PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR DENGAN METODE PID PADA ALTIVAR BERBASIS PLC SCHENEIDER M340 Asep Andang,MT[1], Nundang Busaeri,MT[2], Moch Ridwan Agustin Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Siliwangi, Tasikmalaya abstract PLC controller controls one of the most widely used in the industry. PLC connected to the wide range of control one altivar inverter used to control motor speed. From this study, the motor speed controller, motor speed controller using the input temperature changes will change the speed of the motor. Used method Proportional, Integral, Derivative (PID) by changing the value of the variable KP, KI, KD experimentally to set temperature, time, and speed of the motor. From the experimental results with variable values KP = 1, KI = 0, KD = 0; KP = 1, KI = 1, KD = 0; and KP = 1, KI = 1, KD = 1 obtained a variety of different graphics controllers with respect to time, temperature changes, and changes in motor speed. abstrak PLC merupakan salah satu kontroler kendali yang paling banyak digunakan di industri. PLC dikoneksikan ke dalam berbagai macam kendali salah satunya inverter altivar yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor. Dari penelitian ini, pengendali kecepatan motor, pengendali kecepatan motor menggunakan masukan perubahan suhu yang akan merubah kecepatan motor. Digunakan metode Proporsional, Integral, Derivatif (PID) dengan merubah nilai variable KP,KI,KD secara eksperimental untuk menyetel suhu, waktu, dan kecepatan motor. Dari hasil percobaan dengan nilai variable KP=1,KI=0,KD=0; KP=1,KI=1,KD=0; dan KP=1,KI=1,KD=1 didapat berbagai grafik pengendali yang berbeda terhadap waktu, perubahan suhu, dan perubahan kecepatan motor. Kata kunci : PLC, Kendali, PID
I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Dahulu untuk menghasilkan barang masih menggunakan tenaga manusia. Sehingga untuk memproduksi suatu barang akan membutuhkan waktu yang tidak sedikit. Seiring dengan bertambah populasi manusia, kebutuhan akan barang semakin meningkat tajam. Manusia tidak mampu lagi memproduksi barang secara manual. Diperlukan alat bantu untuk memudahkan manusia mempercepat proses dalam menghasilkan barang. Sejak revolusi industri di Inggris oleh James Watt, proses fabrikasi barang mengalami perkembangan yang cukup signifikan dengan ditemukannya mesin uap yang digunakan untuk menghasilkan barang secara cepat dan mudah Perkembangan mesin industri sampai saat ini terus berubah, mesin industri juga mengalami perubahan sistem dengan dikenalnya pengendalian pada mesin. Sistem kendali di dalam industri dari masa ke masa terus
mengalami kemajuan teknologi. Sistem kendali membutuhkan otomatisasi yang dapat berdiri sendiri salah satunya agar waktu yang digunakan semakin singkat dan menghasilkan produksi yang lebih banyak. Proses otomatisasi mengharuskan ketelitian yang sangat tinggi dan error yang sedikit . Proses yang paling banyak dipakai untuk menghindari error dalam sistem otomatisasi salah satunya adalah Proporsional Integral Derivatif (PID). PLC pertama kali diperkenalkan pada tahun 1960an. Alasan utama perancangan PLC adalah untuk menghilangkan beban ongkos perawatan dan penggantian sistem kontrol mesin berbasis relai. Bedford Associate (Bedford, MA) mengajukan usulan yang diberi nama MODICON (kepanjangan Modular Digital controller) untuk perusahaan-perusahaan mobil di Amerika. Sedangkan perusahaan lain mengajukan sistem berbasis komputer (PDP-8). MODICON 084 merupakan PLC pertama didunia yang digunakan pada produk komersil.
Saat kebutuhan produksi berubah maka demikian pula dengan sistem kontrol pada produksi. Hal ini menjadi sangat mahal jika perubahannya terlalu sering. Karena relai merupakan alat mekanik, maka, tentu saja, memiliki umur hidup atau masa penggunaan yang terbatas, yang akhirnya membutuhkan jadwal perawatan yang ketat. Pelacakan kerusakan atau kesalahan membutuhkan waktu yang lama jika banyak relai yang digunakan. Apabila sebuah panel kontrol yang dilengkapi dengan monitor ratusan hingga ribuan relai yang terkandung pada sistem kontrol tersebut maka pengkabelan pada relai itu sendiri begitu rumit dan kompleks. Maka dari itu dibutuhkan suatu pengontrol yang baru agar memudahkan para teknisi perawatan dan teknisi lapangan melakukan pemrograman. Umur alat harus menjadi lebih panjang dan program proses dapat dimodifikasi atau dirubah dengan lebih mudah serta harus mampu bertahan dalam lingkungan industri yang keras. Maka dari itu penggunaan teknik pemrograman harus digunakan dan mengganti bagian-bagian komponen dengan IC atau mikroelektronika agar lebih mudah untuk digunakan. Pada pertengahan tahun 1970-an, teknologi PLC yang dominan adalah sekuenser mesin-kondisi dan CPU berbasis bit-slice. Setelah mikroprosesor konvensional mengalami perbaikan dan pengembangan, PLC yang besar-besar mulai banyak menggunakan-nya. Kemampuan komunikasi pada PLC mulai muncul pada awal-awal tahun 1973. Sistem yang pertama adalah Modbus pada MODICON. Dengan demikian PLC bisa berkomunikasi dengan PLC lain dan bisa ditempatkan lebih jauh dari lokasi mesin sesungguhnya yang dikontrol. Sekarang kemampuan komunikasi ini dapat digunakan untuk mengirimkan dan menerima berbagai macam tegangan dan memiliki masukan atau keluaran analog. Namun, kurangnya standarisasi mengakibatkan komunikasi PLC menjadi mimpi buruk untuk protokolprotokol dan jaringa-jaringan yang tidak kompatibel. Tetapi bagaimanapun juga, saat itu merupakan tahun yang hebat untuk PLC. Pada tahun 1980-an dilakukan usaha untuk menstandarisasi komunikasi dengan protokol otomasi pabrik milik General Motor (General Motor's Manufacturring Automation Protocol (MAP)). Juga merupakan waktu untuk memperkecil ukuran PLC dan pembuatan perangkat lunak pemrograman melalui pemprograman simbolik dengan komputer. Sekarang PLC terkecil seukuran dengan sebuah kontrol relai tunggal (seperti produk ZEN Smart Relai dari Omron atau Zelio Smart Relai dari Schneider). Pengontrolan Proporsional Integral Derivatif dikendalikan oleh Programmable Logic Controller (PLC) dengan menggunakan sebuah program dari manufaktur itu sendiri.
Berdasarkan latar belakang diatas maka dalam penyusunan Tugas Akhir ini diambil judul “Pengendalian Kecepatan Motor Dengan Metode PID Pada Altivar Berbasis PLC Scheneider M340”. Identifikasi Masalah 1. Bagaimana cara pengendalian dalam sistem digital dalam sistem Programmable Logic Controller (PLC). 2. Apa saja parameter yang dibutuhkan dalam sistem pengendalian digital berbasis Programmable Logic Controller (PLC). Tujuan Masalah 1. Untuk mengetahui koneksi antara Inverter dengan Programmable Logic Controller (PLC). 2. Metode pengendalian Proporsional Integral Derivatif di dalam Programmable Logic Controller (PLC). 3. Untuk dapat mengimplementasikan output dalan pengendalian Proporsional Integral Derivatif (PID). 4. Mengetahui respon motor dengan kendali Programmable Logic Controller (PLC). Batasan Masalah 1. Programmable Logic Controller (PLC) yang digunakan adalah Schneider M430. 2. Modul yang dikendalikan oleh Inverter Altivar seri 31. 3. Keluaran yang diteliti adalah kecepatan motor induksi 3-fasa terhadap suhu. 4. Tidak menganalisa Proporsional Integral Derivatif. Waktu dan Tempat Penelitian Waktu dan tempat penelitian yaitu tanggal 18 Januari 2014 Jalan Siliwangi No.24 Laboraturium Teknik Elektro, Universitas Siliwangi. II LANDASAN TEORI Sistem Kendali Sistem kendali adalah hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Kontrol Proporsional Metode kontrol on dan off, keluaran pengontrol adalah sinyal on atau off sehingga keluaran tidak memiliki relasi dengan besarnya error yang muncul. Kontroler dengan aksi kontrol proporsional, hubungan antara masukan kontroler ( ) dan sinyal pembangkit kesalahan ( ) adalah
( )=
( )
Kontrol Integral Kontrol Integral merupakan mode kontrol dimana keluaran pengontrol berbanding lurus dengan integral error terhadap waktu. Pada kontroler integral, nilai masukan ( ) diubah pada laju proporsional dari sinyal pembangkit kesalahan ( ). Sehingga : ( ) = ( ) Kontrol Derivatif Kontrol derivatif merupakan perubahan keluaran pengontrol dari titik pengaturan akan berbanding lurus dengan laju perubahan terhadap waktu dari sinyal error. ( ) ( )= Kontrol Proporsional Integral Derivatif (PID) Pengggabungan semua dari ketiga mode kontrol (proporsional, integral, derivatif) memungkinkan untuk mendapatkan sebuah pengontrol yang tidak mempunyai error serta dapat mereduksi terjadinya osilasi.
Diagram Proporsional Integral Derivarif Programmable Logic Controller (PLC) Programmable Logic Controller atau PLC secara kata adalah seperangkat sistem kendali yang dapat diprogram berdasarkan logika. Secara keseluruhan berarti suatu alat elektronika digital atau komputer digital yang dapat dipergunakan untuk programmable dan mempunyai memori untuk menyimpan instruksi – instruksi serta digunakan untuk otomatisasi proses elektronika dan mekanis dalam mengendalikan mesin dan proses.
Inverter Altivar Inverter Altivar adalah salah satu variable speed driver yang dikeluarkan oleh Schneider. Altivar
memiliki keunggulan yang dapat diprogram melalui tombol. Keunggulan yang dimanfaatkan pada sistem ini adalah mode auto dan penyetelan prameter. Pengendali Suhu Pengendali Suhu adalah alat yang dapat mengukur atau mengontrol besarnya suhu yang terdapat pada suatu benda, bidang atau ruang, untuk diproses lebih lanjut. Input yang digunakan umumnya berupa sensor temperatur berupa thermocouple dihubungkan langsung ke terminal masukan dari pengendali suhu. Pengatur Suhu mempunyai set point / batasan nilai suhu yang kita masukan kedalam parameter didalamnya. Ketika nilai suhu benda yang diukur melebihi set point beberapa derajat maka keluarannya akan bekerja. Thermocouple Adalah berupa resistor yang apabila dirubah suhu atau temperatur maka dapat merubah nilai resistansi. III METODE PENELITIAN Alur Penelitian Dari bahan-bahan dan alat yang sudah dikumpulkan maka tahapan selanjutnya adalah merangkainya dan membuat programnya,langkahlangkah yang akan dilakukan dalam penelitian ini bisa dilihat pada gambar berikut
Dalam pembuatan analisa data, akan didapatkan antara perbandingan antara kajian teori dan hasil pengujian atau percobaan. Jika terdapat perbedaan antara keduanya, maka akan didapat data yang nantinya dari data tersebut akan dapat kita pelajari untuk menentukan penyebab terjadinya perbedaan tersebut. Apabila terjadi kesamaan berarti hasil pengujian yang kita buat sesuai dengan kajian teori. Analisa Hasil Pengujian Dari hasil pengujian yang telah dianalisa bisa disimpulkan bahwa alat yang telah dibuat memiliki safety (keamanan) yang cukup untuk dijalankan dan dianalisa. IV PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR DENGAN METODE PID PADA ALTIVAR BERBASIS PLC SCHENEIDER M340 Sistem Automatisasi Pengendalian Motor
Flowchart Penelitian denga Metode Studi Literatur Metode Pengumpulan Data Metode-metode yang digunakan dalam pengumpulan data pada tugas akhir ini adalah dengan cara berikut : 1. Metode Studi Literatur Merupakan metode untuk mengumpulkan kajian-kajian teori yang dapat menunjang dalam tugas akhir sehingga dapat menjadi dasar dalam pembuatan tugas akhir ini. 2. Metode Observasi Metode ini adalah melakukan pengamatan langsung terhadap objek penelitian atau percobaan. Adapun tujuan penggunaan metode ini adalah untuk membuktikan studi literatur dengan melihat hasil dari suatu pengujian atau percobaan. Perancangan Alat dan Program Perancangan alat dan program dalam tugas akhir ini meliputi pengumpulan komponen yang akan digunakan dan pengumpulan data-data untuk input dan output pada PLC, selanjutnya dari komponen yang sudah ada dirakit atau dibuat simulasi software unity pro xl dan vijeo citect. Analisa Data
Sistem automatisasi digunakan untuk mengatur kecepatan putaran motor terhadap suhu. Apabila suhu yang telah disetting untuk menyalakan motor tercapai, maka motor akan menyala. Kemudian kecepatan motor terus naik berbanding lurus dengan naiknya suhu. Pada proses ini pematik (igniter) dan katup (valve) diganti menjadi pemanas air (water heater). Flowchart untuk sistem automasi pada sistem oven adalah :
Flowchart Automasi Ketika proses dimulai, kipas keluaran (exhaust blower) menyala. Kemudian kipas pembakar (blower burner) menyala. Setelah kipas pembakar (blower burner) menyala, kipas sirkulasi (circulation blower) menyala. Kemudian pematik (igniter) dan katup (valve) menyala. Kemudian sensor api member nilai 1. Apabila tidak maka fire failure akan memberi sinyal 1 dan buzzer akan menyala. Apabila sensor api member nilai 1 ya kemudian dilanjutkan ke proses pengatur suhu. Proses pengatur suhu adalah proses dimana pengatur suhu mendeteksi apakah suhu sudah sampai pada 35oC atau tidak. Bila tidak maka pengatur suhu akan terus mendeteksi sampai suhu 35oC. Apabila ya maka motor akan menyala kendali PID dimulai. Kemudian berlanjut ke proses PID. Apabila pengatur suhu mendeteksi suhu mencapai 60oC, maka katup (valve) dan pematik (igniter) mati. Rancang Bangun Software
Antarmuka Section K3HB_Comm Section K3HB_Comm, K3HB_PV_0 mendeteksi input dari temperature controller sehingga menghasilkan PT_Temp1 dan mengubah PT_Temp1 dari input double integer (DINT) ke integer (INT) dengan nama PT_TEMP_INT. Kemudian PT_Temp_Real membagi 10.0 nilai yang dihasilkan sehingga menjadi PIDP1_PV.
Software yang digunakan adalah Unity Pro XL untuk programming PLC dan Vijeo Citech untuk SCADA. Bahasa pemrogramman yang digunakan adalah Ladder. Di dalam program Unity Pro XL, gambar dan penjelasannya PIDP dalam FBD (Function Block Diagram) adalah sebagai berikut :
Antarmuka Section Motor_Controller
Section Motor_Controller, pemberi input 1 untuk ATV31_0 adalah PIDP1_ON_OFF. Input untuk RPM1 dari set_sv, dan input dari ATV_PV.
Gambar PIDP FBD (Function Block Diagram)
Tabel 1 Deskripsi PIDP Kontrol Variabel I/O Parameter
Input
Output
Input/output
MAN HALT
Data Tipe BOOL BOOL
SP
REAL
PV
REAL
BIAS
REAL
D_ON_X
BOOL
Reversed
BOOL
KP
REAL
KI
REAL
KD
REAL
TD_LAG
TIME
YMAX
REAL
YMIN ERR
REAL REAL
QMAX
BOOL
QMIN
BOOL
Y
REAL
Parameter
Deskripsi Mode Manual Mode Halt Nilai Set Poin Input Variabel Nilai Proses Input Disturbance D_PortionValue Flag OutputReversed Nilai Kontrol Proporsional Nilai Kontrol Integral Nilai Kontrol Derivatif Nilai Delay Nilai Maksimal Y Nilai Minimal Y Nilai Error Nilai Y melebihi maksimal Nilai Y dibawah minimal Nilai Output setelah proses PIDP
Antarmuka Section PIDP Dalam section PIDP1, PIDP1_ON_OFF digunakan untuk menyalakan PIDP1_0. PIDP1_SP adalah nilai yang akan dipakai sebagai pembatas maksimum dari temperatur kontrol. PIDP1_PV adalah nilai yang dihasilkan oleh temperatur kontrol. PIDP1_KP adalah nilai kontanta proporsional yang akan digunakan. PIDP1_KI adalah nilai konstanta integral yang akan digunakan. PIDP1_KD adalah kontanta derivatif yang akan digunakan. PIDP1_YMAX adalah kecepatan putaran motor yang diatur. PIDP1_YMIN adalah kecepatan minimal putaran motor yang diatur. PIDP1_ERR adalah nilai error yang dihasilkan sistem. Hasil pada PIDP1_Y berupa integer, kemudian dirubah ke dalam bentuk bilangan nyata dengan menggunakan INT_TO_REAL dengan nama output Set_SV. Saat PIDP1_PV berharga lebih besar dari PIDP1_SV pemanas (heater) akan mati (heater off). Apabila PIDP1_ERR berharga 5 pemanas akan menyala kembali (heater on). Penalaan Parameter Kontroller Penalaan parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Kendalian). Dengan demikian betapapun rumitnya suatu kendalian, perilaku kendalian tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena penyusunan model matematik kendalian tidak mudah, maka dikembangkan suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada reaksi kendalian yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode itu model matematik perilaku
Pada PID KP 1 KI 1 KD 1 , kenaikan kecepatan motor yang terjadi membutuhkan waktu yang agak lama pada suhu antara 34o-39oC hingga mencapai kecepatan maksimal. Respon waktu yang dibutuhkan pun lambat. Kecepatan motor yang dihasilkan pun tidak konstan melainkan naik dan turun seiring pertambahan naiknya suhu. Ketika suhu 60 oC.
Ketika nilai pada parameter kontroller berharga 0, kemudian dibuat penalaan pada parameter kontroller proporsional berharga satu. Ketika suhu pada 30-34oC kecepatan putaran motor berada di 0 RPM. Pada saat level suhu diantara 3434,99oC kecepatan putaran motor naik menjadi 149,97656 RPM. Dan ketika suhu pada level 35o kecepatan motor menjadi 199,968 RPM. Kecepatan putaran motor yang disetting sebenarnya adalah 200 RPM.
Saran 1. Dalam penalaan parameter eksperimental, jarak nilai variable yang digunakan harus dalam jarak yang pendek misalnya antara 0,1;0,2;0,3 dan seterusnya agar pengukuran lebih detail.
PID dengan KP 1
1000
900
0
0 Suhu oC
Y PV t(s)
)
w Y 200 400 a Suhu 0 -100 k s t(s) 30 35 40 45 50 55 60 t Suhu (oC) u
1000
waktu (s)
PID KP 1 KI 2000 1 KD 1 30 36 41 45,5 49 53 58
400
2000 RPM
RPM
kendalian tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva krluaran, penalaan kontroler PID telah dapat dilakukan. Penalaan bertujuan untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan. Analisis KP = 1, KI= 0, KD=0
Gambar Grafik PID dengan KP 1 KI 1 KD 1
(
Gambar Grafik PID dengan KP 1 Analisis KP=1 KI=1 , KD=0
PID KP 1 KD20001
RPM
2000 1000
1000 0 30 35 39 44 48 52 56
0 suhu
waktu (s)
Pada PID KP 1 KD 1, kenaikan putaran motor yang terjadi begitu tajam pada suhu antara 36o-37o. Respon waktu yang dibutuhkan pun semakin cepat. Kecepatan motor yang dihasilkan pun konstan dan tidak mengalami error. Tetapi kelemahannya ketika suhu kembali turun, kecepatan pada motor tidak mengalami kenaikan dan penurunan kecepatan pada motor. Dalam hal ini fungsi PID tidak menaikan dan menurunkan kecepatan motor, tetapi lebih cenderung hanya menyalakan dan menaikan kecepatan motor.
Y PV t(s)
Gambar Grafik PID dengan KP 1 KD 1 Analisis KP=1,KI=1,KD 1
Simpulan 1. Koneksi antara Inverter dengan Programmable Logic Controller (PLC) adalah lewat pengaturan suhu yang masuk ke dalam Programmable Logic Controller (PLC) kemudian diolah dan masuk ke inverter. Dari inverter kemudian keluarannya berbentuk tegangan dan masuk ke motor induksi untuk mengatur kecepatan motor. Metode pengendalian Proporsional Integral Derivatif di dalam Programmable Logic Controller dengan perintah PIDP di dalam software unity pro xl dan ditampilkan oleh vijeo citech lewat grafik dengan masukan pengatur suhu yang memiliki setpoint 60o dan penalaan parameter controller dengan cara eksperimental yaitu memasukan nilai KP, KI, dan KD secara berurutan mulai dari nilai KP 1,KI 0,dan KD 0. Kemudian berlanjut dengan memasukan nilai KP 1, KI
0. Kemudian berlanjut dengan KP 1, KI 1, KD 1. 2. Implementasi keluaran dalam pengendalian Proporsional Integral Derivatif diubah ke
2. Implementasi masukan dan keluaran untuk metode Proporsional Integral Derivatif yang akan digunakan bisa lebih bervariasi tidak hanya terbatas pada suhu dan kecepatan motor, tetapi bisa juga dengan bukaan katup(valve) dan yang lainnya. Daftar Pustaka 1. Bolton W. (2004). Programmable Logic Controller (PLC) Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga.
bentuk tegangan dan digunakan untuk mengatur kecepatan putaran pada motor induksi kemudian ditampilkan dalam bentuk grafik oleh Vijeo Citech.
5. W. Webb, John, Ronald A. Reis (1999). Programmable Logic Controller Principles and Applications Fourth Edition. United States of America : Prentice-Hall, Inc. 6. Bolton W. (2004). Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. Jakarta : Erlangga. 7. Ogata, Katsuhiko. (1996). Teknik Kontrol Automatik. Jakarta : Erlangga.
2. Wicaksono, Handy. (2009). Programmable Logic Controller (Teori, Pemrograman dan Aplikasinya dalam Otomatisasi Sistem). Yogyakarta : Graha Ilmu.
8. Distefano, Joseph J. III,Ph.D,Allen R Stubberud,Ph.D, Ivan J Williams,Ph.D. (1983). Theory And Problems of Feedback Control Systems. Singapore : McGraw-Hill International Book Company.
3. Yulianto S.T, Anang (2006). Belajar PLC (Programmable Logic Controller). Jakarta : Elex Media Komputindo.
9. J. Chapman, Stephen. (1998). Electric Machinery Fundamentals, Australia : Mc Graw Hill International Editions.
4. Bryan, E.A, L.A (1997). Programmable Controller Theory and Implementation Second Edition. United States of America : Industrial Text.
10. www.elektroindonesia.com/elektro/tutor12.html (18 Februari 2014).
