KONTROL SUHU UNTUK MENJAGA SUHU ADONAN PERMEN dan VALVE UNTUK MENGELUARKAN PERMEN SEBESAR 2,5 GRAM Pongki Hartanto, Ir Gigih Prabowo , MT , Arman Jaya, ST.MT Politeknik Elektronika negeri Surabaya (PENS) 1 Institut Teknologi sepuluh Nopember (ITS), Surabaya, Indonesia
[email protected] Politeknik Elektronika negeri Surabaya (PENS) 2 Institut Teknologi sepuluh Nopember (ITS), Surabaya, Indonesia
Pada suatu desain sistem kontrol, kestabilan sistem merupakan persoalan yang sangat penting. Adanya sistem kontrol dengan umpan balik memungkinkan kestabilan sistem akan dapat dicapai meskipun terdapat gangguan pada sistem. Pada pembuatan permen kesetabilan suhu sangat penting, maka pada tugas akhir ini akan membuat suatu kontrol suhu yang stabil dalam pembuatan permen dan proses pengeluaran cairan yang juga konstan beratnya. Pada tugas akhir, sistem kontrol yang digunakan adalah computer dihubungkan dengan ADAM 5000 yang digunakan untuk mengontrol suhu dari heater dan menjalankan dua motor DC yang digunakan untuk menjalankan valve dan juga pengaduk adonan dalam tabung. Suhu yang dikontrol pada tugas akhir ini antara 136 0 C sampai 142 0 C, untuk sistem kontrolnya menggunakan PID yang diharapkan mampu memperbaiki rise time dan mempertahankan suhu. Untuk menghasilkan kontrol yang baik maka memerlukan hasil dari tuning PID dan proses tuning PID ini menggunakan matlab supaya mudah dalam menentukan nilai PID yang baik. Untuk mengatur keluarnya permen digunakan valve yang dapat bekerja dengan baik untuk mengeluarkan cairan yang pekat, valve menggunakan pegas untuk menutup dan membuka lubang. Dari sistem diatas hasil yang diharapkan adalah sistem dengan menghasilkan permen 2,5 gram, dari 22 percobaan hasil yang didapat adalah, 14 kali percobaan dibawah 2,5 gram dengan persentase error 24,85 % dan jumlah rata-rata 2,03 gram , 5 kali percobaan diatas 2,5 gram dengan persentasi error 5,24 % dan jumlah rata-rata 2,64 gram dan 3 kali percobaan tepat 2,5 gram dengan total persentase error 15,1% dan total rata-rata 2,24 gram. Kata kunci : Pengendali Panas Heater , PID Controler
ABSTRACT
In a control system design, system stability is a very important issue. The existence of a feedback control system allows the system stability will be achieved despite the disruption in the system. In candy-making temperature stability is very important, then at the end of this task will create a stable temperature control in the manufacture of candy and discharge processes are also constant weight. At the end of the task, the control system used is a computer connected to the ADAM 5000 is used to control the temperature of the heater and run two DC motors used to run the valve and also stir the dough in the tube. The temperature is controlled at the end of this task between 136 0 C to 142 0 C, for use of PID control system is expected to improve and maintain the temperature rise time. To produce good control then requires the results of tuning PID and PID tuning process is so easy to use matlab in determining the value of PID is good. To set out the candy to use valve that can work well for removing the concentrated liquid, use a valve spring for closing and opening holes. From the system above the expected result is a system to produce 2.5 grams of candy, from 22 experimental results obtained is 14 times below the experimental error of 2.5 grams with the percentage of 24.85% and the average amount of 2.03 grams, 5 time trial over 2.5 grams with a percentage error 5.24% and the average amount of 2.64 grams and 3 times the experiment just 2.5 grams with a total percentage error of 15.1% and an average total of 2.24grams.
Key word : Controlling Heat Heater , PID controller
1. PENDAHULUAN
Akan tetapi pada beberapa perusahaan masih mempergunakan cara – cara manual pada proses produksinya. Banyak industri yang sekarang ini mulai meninggalkan peralatan yang menggunakan kontrol manual karena disamping
Pada era globalisasi ini , perkembangan ilmu pengetahuan semakin pesat , salah satunya adalah perkembangan sistem otomasi dan ilmu pengemudi elektrik.
1
mempengaruhi proses produksinya di industri juga mempengaruhi jumlah tenaga yang mengoperasikan dan mengawasi suatu plan atau peralatan ,oleh karena itu kontrol secara otomatis diperlukan untuk menambah banyaknya produksi juga mempermudah dalam pengawasan dan pengontrolan. Proses pengontrolan suhu dan pencetakan pada industri permen ini masih secara manual ,yaitu setelah adonan sudah masak suhunya antara 136 0C – 141 0C , adonan cepatcepat dituangkan ke dalam cetakan kalau tidak maka adonan akan mengendap dan menjadi kristal .Agar tidak mengkristal adonan membutuhkan panas dari kompor tapi kalau terlalu panas adonan akan menjadi gosong sehingga untuk proses menghidupkan dan mematikan kompor dilakukan secara berulang sehingga kondisi adonan terlihat setabil .Cara seperti ini menimbulkan efek ketika adonan permen tinggal sedikit terjadi 2 ( dua ) kemungkinana yang pertama kondisi adonan akan gosong atau kondisi adona permen akan mengental dibawah ,atau tetap terjadi endapan. Kondisi ini hampir serupa ketika proses menuangkan adonan ke dalam cetakan yaitu terjadi sisa-sisa adonan yang menempel pada permukaan cetakan sehingga hasil pencetakan permen kurang bagus .Sisa dari adonan yang menempel pada cetakan secara otomatis akan mengurangi jumlah produksi permen sehingga pembuat akan mengalami kerugian
Keterangan : Pada gambar 1 terlihat bahwa PLC berfungsi sebagai controller dan serial communications. Dimana sensor yang masuk sebagai input PLC akan diolah untuk menjalankan motor valve sebagai proses keluarnya cairan permen, motor pengaduk sebagai pengaduk cairan dan heater sebagai pengaturan panas pada cairan 2.2 Perencanaan Dan Pembuatan Mekanik
Perancangan mekanik pada rancangan bangun kontrol suhu heater dan kontrol valve menggunakan PLC ini terdiri dari perancangan tabung pemanas , perancangna heater , perancangan valve , perancangan motor pengaduk adonan . Pada gambar 3.3 merupakan gambar perancangan Kontrol suhu untuk menjaga suhu adonan permen dan valve untuk mengeluarkan permen sebesar 2,5
Dalam kondisi pengaturan suhu di pencetakan yang tidak stabil dan kurang efektif , maka dirancang dan dibuat alat pengontrol suhu dan valve untuk pengolahan permen . Dengan mengontrol suhu dan valve ini diharapkan dapat menstabilkan suhu adonan dalan suatu wadah yang besarnya 136 0C – 141 0 C dan proses pencetakan cairan yang akan dicetak tepat 2,5 gram dan diharapkan agar tidak ada bahan yang terbuang
Gambar 2 Mekanik Kontrol suhu untuk
menjaga suhu adonan permen dan valve untuk mengeluarkan permen sebesar 2,5 2.3
Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras pada proyek akhir Kontrol suhu untuk menjaga suhu adonan permen dan valve untuk mengeluarkan permen sebesar 2,5 ini diantaranya adalah rangkaian TCA yang digunakan untuk drive pada heater ke PLC
2. PERANCANGAN SISTEM 2.1 Konfigurasi Sistem
Gambar 3 Rangkaian Drive Heater Gambar 1 Blok Diagram Sistem
2.4
2
Perancangan Software
2.4.3 T/C (ADAM-5018) T/C pada modul ADAM-5000 yang digunakan ditempatkan pada slot ke -3 dan penulisan dalam program adalah sebagai berikut : #01S
Gambar 4 Pengalamatan Module
Text2.text
C
Text3.text
Sebagai contoh penulisannya sebagai berikut : "#01S3C0"
Untuk pengalamatan slot pada modul ADAM-5000 dimulai dari slot 0 sampai slot 3 ,untuk 4 rak dari modul ADAM-5000. Dalam tugas akhir ini menggunakan 4 slot pada modul ADAM-5000 diantaranya AI (ADAM-5017) , AO (ADAM-5024) , DO(ADAM-5056) dan T/C(ADAM-5018)
Angka “0” menunjukan letak chanel yang akan digunaka Angka “3” menunjukkan letak slot yang akan digunakan 3. Pengujian
2.4.1
AO (ADAM-5024) Analog Output pada modul ADAM-5000 yang digunakan ditempatkan pada slot ke -1 dan penulisan dalam program adalah sebagai berikut :
Pengujian Heater yang dilakukan lewat ADAM 5000 ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik Heater yang akan digunakan dan untuk menentukan kontrol PID yang akan digunakan
#01S Text2.text C Text3.text nilai 000 Sebagai contoh penulisannya sebagai berikut :
SUHU 300
"#01S1C01.000"
200
Angka “1” menunjukkan suatu kondisi “ON” pada program, tapi jika menginginkan kondisi “OFF” bias diganti dengan angka “0” Angka “0” menunjukan letak chanel yang akan digunaka Angka “1” menunjukkan letak slot yang akan digunakan
100
SUHU 1 138 275 412 549 686 823 960
0
Gambar 5 gambar respon pengukuran heater
2.4.2 DO (ADAM-5056) 3.1 Perhitungan Kontrol PID
Digital Output pada modul ADAM-5000 yang digunakan ditempatkan pada slot ke -2 dan penulisan dalam program adalah sebagai berikut :
Dari grafik respon gambar 4.1 akan mencari nilai transfer function
#01S Text2.text 1 Text3.text 0 Stax Sebagai contoh penulisannya sebagai berikut :
( )
=
( )
= 4 ,%
"#01S21001"
+ 2£ = 2%
= 10600
Angka “1” menunjukkan suatu kondisi “ON” pada program, tapi jika menginginkan kondisi “OFF” bias diganti dengan angka “0” Angka “0” menunjukan letak chanel yang akan digunaka Angka “2” menunjukkan letak slot yang akan digunakan
=
2.94 = 0 ,74 4
= £ =
3
1
,£
=1
+ = 2,96
=
,
= 1,35
= , = 1,25 = 1,35 1,25 = 1,68 =
2,8 + 4,2 + 2,8
Gambar 9 Grafik hasil Tining PID dengan Matlab 3.2 Proses Tuning PID Dari proses tuning PID dengan software matlab , maka diperoleh hasil yaitu :
Dalam proses tuning PID ini agar lebih mudah dan tidak memerlukan waktu yang lama , maka proses tuning ini menggunakan sortware matlab,dengan transfer function yang telah diketahui ,prosesnya sebagai berikut :
Kp 43
Ki 0.0121
Kd 4
3.3 Pengujian PID
Pengujian respon heater dengan kontroler PID yang telah dirancang dan diaplikasikan pada alat telah berfungsi dengan baik dan akurat .Hal ini dapat dilihat dari grafik dibawah ini :
Gambar 6 Blok Diagram system Dari Blok Diagram system pada gambar 6 akan diperoleh hasil grafik sebagai berikut :
150 100 Suhu
50 0 0
5000
10000
Gambar 10 Grafik Control PID
Dapat kita analisa bahwa data hasil pengujian pada plant dengan PID kontroler, dalam percobaan yang dilakukan set point yang digunakan 1390C untuk kesetabilan heater ,sedangkan nilai Kp =43 , Ki = 0,0121 , Kd = 4.
Gambar 7 Grafik respon Dari gambar 7 diketahui nilai maksimumnya adalah 0,5 , setelah itu merancang system kontrol PID dengan blok diagram hasilnya adalah sebagai berikut :
3.4 Pengujian Kontrol PID Setelah Diberi
Gangguan Dari keadaan steady state seperti pada gambar 4.6 gangan diberikan pada keaadaan set poin 1390 C dengan kontrol Kp = 43 , KI = 0,0121 dan KD = 4 dan diberikan ganguan berupa air dingin, berikut penunjuaka hasil grafiknya :
Gambar 8 Blok Diagram System kontrol PID
4
150
yang kurang pas pada lubang valve atau juga pada proses mengeluarkan permen dari cetakannya.
Suhu 100
4. Kesimpulan
Set Poin
50
Kesimpulan yang didapat dari pengujian pada peralatan serta hasil yang didapat dari proses
Kontrol suhu untuk menjaga suhu adonan permen dan valve untuk mengeluarkan permen sebesar 2,5adalah sebagai berikut:
set poin 139 C
0 0
5000
10000
1.
Gambar 11 Gambar respon PID setelah
mengalami ganguan 2.
4.5 Pengujian Valve Pengujian valve bertujuan untuk mengetahui berat permen yang dikeluarkan valve , apakah sudah memenuhi target 2,5 gram apa belum , pengaturan keluaran valve sendiri diatur dari bearing yang ada pada motor valvenya sendiri ,hasil pengujian valve dan gambar proses menimbang perme pada tabel 4.3 dan gambar 4.8
3.
4.
Tabel 1 Hasil percobaan Valve Percobaan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Rata-rata
5.
Berat(gram) 1,6 1,4 1,7 1,8 1,7 1,9 2.2 2,3 2,5 2,4 2,6 2.01
6.
Kontrol PID yang digunakan adalah Critically-Damped dengan respon ordo ke 2 mendekati orde 1 karena ada delay Terjadinya delay pada respon grafik heater terjadi karena ada suhu mula sebesar 350 C pada lingkungan sekitar Dari gambar 4.6, maka respon yang baik menggunakan kontrol PI karena tidak ada over shootnya Untuk hasil dari proses tuning terjadi over shoot karena karakteristik heater sendiri yang responnya sangat lambat Pada pengujian respon PID pada heater dengan nilai set poin 1390 , nilai steady state terjadi pada menit ke 35. Sedangkan pengujian heater tanpa control PID nilai steady state terjadi pada menit ke 77 dari 22 percobaan hasil yang didapat adalah, 14 kali percobaan dibawah 2,5 gram dengan persentase error 24,85 % dan jumlah rata-rata 2,03 gram , 5 kali percobaan diatas 2,5 gram dengan persentasi error 5,24 % dan jumlah ratarata 2,64 gram dan 3 kali percobaan tepat 2,5 gram dengan total persentase error 15,1% dan total rata-rata 2,24 gram. Daftar Pustaka
1.
2. 3.
Gambar 12 Proses Menimbang Permen
4.
Dari hasil percobaan yang dilakukan hanya 1 yang memenuhi target yaitu 2,5 gram hal ini dikarenakan kesalahan proses seting bearing pada motor valvenya dan juga proses penempatan cetakan
5
Handy Wicaksono, Analisa Performansi dan Robustnes Beberapa Metode Tuning Kontroler PID pada Motor DC Jurnal Teknik Elektro Vol. 4, No. 2, September 2004: 70-78 User’s Manual ADAM 5000 series, Advantech. Pramudijanto Josaphat, Wicaksono Handy,”Implementasi Kontroler PID pada PLC untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC”, Tugas Akhir PETRA Surabaya, 2003. Sutanto Roman,”Remote Progamable Valve Menggunakan Motor DC”, Tugas Akhir, 2004
6
7
