TUGAS AKHIR – TE091399
DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROLER FUZZY-SUPERVISED PID BERBASIS PLC PADA SISTEM KONTROL LEVEL CAIRAN COUPLED-TANK Oleh: Shaumi Arif Al Faizin 2209100166
Pembimbing: Ir. Josaphat Pramudijanto. M.Eng Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro – Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
Pendahuluan
Deskripsi dan Perancangan Sistem
Simulasi dan Implementasi
Kesimpulan
Latar Belakang • Karakter pengaturan level coupled-tank [1] : respon yang lambat , pengendaliannya berhubungan langsung dengan kondisi plant saat itu. • Jenis kontroler yang digunakan industri, 90% lebih menggunakan algoritma PID [2]. • PLC tidak hanya mampu menangani kontrol sequence tapi juga wilayah kontrol yang membutuhkan kontrol kontinyu. [3]
Latar Belakang
Permasalahan
Tujuan
Batasan Masalah
Permasalahan
• Kontroler PID dengan parameter tetap tidak dapat menjamin menghasilkan respon yang bagus untuk semua range kerja sistem.
Latar Belakang
Permasalahan
Tujuan
Batasan Masalah
Tujuan
• Merancang strategi kontrol yang dapat merubah parameter PID secara otomatis bergantung pada kondisi sistem menggunakan kontroler fuzzy.
Latar Belakang
Permasalahan
Tujuan
Batasan Masalah
Batasan Masalah • Informasi untuk input fuzzy pada penalaan PID adalah nilai setpoint. • Parameter PID yang ditala Kp, Ti, Td
• PLC yang digunakan adalah Simens S7-300 CPU12C
Latar Belakang
Permasalahan
Tujuan
Batasan Masalah
Sistem Keseluruhan PC +
_
Kontroler
Aktuator: Volt – PWM converter
PLC
Final control element: Control valve
Plant: CoupledTank
Sensor Level
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Komponen Sistem Control Valve: Motor Servo + Valve
Sensor Level: Potentiometer multiturn
Plant Coupled Tank: t*p*l = 40*10*!0 cm Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Komponen Sistem CPU 312C
DI/DO 24 V
SM334 AI/AO 12bit
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Identifikasi Identifikasi : closed loop, secara statis dengan setpoint 10,15,20, dan 25 cm G(s) X(s)
+
-
1
Y(s)
H(s)
Metode identifikasi: Smith Hasil berupa sistem orde dua overdamped, critically damped, atau under damped
Ke s G( s) 2 2 s 2 s 1 Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Identifikasi loop tertutup
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Identifikasi • Merubah persamaan loop tertutup ke dalam loop terbuka K ' e s H ( s) s 2 s 1
• dengan K K' ; * (1 K ); (1 K ) K 1 K
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Persamaan Open Loop
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Persamaan Open Loop FuzzySupervisor
Referensi
output +-
PID
Aktuator
Plant
Sensor
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Perancangan PID • Menggunakan metode Direct Synthesis 1 2 1 2 Kp ;Ti 1 2 ;Td K ( c ) 1 2
• Spek hasil desain – %Ess = 0% – %overshoot = 0% – Ts(5%) = 30 detik
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Perancangan PID • Menggunakan metode Direct Synthesis
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Perancangan Fuzzy
• • • • •
1 Input: setpoint 3 output: Kp, Ti, Td 4 aturan Metode Sugeno Defuzzifikasi: Weighting average
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Membership function input
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Membership function output: Kp
Derajat keanggotaan
1
K
MK
MB
1.4618 1.5595
1,6650
B
0.5
0 1,8272
Kp Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Membership function output: Ti Derajat keanggotaan
1
K
MK
MB
B
0.5
0 232,0689
349,9427
504,0274
592,6251
Ti Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Membership function output: Td Derajat keanggotaan
1
K MK MB B
0.5
0 3,9952 4.3573 4.6971 5,0403
Td Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Rule fuzzy
-If Level is K then Kp is K, Ti is K, Td is MB -If Level is MK then Kp is MK, Ti is MK, Td is B -If Level is MB then Kp is MB, Ti is MB, Td is MK - If Level is B then Kp is B, Ti is B, Td is K
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Pembuatan Program PLC • Menggunakan Ladder dan Structure Control Language Program Utama
Fungsi
OB1
Cyclic/main program
OB35
Interupt main program tiap 0.5 s (memanggil fungsi kontroler)
• Fungsi yang dipanggil Program Utama
Fungsi
FB10
Kontroler Fuzzy
FB41
Kontroler PID
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Pembuatan HMI • Window 1 : memonitor nilai aktual
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Pembuatan HMI • Window 2 : mengatur mode kontroler
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Pembuatan HMI • Window 3 : mengatur parameter PID dan Fuzzy
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Pembuatan HMI • Window 4 : memonitor nilai trend
Deskripsi Sistem
Komponen Sistem
Identifikasi
Kontroler
PLC dan HMI
Simulasi SP 10 cm
Simulasi
Implementasi
Simulasi SP 15 cm
Simulasi
Implementasi
Simulasi SP 20 cm
Simulasi
Implementasi
Simulasi SP 25 cm
Simulasi
Implementasi
Spesifikasi
Simulasi
Implementasi
Implementasi
• Dilakukan dengan setpoint: 10, 15, 20, dan 25 cm • Serta 13, 18, 22 cm
Simulasi
Implementasi
Implementasi SP 13 cm
Simulasi
Implementasi
Implementasi SP 18 cm
Simulasi
Implementasi
Implementasi
Simulasi
Implementasi
Implementasi
Simulasi
Implementasi
Implementasi
Nilai Rata Rata Fuzzy-Supervised PID
PID
%ess
Ts(5%)
%ess
Ts(5%)
0.7%
34.71 detik
3.1%
37.7 detik
Simulasi
Implementasi
Kesimpulan • kontroler FS-PID dapat memberikan respon yang lebih baik dalam hal nilai %ess dan ts(5%) dibandingkan dengan kontroler PID dengan parameter tetap untuk tiap keadaan setpoint berupa sinyal step yang diberikan. • Semakin jauh nilai setpoint sistem terhadap nilai setpoint dimana kontroler PID dirancang nilai %ess dan ts(5%) juga semakin besar
• Algoritma FS-PID berhasil diterapkan pada PLC Siemens S7-300 beserta HMI yang memungkinkan pengguna mengatur aturan fuzzy dan beserta parameter PID yang digunakan.
