. RANCANG BANGUN DISPENSER DENGAN EFISIENSI ENERGI LISTRIK BERBASIS KONTROL LOGIKA FUZZY Sub judul: pengontrolan suhu Erlita widyaningtyas, Arman jaya ST,MT , Ir,abdul nasir Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114 e-mail:
[email protected]
ABSTRAK
Aplikasi pengendalian suhu air sudah banyak ditemui diberbagai bidang, khususnya dalam kehidupan masyarakat. Pengendalian suhu tersebut dipakai untuk memanaskan air agar dapat di minum dan memiliki nilai kesehatan yang baik.. Berdasarkan masalah tersebut, maka pada tugas akhir ini kami membuat mesin pemanas air atau dispenser berbasis mikrokontroler dengan metode fuzzy. Penggunaan mikrokontroler dengan fuzzy ini diharapkan mampu mengendalikan suhu yang diperlukan air agar dapat memanaskan air hingga mencapai suhu 90 0 C, sehingga bisa didapatkan pemanasan air yang baik dan waktu pemanasan yang lebih cepat. Pada tugas akhir ini, pemanasan air dapat mencapai suhu berkisar antara 870 C hingga 900 C. Hasil yang diperoleh setelah proses pemanasan air adalah 890 C Hal ini disebabkan karena factor pemanasan air yang tidak merata. Sehingga persentase keberhasilan alat ini adalah 87 %. Kata kunci: mikrokontroler , fuzzy logic controller, heater ABSTRACT
Applications control the water temperature has been found in different areas, especially in the life of the community. Temperature control is used to heat water so that drinking apat in value and have good health . Based on the problem, then at the end of this task we create a machine or water heater Dispenser based mikrokontroler with fuzzy method. Use of this mikrokontroler with fuzzy expected to control the temperature of the water needed to heat the water until the temperature reaches 90 0 C, so that water heating can be a good time and a more rapid heating. At the end of this task, heating water can reach temperatures ranging between 870 C and 900 C. Results obtained after the process of heating water is 890 C This is because factors that are not heating the water evenly. So that the percentage of success of this toois 87%. Keywords: mikrokontroler, fuzzy logic controller, heater PENDAHULUAN ilmu pengetahuan dan teknologi pada era ini menjadi faktor penting dan tidak dapat terpisahkan dalam usaha untuk peningkatan teknologi serta kesejahteraan setiap masyarakat. Seperti halnya pada tingkat kebutuhan masyarakat terhadap alat-alat yang dapat bekerja secara otomatis, efisien dan hemat energi saat ini semakin meningkat. Tidak hanya pada industri besar, industri menengah, industri kecil, tetapi juga pada rumah tangga yang menginginkan
kemudahan dan hemat biaya dalam memenuhi kebutuhan maupun menyelesaikan pekerjaan, contohnya pada penggunaan dispenser. Dispenser merupakan barang elektronik rumah tangga yang banyak disukai karena praktis dalam penggunaannya. Dispenser mempunyai 2 fungsi yaitu menghasilkan air dingin dan air panas,sehingga unuk mendapatkan air panas tidak perlu merebus air dengan waktu yang relatif lama. Namun permasalahan yang saat ini timbul adalah kebutuhan listrik untuk air panas lebih besar dibandingkan untuk air dingin. Hal ini di
1
sebabkan karena kebutuhan suhu yang tidak terkontrol dengan baik saat pemanasan air berlangsung. Maka dalam proyek akhir ini dibuat suatu dispenser dengan menggunakan pengontrol suhu air dan efisien dalam pemakaian energi listrik. Dispenser pada proyek akhir ini berbeda dengan dispenser yang sudah ada, dalam hal kontrol suhu, pemakaian energi listrik, serta waktu untuk memanaskan air. Dispenser tanpa dilengkapi kontrol suhu, air yang dipanaskan selalu berubah setelah air panas dalam dispenser diambil dan membutuhkan waktu yang berbeda untuk memanaskan air. 1. KONFIGURASI SISTEM 2. Secara umum cara kerja dari mesin pamanas air (dispenser) ini adalah menjaga suhu dalam air sehingga mencapai suhu yaitu 90°C. untuk menjaga agar suhu stabil pada daerah tersebut maka digunakan kontroler fuzzy. 3. Output dari sensor suhu RTD masuk ke ADC chanel 4, kemudian diolah oleh kontroler fuzzy. Penggunaan kontroler fuzzy diharapkan mempunyai respon yang baik untuk mengontrol temperatur suhu dalam air. Fuzzy disini untuk mengontrol sinyal output sebagai trigger ke gelombang sinus.
Gambar 3.2 Minimum system AT Mega 128
Pada rangakaian minsys 128 pada gambar 3.2 di atas menggunakan cristal sebagai osilator sebesar 16 MHz dan C sebesar 22 pF. 3.2.2 Perencanaan input – output Pada mikrokontroller AT Mega 128 terdapat 7 buah port I/O 8 bit, yaitu port A, port B, port C ,port D, port E,port F, dan port G. Kecuali port G hanya 2 bit. Tabel perencanaan input output dapat dilihat pada tabel 3.1 PORT DEVICE SENSOR SUHU (RTD) LCD DAC VALVE keypad
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Keseluruhan
Mikrokontroller Mikronkontroller yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah jenis AVR AT Mega 128. alasan penggunaan AT Mega 128 adalah tersedianya PORT yang cukup banyak dan memori internal yang besar, sebesar 128 kb. Karena pada tugas akhir ini membutuhkna PORT yang sangat banyak sebagai input – output dan membutuhkan memori yang cukup besar.
ADC PORTF.7 PORTA PORTC PORT E.6 PORT D
KETERANGAN input
output output Output input
Tabel 3.3 Perencanaan input-output
3.2.3 Struktur pengendali logika Fuzzy Kontrol logika fuzzy dan fuzzy set diperkenalkan oleh prof. Lutfy Zadeh dari Universitas of California Barkeley, seorang pakar kontrol dari timur tengah. Dengan reability anggota yang dimiliki unit logika fuzzy mampu menyelesaikan permasalahan prilaku sistem yang kompleks dan ketidakpastian, ini disebabkan oleh kemampuan mengelola informasi numerik dari variabel yang diukur dan faktor linguistik. Kontrol fuzzy berbeda dengan kontrol konvensional,
2
karena nilai kontrol yang ada antara 0 dan 1 atau on dan off dapar didefinisikan sehingga kontroller dapat bekerja seperti syaraf manusia yang bisa merasakan lingkungan seperti : “kurang“, “sedang“, “biasa“, “lebih“, “sangat“.
Gambar 3.6 input fuzzy (error)
Gambar 3.5 flowchart program fuzzy.
Perancangan perangkat lunak fuzzy dengan bantuan software Fudge ada beberapa langkah sebagai berikut : a. Desain input dan output fuzzy b. Desain input dan output membership function. c. Desain rule. 3.3.1
Desain input dan dengan software Fudge. Pada proyek akhir ini menggunakan dua input yaitu Error dan DeltaError dengan satu output. Error = SP- PV Derror = Error n – Error n-1
Gambar 3.7 input fuzzy (delta error)
-Nilai Minimum adalah batas bawah dari universe of discourse. -Nila Maximum adalah batas atas dari universe of discourse. Jumlah membership function error dan delta error sebanyak 5 yaitu NB,NS, Z, PS, PB.
SP = set point PV = nilai sekarang Error n = error sekarang Error n-1 = error sebelumnya
Gambar 3.8 out fuzzy
3
Untuk outputnya bernilai minimum 0 sampai gambar 3.9 di atas. Untuk membuatnya terdapat maksimumnya 5. Outpunya ini nanti Point-point digunakan untuk mengontrol tegangan DAC 0 – 5 Volt yang digunakan untuk mengontrol sinyal output dari SPWM. Jumlah membership functionnya sebanyak 5 yang mempunyai label rendah(R), agak rendah (AR), sedang (S), agak tinggi (AT), tinggi (T).
3.3.1 Input dan output membership function Gambar 3.11 membership
function output
Gambar 3.9 membership function error
Gambar 3.12 membership function input
Gambar 3.10 membership function derror
Membership function suatu himpunan fuzzy dapat ditentukan dengan fungsi segitiga (Triangle),trapesium (Trapezoidal) atau Fungsi Gauss (Gaussian). Bentuk trapezoid dan segitiga adalah yang paling sering digunakan. Meskipun bentuk yang lain mungkin saja lebih mewakili fenomena alam yang terjadi, mereka membutuhkan persamaan yang lebih rumit atau tabel yang lebih besar terhadap keakuratan yang diwakilinya. Pada proyek akhir ini membership function input menggunakan bentuk Segitiga, seperti pada Gambar 3.8 dan
Gambar 3.13 membership function output
4
E/dE
Z
PB
NB
NS
PS
NB
R
R
R
R
NS
R
R
R
Z
R R
R AR
R
R
R
R
PS
S
AT
S
AR
PB
S
S AT
T
AT
S
Rt Ro(1 T ) Rt 100(1 0,0038 90)
Tabel 3.14 tabel rule base error dan d_error
Rangkaian Pengkondisi Signal Rangkaian pengkondisi signal merupakan rangkaian yang berfungsi untuk melakukan pengkondisian signal tegangan hasil dari sensor suhu atau Resistance Temperature Detector, dengan tujuan agar tegangan yang masuk dalam ADC internal mikrokontroler dapat dibatasi sehingga sistem rangkaian mikrokontroler tidak megalami kerusakan. Rangkaian pengkondisi signal yang digunakan merupakan rangkaian pembagi tegangan, berikut ini adalah gambar rangkaian skematik pengkondisian signal RTD.
Rt 134.2 Besar Nilai R1:
RTD DC R1 RTD 134.2 4,5 5 R1 134.2 4,5( R1 134.2) 671
V RTD
4,5R1 603.9 671 R1 14.91 Pengujian dan analisa data: Vin 0 1.5 2.8 3 3.8 3.9 4.1 4.3 4.5
Nilai ADC 0 77 143 154 195 200 210 220 230
Tabel 3.16 pengujian nilai ADC
Gambar 3.15 rangkaian skematik pengkondian sinyal
Untuk mengatahui nilai dari tegangan RTD atau VRTD dapat dicari dengan rumus pembagi tegangan sebagai berikut: RTD V RTD DC R1 RTD Untuk membatasi tegangan maksimum RTD atau VRTD yang masuk pada ADC mikrokontroler sebesar 4,5 Volt, maka besarnya R1 yang terpasang seri dengan RTD dapat ditentukan dengan rumus konversi suhu RTD. Suhu maksimal RTD yang akan disensing sebesar 90oC, maka dengan konversi suhu dapat diketahui berapa besar resistansi RTD o pada suhu 90 C.
5
Suhu 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Teori Resistansi 111.4 113.3 115.2 117.1 119 120.9 122.8 124.7 126.6 128.5 130.4 132.3 134.2
Vrtd 4.175412294 4.18699187 4.198250729 4.209202013 4.219858156 4.230230931 4.240331492 4.250170416 4.259757739 4.26910299 4.278215223 4.287103046 4.295774648
Praktek resistansi 111.9 113.0 114.0 114.9 115.4 116.2 117.1 117.9 118.8 119.7 121.5 124.3 127.2
DAFTAR PUSTAKA 1. Son Kuswandi, 2007 ”kendali Cerdas”. Yogyakarta: Andi offset
Vrtd 4.17879 4.18548 4.19125 4.19654 4.19922 4.2041 4.20898 4.21387 4.21875 4.22363 4.2334 4.24805 4.2627
2.
Fuzzy logic TEAM, laboratorium mikrokontroller ITN Malang. Belajar Logika Fuzzy. ITN Malang
3.
Kusumadewi, sri.2002.”analisis dan desain system fuzzy”. Graha ilmu, Yogyakarta.
4.
Jahianta, risky.2008.”pengaturan motor induksi 1 phasa”.PENS-ITS
5.
Tech,azis,2007 “karakteristik sensor suhu RTD”, bandung
Table 3.17 perbandingan resistansi RTD
Tanpa kontrol °C waktu suhu 42 1 53 2 58 3 62 4 66 5 69 6 71 7 73 8 75 9 80 10
6. Datasheet of ATMega 128. Atmel corporation. www.atmel.com
Dengan kontroller °C wktu suhu 42 1 65 75 2 80 80 3 85 85 87 4 88 90 5
7. Hannawati, Anies dkk. “protoipe system pengendali temperature berbasis fuzzy logic pada sebuah inkubator”. Control system laboratory. Petra Christian university
6.
Tabel 3.18 tabel perbandingan suhu terkontrol dan tidak terkontrol
Kesimpulan: Setelah melalui proses perencanaan dan pembuatan alat yang kemudian dilanjutkan pada tahap pengujian alat secara keseluruhan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Tingkat keberhasilan alat ini yaitu dapat memanaskan air hingga suhu 89° C persentase keberhasilannya 87 %. 2. Penggunaan kontroler fuzzy dapat menyesuaikan suhu sesuai setpoint. 3. peletakkan sensor RTD adalah pada bagian tengah tabung heater dapat meningkatkan proses pemerataan suhu dalam tabung heater dispenser. .
6
