitu pemberian dosis yang tepat berdasarkan kebutuhan tanaman, hal ini memerlukan peralatan VRA (Variabel Rate Applicator) yang dapat mengontrol dosis penggunaan pupuk dan pestisida. VRT mencakup kontrol komputer dan perangkat keras yang terkait untuk mengatur jumlah keluaran dari pupuk, kapur, dan pestisida. Manfaat lain dari teknologi ini jika dilihat dari sisi lingkungan, sistem variable rate membantu untuk mencegah pemupukan yang berlebihan yang dapat menyebabkan terjadinya masalah lingkungan (Setiawan, 2001). Pengaturan jumlah keluaran pupuk dapat diatur dengan mengontrol kecepatan putaran penggeranya. Alat pemupuk konvensional umumnya menggunakan tenaga penggerak dari PTO traktor, ada juga yang dijalankan oleh ground wheel. Namun kedua sumber penggerak tersebut memiliki kelemahan, yaitu jika memanfaatkan PTO traktor, kecepatan putar tergantung pada kecepatan enjin traktor, sedangkan untuk yang sumber penggeraknya berasal dari ground wheel, penjatahan akan berhenti ketika ground wheel berhenti atau terangkat dari permukaan. Berdasarkan hal tersebut, kedua sumber Kontrol PID untuk Pengaturan – Sapsal dan setiawan

717



penggerak ini menghasilkan penjatahan yang kurang presisi. Oleh sebab itu untuk memperoleh penjatahan yang presisi diperlukan sumber penggerak metering device tersendiri. Sumber penggerak yang digunakan yaitu motor DC. Kecepatan putar motor DC dapat dikontrol dengan pengaturan lebar PWM (pulse width modulation) atau modulasi lebar pulsa. Metode ini pada dasarnya melibatkan sebuah seumber tegangan DC konstan, serta sebuah rangkaian elektronika untuk memotong-motong tegangan sedemikian rupa sehingga nilai rata-rata tegangan yang dihasilkan dapat bervariasi(Bolton, 2004). Untuk mepertahan kecepatan putar motor pada setpoin tertentu, salah satunya dengan menggunakan kontrol PID. Kontrol ini merupakan kontrol yang banyak diadopsi untuk aplikasi industri karena kesederhanaan struktur serta kemudahan dalam melakukan tuning parameter kontrolnya (Ogata, 1994).Kontrol ini akan mengatur jumlah PWM yang dibutuhkan untuk mempertahankan kecepatan putar motor agar dapat mencapai set poin tertentu, meskipun motor mendapatkan beban. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem penjatah pupuk granular yang dapat memberikan penjatahan yang presisi pada tingkat perubahan dosis yang berlangsung dengan cepat dengan sistem penjatahan yang dikontrol secara elektronik. Selanjutnya melakukan pegujian respon kontrol dari penjatah pupuk dan menguji kinerjanya dengan menggunakan 3 jenis pupuk yang umum digunakan di Indonesia, yaitu Urea, SP-36 dan NPK pada berbagai dosis pemupukan.

BAHAN DAN METODE Bahan Bahan yang digunakan meliputi bahan konstruksi hopper, modul kontrol dan bahan uji. Bahan konstruksi untuk pembuat hopper dan metering device, antara lain plat akrilik, besi poros, lem, mur dan baut, motor listrik DC 22 V 110 RPM, perekat, soket dan kabel. Modul kontrol terdiri atas DT-AVR ATmega128L, sebuah SPC motor controller, EMS 30A H-Bridge, incremental encoder 200 pulsa, EMS memory data flash, dan rangkaian elektronika pendukung, seperti sakelar, dan pengaman beban lebih. Untuk bahan uji, menggunakan Urea, SP-36 dan NPK. Alat Alat yang digunakan dibedakan menjadi peralatan konstruksi untuk pembuatan prototipe dan peralatan untuk keperluan pengujian. Peralatan konstruksi seperti bor, gurinda, bubut, gergaji, amplas, dan solder. Sedangkan untuk pengujian digunakan peralatan antara lain timbangan digital DSP-425, USB to RS232, dan wadah. Pembuatan program dan pengujian menggunakan laptop dengan spesifikasi Prosessor Intel Core i5, RAM 4 GB, HDD 500GB, VGA nVidia 512 MB, dengan OS Windows 7 Ultimate 64 Bit. Untuk keperluan download dan upload program ke dan dari mikrokontroler digunakan, kabel USB to RS232, dan kabel USB to ISP downloader. Disamping OS komputer, software yang digunakan dalam penelitian ini antara lain In System Programmer (ISP) downloader, bahasa C CodeVisionAVR V2.04.4a dan Microsoft C#. Metode Desain, pembuatan, perakitan dan pengujian laboratorium penjatahpupuk butiran laju variable, dilaksanakan di laboratorium Mekatronika dan Robotika bagian Teknik Mesin dan Otomasi, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fateta IPB. Penelitian berlangsung dari bulan Januari sampai Desember 2011. Sistem Penjatah Pupuk Sistem penjatah terdiri dari unit pengontrol yang menggunakan DT-AVR ATmega128L. Untuk menggerakkan motor DC menggunakan SPC Motor Controller yang akan 718


Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012 Malang, Jawa Timur, 30 November – 2 Desember 2012

membangkitkan sinyal PWM ke EMS 30A H-Bridge. Data kecepatan putar motor akan dibaca menggunakan incremental Rotary encoder yang akan mengirimkan denyut ke DTAVR ATmega128L. utnuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Sistem penjatah pupuk (dimodifikasi dari Setiawan 2001) Identifikasi Sistem Identifikasi sistem bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari sistem yang akan dikontrol, kontrol yang akan digunakan yaitu kontrol PID. konstanta yang dibutuhkan dalam identifikasi ini yaitu K, T, dan d. K adalah perbandingan antara kecepatan motor terukur (rps) dan perintah pengendalian motor (pwm), T adalah waktu konstan (s), dan d adalahdelay (s). Konstanta T, dan d diperoleh dengan menjalankan motor dengan kecepatan maksimum, data kecepatan motor direkam setiap 5 ms dan motor dijalankan selama 1 detik. Hal ini diulang 3 kali. Data yang diperoleh kemudian diplotkan menggunakan 

K

(t d )

T model g (t )  1  e untuk t > d dan g(t) = 0 untuk t < d (Setiawan, 2010). Konstanta K diperoleh dengan membandingkan nilai PWM dan kecepatan motor. Nilai K, T dan d yang diperoleh, digunakan untuk menentukan koefisien Kp, Ti dan Td dengan Metoda Internal Control (MIC). Menurut Setiawan et al. 2011, pengujian dengan MIC lebih baik dibandingkan dengan Metoda Ziegler-Nichols. Penentukan nilai Kp, Ti dan Td dengan MIC, menggunakan persamaan :

Kp 

1  T  0.5d    K  TC  0.5d 

Ti  T  0.5d

Td 

T d 2T  d

Di mana : K : konstanta, perbandingan antara kecepatan motor terukur (rps) dan perintah pengendalian motor (pwm) T : waktu konstan atau time constant (s) d : delay atau dead time (s) Kontrol PID untuk Pengaturan – Sapsal dan setiawan

719



Tc

: waktu kontrol (s)

Pengujian Kinerja Kontrol Pengujian ini untuk melihat kemampuan sistem dalam mengontrol kecepatan motor sesuai dengan set poin yang diberikan. Pengujian ini dilakukan dengan beberapa tingkat kecepatan pada stair-step respon, yaitu 0, 5, 15, 25, 35, 45, 0, 45, 35, 25, 15, dan 0 rps, masing-masing kecepatan berlangsung selama 5 detik, dan data direkam setiap 20 ms. Hal ini diulang sebanyak 3 kali. Pengujian Penjatahan Pupuk Pengujian dilakukan untuk mengetahui pola peningkatan laju keluaran pupuk pada beberapa tingkat kecepatan. Pengujian ini dilakukan pada masing-masing penggunaan jenis pupuk dengan beberapa tingkat kecepatan putaran metering device, yaitu 5, 15, 25, 35, dan 45 rps. Pengujian berlangsung selama 20 detik. Jumlah pupuk yang keluar ditimbang dan direkam secara realtime setiap 100 ms. Selanjutnya diperoleh laju keluaran pupuk dalam kg/detik. Masing-masing tingkat kecepatan putaran diukur` sebanyak 3 kali untuk mengetahui rata-rata laju keluaran pupuk.

HASIL DAN PEMBAHASAN Identifikasi Sistem Hasil identifikasi sistem yang diperoleh merupakan perbandingan antara pemberian nilai pwm dengan kecepatan motor. Nilai pwm adalah nilai yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor. Data perbandingan antara pwm dan kecepatan motor yang dihasilkan digunakan untuk menentukan konstanta K, grafik dapat dilihat pada Gambar 2. Pengujian ini dilakukan dengan menjalankan motor yang telah terpasang pada metering device tanpa beban dari pupuk.Selanjutnya konstanta K yang diperoleh digunakan untuk memperoleh nilai T dan d dengan metoda least square. Nilai T dan d diperoleh dengan memplotkan kecepatan aktual dengan kecepatan berdasarkan model seperti yang ditunjukan pada Gambar 3. Sehingga diperoleh berturut-turut nilai K, T dan d adalah 3.743, 0.0219 dan 0.0081. Dengan menggunakan metode internal control diperoleh nilai Kp, Ti dan Td berturut-turut 0.289, 0.026 dan 0.003. Ketiga koefisien tersebut akan digunakan untuk mengontrol kecepatan putar motor dengan kontrol PID yang dapat dituliskan sebagai berikut : 300 250

54.88 y = 3.7433x

pwm

200

51.17

150

46.39

100

36.93

50

18.66

0 0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

Kecepatan (rps)

Gambar 2. Perbandingan antara nilai pwm dan kecepatan motor

720



60

Kecepatan (rps)

50 40 30

Aktual 20

Model

10 0 0

200

400

600

800

1000

Waktu (ms)

Gambar 3. Fitting nilai K, T dan d

 PV (t )  2 PV (t  1)  PV (t  2)  1 C (t )  C (t  1)  K p [e(t )  e(t  1)]  e(t )  Td [ ] Ti T   Dimana : C(t) : output kontrol pada saat itu PV(t) : nilai encoder pada saat itu (rps) e(t) : errorencoder, selisih antara setpoin dan pembacaan encoder Untuk pengendalian motor dengan algoritma PID, persamaan (4) dapat digambarkan secara skematik seperti pada Gambar 4. Pengujian Kinerja Kontrol Sistem yang telah dikontrol menggunakan koefesian Kp, Ti, dan Td, diuji untuk mengetahui kemampuan sistem dalam mepertahankan kecepatan motor tetap pada set poin yang telah ditentukan. Hasil pengujian yang diperoleh ditampilkan pada Gambar 5. Kecepatan motor dapat mengikuti setpoin yang diberikan, sistem memberikan respon yang baik terhadap setpoin yang diberikan baik dalam keadaan step naik maupun turun. Dapat dilihat pula bahwa pada saat perubahan ke setpoin yang lebih tinggi, kondisi kecepatan motor awal akan mengalami penyimpangan yang jauh dari setpoin. Hal ini disebabkan karena, pada pengambilan data kecepatan pada periode sebelumnya data kecepatan yang terbaca jauh di bawah setpoin, sehingga sistem akan memberikan pwm yang tinggi untuk mencapai setpoin yang telah ditetapkan. Begitupun pada saat perubahan ke setpoin yang lebih rendah, kecepatan akan mengalami penyimpangan pada kondisi awal, di mana kecepatan yang terbaca jauh dari setpoin, karena data kecepatan yang diperoleh sebelumnya lebih tinggi dari kecepatan setpoinnya, sehingga sistem akan memberikan pwm yang sangat rendah untuk menurunkan kecepatan motor menuju setpoin. Hasil pengontrolan yang diperoleh dengan menggunakan metode internal control memberikan hasil pengontrolan yang lebih baik tanpa perlu melakukan tuning lebih lanjut. Berbeda dengan yang telah dilakukan oleh Azis (2011) yang menggunakan metode Zeigler-Nichols, di mana nilai Kp, Ti dan Td yang diperoleh tidak mampu memberikan pengontrolan yang presisi, sehingga diperlukan tuning lebih lanjut.


721



Gp(s) PWM Controller

r +



-



Gc(z)

k

c

Gm(s) motor

PID compensator

1 Rotary encoder

Kecepatan (rps)

Gambar 4. Diagram skematik kontrol motor secar digital (Setiawan et al. 2011) 60 50 40 30 20 10 0

Aktual Setpoin

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Waktu (ms)

Gambar 5. Kecepatan motor berdasarkan setpoin yang diberikan Pengujian Penjatahan Pupuk Prototipe yang telah memiliki sistem kontrol diuji untuk melihat kemampuannya dalam memberikan output pupuk, pada pengujian ini akan dilihat hubungan antara kecepatan putaran motor dengan laju keluaran pupuk. Selain itu diamati pula konsistensi keluaran pupuk terhadap waktu. Sistem yang telah terkontrol dapat mempertahankan kecepatan motor sesuai dengan setpoin yang telah diberikan, dan saat mendapat beban berupa pupuk, metering device mampu memberikan output yang konsisten. Pupuk yang digunakan yaitu urea, SP-36 dan NPK, dengan distribusi partikel seperti yang telah ditampilkan pada Tabel 1. Pengujian dilakukan dengan menggunakan rotor tunggal. Skema pengujian seperti pada Gambar 6. Tabel 1. Distribusi ukuran dan massa jenis pupuk urea, SP-36 dan NPK Jenis pupuk Urea SP-36 NPK

722

Distribusi ukuran partikel pupuk (%) >4.76 mm 0.5 1.8

4.76 – 2.36 mm

2.36 – 1.4 mm

<1.4mm

Massa jenis (g/cm3)

5.1

65.5 42.4 34.5

29.4 32.1 24.5

0.76 1.1 0.93

25 39.1



Setpoin : 5, 15, 25, 35, dan 45 rps

Gambar 6.1 Skema pengujian Unit pengontrol diberi setpoin untuk mengatur kecepatan putar motor DC. Setiap setpoin diuji selama 20 detik. Hasil pembacaan kecepatan motor dengan menggunakan rotary encoder direkam oleh unit pengontrol setiap 20 ms, setelah proses pengujian selesai, data dikirim ke komputer dengan menggunakan komunikasi serial RS232 dan dibaca oleh RtMSi 2011. Pembacaan massa pupuk yang jatuh pada wadah di atas timbangan datanya direkam langsung oleh komputer dengan komunikasi serial RS232 secara realtime setiap 100 ms menggunakan SoRtMSi 2011. Pengujian dengan pupuk Hasil yang diperoleh dari pengujian penjatahan dengan menggunakan pupuk menunjukkan bahwa penggunaan rotor tunggal dengan beban pupuk urea, SP-36 dan NPK berturut-turut dapat dilihata pada Gambar 7, 8 dan 9.

(a)

(b)

Gambar 7. Grafik hubungan waktu dengan keluaran pupuk urea (a), putaran motor dengan kecepatan aliran urea (b) Kontrol PID untuk Pengaturan – Sapsal dan setiawan

723



(a)

(b)

Gambar 8. Grafik hubungan waktu dengan keluaran pupuk SP-36 (a), putaran motor dengan kecepatan aliran SP-36 (b)

(a)

(b)

Gambar 9. Grafik hubungan waktu dengan keluaran pupuk NPK (a), putaran motor dengan kecepatan aliran NPK (b) Pengujian yang dilakukan pada tiga jenis pupuk, menunjukkan bahwa laju keluaran pupuk, proporsional terhadap peningkatan kecepatan putaran motor dengan koefisien determinasi rata-rata sekitar 99 %. Hal ini menunjukkan bahwa alat penjatah pupuk mampu memberikan dosis pemupukan yang presisi meskipun dengan perubahan dosis yang berlangsung dengan cepat. Gambar 10, 11 dan 12 memperlihatkan respon kontrol terhadap pembebanan pada ketiga jenis pupuk. Pada pembebanan pupuk urea, perubahan sistem tidak terlalu berosilasi dibandingkan dengan pembebanan pupuk SP36 dan NPK. Hal ini disebabkan karena bentuk fisik dari pupuk urea dengan ditribusi partikel didominasi dengan ukuran 1.4 – 2.36 mm (65 %) (Tabel 1.), sehingga pembebanan yang dialami oleh penjatah cenderung sama. Berbeda dengan pupuk SP-36 dan NPK dengan distribusi ukuran partikel yang menyebar sebagaimana dapat dilihat pada tabel 1. Selain itu pupuk SP-36 dan NPK juga memiliki tingkat kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan urea. Namun secara umum kecepatan motor tetap mampu dipertahankan berdasarkan setpoin yang diberikan dan juga dengan dengan laju keluaran pupuk yang proporsional dengan peningkatan kecepatan putar motor dengan koefisien determinasi lebih dari 99 % untuk ketiga jenis pupuk. Adapun hubungan kecepatan dan keluaran pupuk berturut untuk Urea, SP-36 dan, NPK yaitu y = 0.622x +

724



0.037, y = 1.376x + 0.931, dan y = 0.939x + 0.325. rasio keluaran pupuk berturut-turut yaitu 0.622, 1.376, dan 0.939 g/putaran.

Set Poin (rps)

500

400 300 200

Urea

100

set poin

0 0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Waktu (ms)

Gambar 10. Pengujian step-stair respons pada pembebanan pupuk urea

Set Poin (rps)

500 400 300 200

SP-36

100

set poin

0 0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Waktu (ms)

Set Poin (rps)

Gambar 11. Pengujian step-stair respons pada pembebanan pupuk SP-36

600 400 NPK

200

set poin

0 0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Waktu (ms)

Gambar 12. Pengujian step-stair respons pada pembebanan pupuk NPK

SIMPULAN Kontrol PID mampu memberikan dosis pemupukan yang presisi. Sistem penjatah dapat mengontrol secara presisi laju keluaran pupuk urea, SP-36 dan NPK, dengan mengatur kecepatan putar motor.


725



Penentuan koefisien Kp, Ti dan Td dengan Metode Internal Control, memberikan pengontrolan yang sesuai pada desain kontrol prototipe mesin pemupuk. Kecepatan motor dapat dikontrol dengan baik sesuai dengan setpoin yang diberikan dengan menggunakan kontrol PID pada interval 5 – 45 rps atau 300 – 2700 rpm.

UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih disampaikan kepada Direktorat Pendidikan Tinggi, Kemendiknas atas bantuan dana penelitian melalui Project I-MHERE IPB B.2.c. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Dept Teknik Mesin dan Biosistem, IPB atas fasilitas yang diberikan selama penelitian ini dilaksanakan.

DAFTAR PUSTAKA Aziz A. 2011. Disain dan Pengujian Metering Device Untuk Unit Pemupuk Butiran Laju Variabel (Variable Rate Granular Fertilizer Applicator). Tesis Master. IPB. Bogor Bolton W. 2004. Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. penerjemah; Soni Astranto, editor; Gugi Sagara dan Lemeda Simarmata. Erlangga, Jakarta Novizan. 2002. Petunjuk pemupukan yang efektif. Agro Media Pustaka, Jakarta Ogata, Katsuhiko. 1994. Teknik Kontrol AutomatikJilid 1. diterjemahkan oleh Edi Leksono. Erlangga, Jakarta Rains GC, Thomas DL. 2009. Precision Farming: An Introduction.Bulletin the Cooperative Extension Service the University of Georgia College of Agricultural and Environmental Sciences 1186. Dilihat 15 Oktober 2010. (http://www.caes.uga. edu/pplications/publications/files/pdf/B%201186_2.PDF) Setiawan RPA. 2001. Development of Variable Rate Granular Aplicator for Paddy Field. Research Report. Kyoto University. Jepang Setiawan RPA, Tahir M, Hermawan W, Budiyanto B. 2011. Mesin Pemupuk Presisi Laju Variabel Berbasis Mikrokontroler. Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2011, Bandung, pp. 41-48

726


Buku Prosiding SEMINAR NASIONAL PERTETA

Recommend Documents