RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL KECEPATAN PADA AUTOPILOT MODEL KAPAL TANKER Muchamad Syaiful Amin1, Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT2, Ir. Setyo Leksono, MT Program Studi D3 Teknik Instrumentasi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo-Surabaya 60111 Email :
[email protected], 2
[email protected]
Abstrak Pada prototype kapal autopilot yang sebelumnya yaitu kapal MCST-1 telah dibuat sistem komunikasi jarak jauh dengan ukuran kapal yang lebih kecil. Dalam penyempurnaan sistem autopilot pada Tugas Akhir ini dilakukan pada model kapal tanker. Pada sistem ini salah satu model kontrol kecepatan dengan menggunakan microcontroller untuk mengatur PWM kecepatan motor yaitu mengatur pulsa duty cycle. Perbedaan sistem kontrol dari kapal sebelumnya yaitu pada pengaturan kecepatan kapal yang lebih besar. Pada perangkat keras dirancang menggunakan motor servo DC 24 volt dan menggunakan gearbox yang berfungsi sebagai pengaman motor agar tidak cepat rusak saat torsi propeller lebih besar dari motor. Sehingga daya dorong kapal cukup untuk menjalankan kapal yang mempunyai beban yang berat. Motor penggerak propeller mempunyai nilai maksimal 180 rpm yang dapat menjalankan kapal dengan kecepatan 0,809935 knot di dalam air yang seharusnya dapat mencapai 1,4648 knot secara dalam perhitungan matematis. Kata kunci : kontrol kecepatan, PWM, rpm, knot.
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Dalam perancangan sebuah kapal, sistem penggerak merupakan hal yang terpenting dalam perancangan sebuah kapal, dimana penggerak kapal berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk memberikan aksi pada kapal berupa tenaga mekanik untuk menjalankan kapal baik berupa gerakan maju mundur kapal maupun maneuvering yang lain dari kapal tersebut. Pada umumnya kapal menggunakan motor atau diesel sebagai mesin penggerak dari kapal yang dibantu dengan propeller sebagai komponen untuk menggerakan kapal serta rudder sebagai alat bantu maneuvering kapal. Pada hakekatnya fungsi sebuah kapal ialah sebagai alat pengangkut di air dari suatu tempat ketempat lain, baik pengangkutan barang, penumpang maupun hewan. Selain sebagai alat angkut, kapal digunakan untuk rekreasi, sebagai alat pertahanan dan keamanan, alat-alat survey atau laboratorium maupun sebagai kapal kerja. Untuk pengujian sistem autopilot digunakan model kapal tanker, karena kapal tersebut hanya ke tempat satu ke tempat yang lain, berbeda dengan kapal penangkap ikan yang berhenti setiap waktu yang harus menggunakan pengemudi. Sebuah sistem autopilot kapal memerlukan beberapa unit yang mendukung kapal untuk mampu bergerak secara mandiri dengan dikendalikan oleh sebuah sistem yang dinamakan autopilot. Sistem autopilot didukung oleh beberapa modul kontrol yaitu kontrol terhadap arah, terhadap kecepatan, maupun kontrol terhadap yang lainnya. Dalam penelitian terdahulu telah dirancang sistem dirancang sistem autopilot pada prototype kapal yang diberi nama MCST-1. Beberapa kelemahan pada sistem pendukung autopilot pada prototipe tersebut adalah belum mampu berfungsi secara real kondisinya, serta prototype ini dirancang untuk bisa dikendalikan secara
jarak jauh dengan media wireless. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan perancanaan sistem kontrol kecepatan pada prototipe kapal tanker. Pengaturan kecepatan motor dalam sebuah kapal yang menggunakan sebuah sistem autopilot maka menggunakan sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler digunakan untuk mengontrol kecepatan motor listrik pada saat keadaan kapan lurus dan pada saat ke kanan maupun ke kiri, karena kecepatan kapal saat melaju lurus berbeda dengan saat yang berbelok. Sistem kendali PWM (Pulse With Module) untuk kecepatan putaran motor diwujudkan dengan menggabungkan beberapa sistem yaitu rangkaian catu daya. Untuk itu pada kapal tanker ini diperlukan proses pembangkitan sinyal PWM pada mikrokontroler dengan mengembangkan dari prototipe dari MCST-1. Dengan mengintegrasikan kedalam kapal yang lebih besar dari sebelumnya. Ini merupakan prototype kapal yang digunakan pada real yaitu model kapal tanker. Untuk itu perlu dibangun sebuah “RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL KECEPATAN PADA AUTOPILOT MODEL KAPAL TANKER”.
1.2
Permasalahan Dari paparan latar belakang diatas, maka permasalahan dalam Tugas Akhir ini adalah bagaimana merancang bangun sistem kontrol kecepatan pada model kapal tanker sehingga mendukung sistem autopilot.
1.3
Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan dalam pelaksanaan tugas akhir ini adalah tugas akhir ini hanya berada dalam ruang lingkup pembahasan mengenai rancang bangun sistem kontrol kecepatan autopilot pada kapal model tanker. Sistem yang dirancang adalah sistem kontrol kecepatan berbasis mikrokontroler yang mengatur PWM dalam RPM motor dengan menggunakan sensor optocoupler. Dan untuk batasan masalah dalam pengujian alat pada air yang tenang.
− Pada umumnya adalah baling-baling ganda putar luar (out turning propeller) maksudnya adalah baling-baling kanan putar kanan dan balingbaling kiri putar kiri. − Kedudukan tiga baling-baling itu terletak/susunan satu pada masing - masing sisinya (sisi kanan putar kanan dan sisi kiri putar kiri) dan satu lagi tepat di belakang kemudi (ditengah-tengah) baling-baling putar kanan. − Pada baling-baling empat ini sistim putarnya adalah sistim luar artinya dua baling-baling sebelah kanan putar kanan dan dua baling-baling kiri putar kiri.
1.4
Tujuan Sesuai dengan latar belakang maka pada tugas akhir ini merancang bangun sistem kontrol kecepatan autopilot pada kapal model tanker bertujuan mendukung terciptanya suatu sistem autopilot yang baik.
1.5
Sistematika Laporan Sistematika laporan yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut. BAB I Berisi tentang latar belakang, permasalahan, batasan masalah, tujuan, metodologi dan sistematika laporan. BAB II Berisi tentang teori-teori tentang semua komponen yang digunakan dalam rancang bangun sistem kontrol kecepatan autopilot pada kapal. BAB III Berisi tentang perancangan serta pembuatan sistem kontrol kecepatan motor. BAB IV Berisi tentang analisa hasil kecepatan model kapal untuk mendukung autopilot kapal. BAB V Berisi tentang hasil yang diperoleh dari analisis sistem, analisa data dan saran. Lampiran beserta daftar pustaka. BAB II TEORI PENUNJANG Pada bab ini menjelaskan tentang dasar teori sebagai teori penunjang pada sistem kontrol kecepatan dari prototipe kapal tanker Ship Autopilot. Kapal yang digunakan model kapal dari kapal tanker, karena secara real yang dapat menggunakan sistem autopilot. Untuk mendukung sistem autopilot menggunakan sensor-sensor didalamnnya yang menggunakan mikrokontroler. Model kapal tersebut menggunakan penggerak motor DC untuk memutar propeller.
Gambar 2.1 Diagram Blok Pengendalian Sistem Model Kapal Tanker
2.1
Kemudi Propeller Daun Baling-Baling ( Propeller )[1] Dalam teori dasar hambatan dan propulasi, balingbaling kapal diibaratkan sekrup pendorong, semakin besar ulir atau pitchnya semakin cepat pula kapal bergerak maju. Dengan berputarnya baling-baling maka karenanya akan memukul air dan akibatnya kapal akan bergerak maju atau mundur. Jumlah baling-baling kapal itu bermacam-macam antara lain: − Baling-baling tunggal dikapal kebanyakan menggunakan baling-baling putar kanan, artinya jika mesin/baling-baling maju maka baling-baling akan berputar searah dengan jarum jam, begitu sebaliknya jika kapal/mesin mundur. -
Ukuran-Ukuran Pokok Sebuah Kapal[1] Ukuran-ukuran pokok kapal terdiri dari : 1. Ukuran membujur / memanjang (longitudinal) 2. Ukuran melintang / melebar (transversal) Ukuran memanjang / membujur terdiri dari : 1.Panjang seluruhnya (Length Over All = LOA) Panjang seluruhnya ialah jarak membujur sebuah kapal dari titik terdepan lenggi haluan kapal sampai ke titik terbelakang buritan kapal, diukur sejajar lunas. Jarak ini merupakan jarak terpanjang dari sebuah kapal yang gunanya sangat penting untuk memperkirakan panjang dermaga yang digunakan sewaktu kapal sandar. 2.Panjang antara garis tegak (Length Between Perpendiculars = LBP) Panjang antara garis tegak ialah panjang kapal dihitung dari garis tegak depan sampai ke garis tegak belakang. Garis tegak depan (Forward perpendicular) ialah sebuah garis khayalan yang memotong tegak lurus garis muat perancang kapal dengan linggi depan. Garis tegak belakang (After perpendicular) ialah sebuah garis khayalan yang biasanya terletak pada tengah-tengah cagak kemudi atau bagian belakang dari poros kemudi. Panjang antara garis tegak diukur sejajar lunas dan merupakan panjang lambung bebas (freeboard length). 3.Panjang sepanjang garis air/muat (Length on the Load Water Line = LLWL) Panjang sepanjang garis air/muat ialah panjang kapal yang diukur dari perpotongan garis air dengan linggi haluan sampai ke titik potong garis air dengan linggi belakang diukur sejajar lunas. 4.Panjang terdaftar (Registered length) ialah panjang seperti yang tertera si salam sertifikat kapal itu, yaitu dihitung dari ujung terdepan geladak jalan terus teratas sampai garis tegak belakang diukur sejajar lunas.
2.2
Ukuran melintang / melebar : 1. Lebar terbesar atau lebar ekstrim (Extreme breadth) ialah jarak melintang dari suatu titik terjauh di sebelah kiri sampai ke titik terjauh disebelah kanan badan kapal diukur pada lebar terlebar (tepi pelat kulit sebelah luar badan kapal).
2. Lebar dalam (Moulded breadth) ialah lebar / jarak melintang kapal dihitung dari tepi dalam pelat kulit kanan sampai tepi dalam pelat kulit kiri, diukur pada bagian kapal yang terlebar. 3. Lebar terdaftar (Registered breadth) ialah lebar seperti yang tertera di dalam sertifikat kapal itu. Panjangnya sama dengan lebar dalam (Moulded breadth), Ukuran tegak (Vertikal) : 1.Sarat kapal ialah jarak tegak yang diukur dari titik terendah badan kapal / Lunas kapal sampai garis air. 2.Lambung bebas (Free board) ialah jarak tegak dari garis air sampai geladak lambung bebas arau garis deck (free board deck or deck line). 3.Dalam (depth) ialah jarak tegak yang diukur dari titik terendah badan kapal / lunas kapal sampai ke titik di geladak lambung bebas tersebut. Jadi dalam (depth) itu jumlah sarat kapal dalam lambung bebas. Sistem Penggerak Kapal[1] Dalam perancangan sebuah kapal, sistem penggerak merupakan hal yang terpenting dalam perancangan sebuah kapal, dimana penggerak kapal berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk memberikan aksi pada kapal berupa tenaga mekanik untuk menjalankan kapal baik berupa gerakan maju mundur kapal maupun maneuvering dari kapal tersebut. Pada umumnya kapal menggunakan motor atau diesel sebagai mesin penggerak dari kapal yang dibantu dengan propeller sebagai komponen untuk menggerakan kapal serta rudder sebagai alat bantu maneuvering kapal.
mengisolasi level tegangan atau data pada sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan phototransistor). Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan otput akan terisolasi. Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC. Prinsip kerja dari optocoupler adalah jika antara phototransistor dan LED terhalang maka phototransistor tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high. Sebaliknya jika antara phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.
2.3
2.4
Optocuopler Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu : 1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang. 2. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen phototransistor. Phototransistor merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spektrum infra mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka phototransistor lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah. Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-macam. Bila hanya digunakan untuk
Gambar. 2.2 Optocoupler.[4]
2.5
Motor DC Pada motor DC kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika tejadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja motor DC daerah kumparan medan yang yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus berfungsi sebagai tempat berlangsungnya 2 proses perubahan energi dan daerah tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Motor 24 VDC.[5] Secara umum pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan cara analog. Mikrokontroler yang digunakan adalah Tipe AVR dari Atmel seperti mikrokontroler Atmega 8535, 16, 32. Informasi kecepatan motor akan ditampilkan pada modul LCD HD4480.
Sedangkan sebagai driver motor menggunakan modul driver motor IC L298. Cara pengaturan kecepatan yang digunakan adalah dengan menggunakan teknik PWM (Pulse Width Modulation), salah satu teknik untuk mengatur kecepatan motor DC yang umum digunakan. Dengan menggunakan PWM dapat mengatur kecepatan yang diinginkan dengan mudah. Teknik PWM untuk pengaturan kecepatan motor adalah, pengaturan kecepatan motor dengan cara merubah-rubah besarnya duty cycle pulsa. Pulsa yang berubah-ubah duty cycle-nya inilah yang menentukan kecepatan motor. Besarnya amplitudo dan frekuensi pulsa adalah tetap, sedangkan besarnya duty cycle berubah-ubah sesuai dengan kecepatan yang diinginkan, semakin besar duty cylce maka semakin cepat kecepatan motor, dan sebaliknya semakin kecil duty cycle maka semakin pelan pula kecepatan motor. Sebagai contoh bentuk pulsa yang dikirimkan adalah seperti pada gambar 2.4, pulsa kotak dengan duty cycle pulsa 50%. Sedangkan sebagai contoh bentuk pulsa PWM adalah seperti pada gambar 2.5.
cycle atau waktu motor untuk berputar dalam satu periode pulsa. Untuk cara mengetahui kecepatan motor dibutuhkan sensor kecepatan, salah satunya menggunakan sensor optocoupler, sehingga mikrokontroler dapat menkondisikan kecepatan motor dengan automatis. BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada pelaksanaan penelitian tugas akhir ini, dilaksanakan 6 tahapan yang digambarkan secara flowchart di bawah ini gambar 3.1. Tahapan-tahapan tersebut yaitu yang pertama studi literatur, menganalisis sistem kontrol dari prototipe hasil penelitian sebelumnya MCST-1, menganalisis sistem kontrol kecepatan, kemudian merancang sistem kontrol kecepatan pada model kapal tanker, dan yang terakhir penyusunan laporan tugas akhir.
Gambar 2.4 Pulsa dengan Duty Cycle 50%.[6]
Gambar 2.5 Pulsa PWM. [6] Seperti pada gambar 2.5, semakin besar duty cycle pulsa kotak, maka semakin lama pula posisi logika high. Jika motor diatur agar berjalan ketika diberi logika high, maka jika memberi pulsa seperti pada gambar 2.5 diatas, maka motor akan berada pada kondisi “nyala-matinyala-mati” sesuai dengan bentuk pulsa tersesebut. Semakin lama motor berada pada kondisi “nyala” maka semakin cepat kecepatan motor tersebut. Motor akan berputar dengan kecepatan maksimum jika mendapat pulsa dengan duty cycle 100%. Dengan kata lain motor mendapat logika high terus menerus. Dengan mengatur besarnya duty cycle pulsa kotak yang dikirimkan, dapat mengatur banyaknya logika high yang diberikan pada motor, dengan kata lain mengatur lamanya waktu motor untuk berputar dalam satu periode pulsa. Jika lamanya waktu motor untuk berputar dalam satu periode pulsa ini berubah maka kecepatan purtaran motor juga akan berubah, sesuai dengan duty
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Tugas Akhir.
3.1 Studi Literatur Dalam merealisasikan tugas akhir ini tentu dibutuhkan referensi yang meliputi pemrograman pada Interfacing sistem komunikasi autopilot, dasar-dasar elektronika serta dasar-dasar pengendalian.
3.2 Analisa Sistem Kontrol Kecepatan MCST-1 Dalam pengerjaan tugas akhir pada model kapal tanker sebelumnya menganalisis kontrol kecepatan pada prototipe kapal MCST-1 sehingga dapat menghasilkan suatu hasil yang lebih baik dari kapal sebelumnya.
sensor jarak sensor kecepatan sensor posisi sensor kompas
3.3 Analisis Sistem Kontrol Kecepatan Analisis alat dilakukan untuk mengetahui performansi alat, kelinieran, baik akurasi maupun kepresisiannya sekaligus dilakukan pengambilan data.
•
Accumulator Maxima accumulator 12 V 6 Ah/10Hr
•
Relay Omron 12 Volt
3.4 Perancangan Sistem Kontrol Kecepatan Tanker Dalam merancang bangun sistem kontrol kecepatan kapal tanker menggunakan sebuah motor DC yang putarannya sangat besar yang dapat memutar propeller kapal dan menggunakan mikrokontroler sebagai pengendalian kecepatan motor tersebut sehingga dapat membantu sistem autopilot pada model kapal tanker.
: Maxsonar 7066 : Optocoupler : Maestro 100 : CMPS03
3.7 Perancangan Hardware Perancangan hardware dari prototipe kapal MCST-1 Ship autopilot, seperti terlihat pada gambar 3.3 berikut ini
3.5 Penyusunan Laporan Penyusunan laporan Tugas Akhir, analisa data, kesimpulan, serta pengambilan data akan dikerjakan menggunakan komputer / laptop dalam selang waktu pembuatan Hardware Tugas Akhir.
Dalam obyek penelitian system autopilot menggunakan sebuah model kapal tanker. Model kapal tersebut menggunakan motor DC dan penggeraknya adalah propeller. Berikut pada gambar 3.2 adalah foto model kapal tanker.
Gambar 3.2 Foto Model Kapal Tanker Adapun beberapa spesifikasi teknis pada kapal ini adalah sebagai berikut ini: • Spesifikasi Model Kapal Model Kapal Tanker Panjang : 3,8 m Lebar : 0,7 m
•
Spesifikasi Motor Motor penggerak Motor rudder
GPS Kompas
Laptop
Micro Module PC
Motor Rudder
3.6 Model Kapal Tanker
•
Ultra Sonic
Rudder Sensor
PWM Module
RPM Sensor
Motor Kecepatan
Gambar 3.3 Perancangan Hardware pada Prototipe Kapal
3.8 Perancangan Sistem Gerak Kapal 3.8.1 Perangkat Keras Sistem Kontrol Kecepatan Dalam perancangan sistem kontrol kecepatan pada kapal tanker membutuhkan komponen sebagai berikut : • Motor DC Servo 24 Volt Dalam perancangan sistem kontrol kecepatan pada kapal tanker adalah motor DC 24 volt digunakan sebagai penggerak propeller pada kapal. Jenis motor ini adalah motor servo yang dapat memutar pada rpm yang sangat tinggi.
: motor DC 24 Volt : motor DC 24 Volt
Spesifikasi Catu Daya Sumber tegangan Tegangan supply
Gambar 3.4 Motor DC Kapal Tanker : aki kering : 5 VDC dan 24 VDC
•
Spesifikasi Modul Kontroler Kontroler : ATMEGA 8535 Tegangan input : 5 VDC Modul input sensor : 7 buah Modul output relay : 2 buah
•
Spsifikasi Sensor sensor posisi rudder
: Potensiometer
• Propeller Dalam sistem penggerak pada model kapal tanker menggunakan propeller dengan bahan kuningan dengan diameter 10 cm dengan 4 buah kipas yang menghasilkan torsi yang besar sehinggamempunyai daya dorong cukup. Perhitungan dari propeller yaitu dari pengukuran jari-jari buritan kapal.
Gambar 3.5 Propeller Kapal Tanker • Gearbox 1:10 Dalam sistem penggerak kapal ini juga menggunakan gearbox 10:1 sebagai penghubung antara propeller dengan motor servo, dan berfungsi juga sebagai pengaman agar motor servo tidak cepat rusak. Gambar 3.9 Rangkaian Minimum System ATMega8535[7]
Gambar 3.6 Gearbox Kapal Tanker • Catu Daya Penggunaan daya pada sistem kontrol kecepatan kapal tanker menggunakan aki 24 volt 60 Amper, karena membutuhkan kecepatan yang sangat tinggi. Sehingga membutuhkan 2 aki 12 volt yang diserikan agar voltase menjadi 24 volt.
Sebagai kontrol yang utama dari Sistem kontrol kecepatan digunakan minimum system mikrokontroler ATMega8535, minimum system mikrokontroler ATMega8535 didukung oleh Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D, mempunyai ADC 10 bit sebanyak 8 Channel, tiga buah timer/counter 32 register, Watchdog Timer dengan oscilator internal, SRAM sebanyak 512 byte, Memori Flash sebesar 8 kb, Sumber Interrupt internal dan eksternal, Port SPI (Serial Pheriperal Interface), EEPROM on board sebanyak 512 byte, Komparator analog, Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter). Untuk penggunaannya minimum system ini pada PORT A digunakan sebagai input data dari modul sensor yang merupakan PORT ADC sedangkan untuk tampilan LCD difungsikan pada PORT C. Penggunaan pin input output pada minimum system seperti yang dirancang pada gambar 3.11 berikut ini:
Gambar 3.7 Aki Kering.
Gambar 3.10 Modul Minimum System dan Driver Relay.
BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA Gambar 3.8 Rancangan Mekanik Propeller Kapal Tanker. 3.8.2 Electrical Sistem Kontrol Kecepatan Dalam perancangan lokal kontrol ini diperlukan suatu rangkaian minimum system ATMega 8535 yang berfungsi sebagai gerbang pengidentifikasi data yang masuk maupun yang keluar melewati minimum system ini.
Setelah dilakukan perancangan, dan pembuatan sistem kontrol kecepatan sebagai pendukung sistem autopilot pada model kapal tanker, maka dilakukan pengujian dan analisa data yang telah didapatkan. Tujuan dari pengujian dan pengukuran adalah untuk mendapatkan data-data dari rangkaian dan program yang telah dirancang, sehingga kita dapat mengetahui spesifikasi dari rangkaian dan program tersebut, pengujian dilakukan
secara bertahap sesuai dengan urutan rangkaian dan program yang akan dirancang, setelah masing-masing rangkaian dan program dapat menghasilkan output sesuai yang diinginkan, maka dapat dilanjutkan dengan menggabungkan rangkaian-rangkaian tersebut sehingga dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan. Pengujian dilakukan pada semua sistem. Sistem kontrol kecepatan pada sistem autopilot model kapal tanker bertujuan, yang pertama untuk menjalankan model kapal tanker dengan kecepatan yang konstan (sesuai set poin) dari set poin sistem guidance maupun dari jarak sensor sonar. Pengambilan data ada dua tahap yang pertama diuji di darat (off-water) yang kedua pengujian sistem dilakukan di perairan (on –water).
4.1 Pengujian pada Off-Water
Tabel 4.1 Data Vout Rangkaian Catu daya 5 Volt V (x)error
1 2 3 4 5
4,98 4,98 4,98 4,98 4,98
x
x- x 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
[x- x ]2 2x10-4 2x10-4 2x10-4 2x10-4 2x10-4
Σ [x- x ]2 = 0,001
= 4,98
Berdasarkan tabel 4.1 di atas, dapat ditentukan eror mutlak pada rangkaian catu daya 5 Volt sebagai berikut.
x
Eror Mutlak =
No
Vout ( x )
x- x
[x- x ]2
1
12,36
0,36
0,1296
2
12,36
0,36
0,1296
3
12,36
0,36
0,1296
4
12,36
0,36
0,1296
5
12,36
0,36
0,1296
x=
Σ [ x- x ]2 =
12,36
0,648
x
Ralat Mutlak =
4.1.1 Pengujian Catu Daya Dari catu daya dari aki kering 12 Volt 60 Ampere yang telah diracang secara seri sehingga keluaran yang dihasilkan adalah 24 VDC dan 5 VDC dari aki 12 Volt 7,2 Ampere. Pengukuran tegangan yang dilakukan menggunakan multimeter digital. Dari pengambilan data didapatkan data untuk rangkaian catu daya 24 Volt dan 5 Volt seperti pada tabel 4.1 dan 4.2 berikut data catu daya yang keluar dari rangkaian power electric:
No
Tabel 4.2 Data Vout Catu daya 12 Volt Aki A
= = = 0,0022 Jadi, catu daya yang masuk ke electric secara terus menerus konstan 4,9 Volt (mendekati 5 Volt) dan sudah cukup untuk Vinput microcontroller serta LCD. Berikut data catu daya aki 12 Volt yang salah satunya (aki A) digunakan untuk Vinput motor penggerak rudder.
= = = 0,18 Berdasarkan tabel 4.2 di atas catu daya aki A memiliki nilai ralat mutlak 0,18. Jadi, dapat disimpulkan bahwa catu daya yang keluar sebesar 12,36 secara konstan. Berikut catu daya aki B yang digunakan pada motor propeller dipasang secara seri sehingga menghasilkan catu daya 24 Volt. Tabel 4.3 Data Vout Catu daya 24 Volt Aki A dan Aki B. No
Vout ( x )
x- x
[x- x ]2
1
24,95
0,95
0,9025
2
24,95
0,95
0,9025
3
24,95
0,95
0,9025
4
24,95
0,95
0,9025
5
24,95
0,95
0,9025
x=
Σ [ x- x ]2 =
24,95
4,5125
Berdasarkan tabel 4.3 di atas catu daya aki A dan aki B dapat dicari nilai ralat mutlak, sebagai berikut.
x
Ralat Mutlak =
= = = 0,475
Jadi, dapat disimpulkan bahwa catu daya yang keluar dari aki A dan B mempunyai nilai ralat mutlak 0,475. Akan tetapi aki A dan B mengeluarkan catu daya sebesar 24,95 secara konstan yang sudah cukup untuk menggerakan motor propeller. 4.1.2 Pengujian Rpm Motor Menggunakan Optocoupler Pada sistem kontrol kecepatan kapal dilakukan dengan cara mengendalikan PWM pada microcontroller yang diterangkan pada bab sebelumnya 2.9. Pengaturan PWM dengan cara menghitung bilangan biner yang digunakan yaitu 255 sebagai acuan dari maksimal catu daya masuk dibagi dengan maksimum rpm motor yaitu 180 rpm. Rpm motor akan tampil di LCD dengan cara hasil dari perhitungan di atas dibagi dengan 60. Pengambilan data rpm motor dengan menggunakan potensiometer sebagai set point manual pada microcontroller yang menunjukkan kesebandingan antara rpm pada tampilan LCD yang menggunakan sensor optocoupler dengan rpm pada tampilan stroboscope. Pengambilan data pada range 100 rpm – 180 rpm. Tabel 4.4 Data Perbandingan RPM pada Tampilan LCD dengan RPM pada Tampilan Stroboscope No RPM pada LCD RPM pada Eror stroboscope 1 2 3 4 5 6 7 8
100 110 120 130 140 150 160 170
100,2 112,3 120 128,87 140,9 149 157,7 168,6
0,2 2,3 0 1,13 0,9 1 3,4 1,4
9
180
180
0
Rata-rata
1,1477
Berdasarkan tabel 4.4 diatas perbandingan pembacaan rpm pada tampilan LCD yang menggunakan sensor optocoupler dengan rpm pada tampilan stroboscope menunjukan eror rata rata 1,1477. Sensor optoucoupler yang digunakan kurang membaca baik, dikarenakan penempatan n-coder dengan sensor optocoupler kurang center.
4.2 Pengujian pada On-Water Pada pengujian sistem kontrol kecepatan pada model kapal dalam air untuk mengetahui hubungan kecepatan kapal dari rpm propeller. Untuk mengetahui kecepatan sebenarnya dengan cara melakukan ketepatan waktu pada jarak 5 meter (pada tabel 4.5). Dari kecepatan sebenarnya akan dibandingkan dengan perhitungan dari hasil konversi rpm ke knot (menggunakan persamaan 1). Pengambilan data sistem kontrol kecepatan pada model kapal tanker pengaruh kecepatan angin diabaikan dan pada kondisi air
yang tenang. Berikut hasil pengambilan data yang sebenarnya dan hasil perhitungan. Tabel 4.5 Hasil Kecepatan Kapal di dalam Air.
Keterangan : 1 m/s = 1,943844 knot Perbandingan kecepatan sebenarnya dibandingkan dengan perhitungan persamaan di bawah ini, yaitu : V = π x D x RPM x C
( pers.4.1)
Keterangan : V = kecepatan meter per menit π = 3,14 D= diameter propeller (0,08 meter) C= massa jenis air ( 1 g/cm3 ) Berikut salah salah satu contoh perhitungan pada 180 rpm. V = 3,14 x 0,08 x 180 x 1 = 45,126 m/m : 60 = 0,7536 m/s = 1,4648 knot Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Konversi RPM Propeller ke Knot. No RPM Knot 1 100 0,8138 2 110 0,8952 3 120 0,9765 4 130 1,0579 5 140 1,1393 6 150 1,2207 7 160 1,3021 8 170 1,3834 9 180 1,4648 Dari kedua hubungan hasil data yang diperoleh ( tabel 4.5 dan tabel 4.6 ) maka dapat ditentukan error yang ditunjukkan pada table di bawah ini :
Tabel 4.7 Perbandingan Hasil Sebenarnya dan Hasil Perhitungan. Keceapatan Kecepatan Hasil No Sebenarnya Perhitungan Error (knot) (Knot) 1 0,134989 0,8138 0,678811 2 0,14293 0,8952 0,75227 3 0,198351 0,9765 0,778149 4 0,237054 1,0579 0,820846 5 0,249211 1,1393 0,890089 6 0,323974 1,2207 0,896726 7 0,441783 1,3021 0,860317 8 0,607451 1,3834 0,775949 9 0,809935 1,4648 0,654865 2 1.5 1 0.5 0 1
2
3
4
sebenarnya
5
6
7
8
9
perhitungan
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kecepatan Sebenarnya dan Hasil Perhitungan. Grafik 4.1 di atas menunjukkan hasil kecepatan kapal saat diaplikasikan kontrol kecepatan dengan hasil perhitungan. Hasil error rata-rata yaitu 0,78977.
4.3
SOP ( Standart Operating Procedure ) SOP sistem autopilot pada model kapal tanker, sebagai berikut: 1. Melakukan pengecekan mekanik kapal, komponen-komponen elektrik seperti minimum system, sensor, serta catu daya aki. - Pemasangan LCD pada minimum system. Memasangkan kabel LCD kesatu persatu minimum system sesuai dengan data sheet. Terdapat 16 kabel yang sudah terpasang dengan sesuai dengan minimum system. - Pemasangan sensor pada minimum system. Memasangkan tiap kabel sensor ke minimum system yang sesuai. Pada sensor potensiometer dipasangkan ke minimum system kontrol arah, pada minimum system terdapat bagian dari pembacaan sensor yaitu pada port A mikrokontroler. Pada sensor optocoupler dipasangkan ke minimum system control kecepatan, pada minimum systemnya terdapat bagian untuk pembacaan integrasi sensor yaitu pada port D mikrokontroler. Pada sensor sonar dipasangkan ke minimum system sonar, pada bagian pembacaan ADC minimum system yaitu pada port A mikrokontroler yang
memiliki jumlah 2 bagian untuk sonar 1 dan sonar 2. - Pemasangan hardware navigasi pada minimum system. Memasangkan kabel dari CMPS09 (kompas digital) pada minimum system. Menyambungkan GPS ke laptop dengan kabel DB9, dan menyambungkan lagi pada minimum system GPS. - Pemasangan catu daya pada sistem elektrik. Menyambungkan catu daya aki 12 Volt 7,2 Ampere pada rangkaian power. Kemudian mengecek rangkaian power tersebut dengan cara menyalakan tombol elektrik. Setelah LED pada rangkaian power menyala, kemudian menyambungkan ke seluruh minimum sistem. Kemudian mengecek LCD, apabila terdapat LCD yang redup dapat memutarkan multytone pada minimum system tersebut. Setelah tulisan pada LCD menyala dengan baik maka mematikan catu daya yang tujuannya untuk menghemat daya aki agar tidak cepat habis. - Pemasangan catu daya pada motor. Terdapat 2 catu daya aki 12 Volt 60 Ampere yang dipasang secara seri yang dihubungkan ke motor penggerak propeller. Untuk motor penggerak rudder dihubungkan pada salah satu aki. Untuk mengaktifkannya menggunakan MCB serta pengecekannya diberikan kabel tambahan yang dihubungkan langsung dari catu daya aki ke motor. - Integrasi dari semua minimum system ke laptop. Menghubungkan satu persatu minimum system pada rangkaian interface yang terhubung dengan laptop. Kemudian menyalakan tombol elektrik, maka tampilan LCD sistem guidance akan menampilkan “OK”. Apabila tidak dapat membaca maka memeriksa kembali kabel-kabel, komponenkomponen dari minimum system maupun dari rangkaian interface. 2. Mengaktifkan MCB serta tombol elektrik untuk menyalakan seluruh sistem. 3. Melakukan integrasi minimum system ke laptop. 4. Memberikan set poin ke sistem kontrol kecepatan dan kontrol arah. 5. Orang dalam kapal monitoring semua sistem p ada program serta mengontrol kembali apabila terjadi suatu kesalahan pada sistem. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Dari perancangan sistem kontrol kecepatan autopilot pada model kapal tanker pada tugas akhir kali ini
didapatkan beberapa kesimpulan yaitu pengaturan kecepatan pada sistem kecepatan model kapal tanker menggunakan microcontroller untuk mengatur duty cycle pulsa, besarnya amplitudo dan frekuensi pulsa tetap, sedangkan besarnya duty cycle berubah-ubah, semakin besar duty cylce maka semakin cepat kecepatan motor, dan sebaliknya semakin kecil duty cycle maka semakin pelan juga kecepatan motor. Dari pengontrolan motor dengan kecepatan 180 RPM menghasilkan kecepatan kapal saat di dalam air yaitu 0,809935 knot. Dari hasil perhitungan kecepatan kapal saat 180 RPM mencapai kecepatan 1,4648 knot. Error rata-rata perbandingan antara hasil kecepatan sebenarnya dengan hasil perhitungan adalah 0,78977.
5.2 Saran Dari tugas akhir yang telah dilakukan didapatkan beberapa saran sebagai berikut: • Kecepatan kapal kurang cepat, hal tersebut dikarenakan besarnya perbandingan gearbox motor ke poros. • Penempatan n-coder dan sensor optocoupler kurang tepat, sehingga pembacaaan kecepatan kurang baik. DAFTAR PUSTAKA [1] Bambang,D.S.A. 2008. Nautika Kapal Penangkap Ikan Jilid 3. Jakarta : Direktorat jendral Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah. [2] Jacob M. Ph.D, C.C. Halkias, Ph.D. 1990. Elektronika Terpadu. Jakarta : Erlangga. [3] Datasheet, “8-bit Microcontroller with 8K Bytes InSystem Programmable Flash” ATMEL Group, 2006. [4] http://teacher.en.rmutt.ac.th/ktw/04-710409/OPTOCOUPLER%20APPLICATIONS_files/8.b mp Data diakses pada tanggal 13 Juni 2012. [5] http://www.elektro.undip.ac.id/sumardi/www/kompo nen/7_4_files/image008.jpg Data diakses pada tanggal 15 Juni 2012. [6] http://fahmizaleeits.files.wordpress.com/2010/07/pw m-50.jpg?w=570 Data diakses pada tanggal 15 Juni 2012. [7] http://2.bp.blogspot.com/_B8Dh2WXNvg0/SXVSTa1xEI/AAAAAAAAERY/CxZ4qB25MGU/s40 0/Sistem+minimum+atmega8535.png Data diakses pada tanggal 16 Juni 2012.
BIODATA PENULIS Penulis bernama Musya (Muchamad Syaiful Amin) dilahirkan di Tuban, 20 Pebruari 1991. Penulis menempuh pendidikan formal di SDN Kebonsari II Tuban, kelas 4 masuk kelas unggulan. SMPN 3 Tuban, dan SMA N 2 Tuban. Tahun 2009 penulis mengikuti Seleksi Mahasiswa Baru Diploma 3 dan diterima di Jurusan D3 Teknik Instrumentasi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya dengan NRP 2409030057. Penulis pernah melaksanakan kerja praktek di JOB P-PEJ Soko, Tuban. Apabila ada pertanyaan tentang Tugas Akhir penulis, dapat menghubungi 081216387493 dan email
[email protected] atau Facebook (Musya Syaiful Luffi). Enjoy for life, but do the best.
