Sistem Kendali PI untuk Pengendalian Suhu pada Oven Otomatis Ikan Salai

Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, Vol. 2, No. 2, Oktober 2014, 153-162

153

Sistem Kendali PI untuk Pengendalian Suhu pada Oven Otomatis Ikan Salai Irfan Alamsyah1, Jupri Yanda Zaira2 & Made Rahmawaty3 1,2,3

Program Studi Teknik Mekatronika Politeknik Caltex Riau Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak Saat ini untuk membuat ikan salai masih menggunakan cara tradisional sehingga membutuhkan waktu matang yang sangat lama. Salah satu usaha yang dilakukan untuk mempermudah dalam pembuatan ikan salai ini agar menjadi produk yang lebih baik adalah dengan merancang sebuah sistem pengasapan otomatis dalam ruang tertutup. Dengan memanfaatkan panas dari kayu bakar, blower sebagai pengatur sirkulasi panas dari asap, LM35 sebagai pendeteksi suhu ruang oven, Push button sebagai media input setting, panel LCD sebagai media interface ke pengguna, dan mikrokontroler sebagai pemroses utama. Sistem kerja alat ini yaitu dengan mengontrol temperatur suhu ruang pengasapan menggunakan kontrol proporsional integral yang berfungsi mengaktifkan motor servo untuk mengatur bukaan katub blower, apabila suhu ruang pengasapan dibawah 70°C blower aktif dan apabila suhu diatas 70°C Pompa air aktif untuk menurunkan suhu, proses tersebut akan terus berlangsung sesuai dengan setting timer. Dari hasil pengujian, alat ini dapat mengasapi ikan selama 6 jam.

Kata kunci : Ikan Salai, oven otomatis, mikrokontroler, LM35, Proporsional Integral

Abstract Currently to make smoked fish are still using the traditional way so it takes a very long time is ripe. One of the efforts made to facilitate the making of smoked fish is to become a better product is by designing an automatic fogging system in a confined space. By utilizing the heat from firewood, as a regulator of heat circulation blower of smoke, LM35 as a room temperature detector oven, push button as an input medium setting, the LCD panel as the user interface to the media, and a microcontroller as the main processor. This tool is a working system to control the room temperature curing using proportional integral control for activating the servo motor to adjust the blower valve openings, if the curing room temperature below 70 ° C when the blower is active and temperatures above 70 ° C. The water pump activated to lower the temperature, the process will continue according to the timer settings. From the test results, it can bloat the fish for 6 hours.

Keywords: Fish Salai, automatic oven, microcontroller, LM35, Proportional Integral

1

Pendahuluan

Ikan salai memiliki potensi ekonomi yang cukup tinggi untuk dijadikan sebuah usaha, sehingga layak jika peluang ini dikembangkan oleh masyarakat. Ikan salai merupakan makanan khas di Riau, bahan baku yang digunakan berupa ikan lele, selais, baung dan patin banyak dibudidayakan oleh masyarakat Riau dengan proses pengasapan[1]. Ikan salai cukup diminati selain bergizi, rasanya juga lebih gurih. Pemasarannya tidak hanya di wilayah Riau saja, tetapi sudah merambah ke beberapa wilayah Indonesia seperti Sumatera Barat, Jambi, Batam, Tanjung Pinang, Jakarta[1]. Meskipun peluang ikan salai cukup diminati, namun proses pengolahan yang dilakukan oleh masyarakat pada umumnya menggunakan peralatan tradisional, dengan proses pengasapan ikan salai menggunakan tungku api[1], sehingga mutu produk yang dihasilkan kurang baik untuk diproduksi dalam jumlah besar, karena asap dan abu sering menempel pada daging ikan,

154

Irfan Alamsyah Alamsyah, Jupri Yanda Zaira & Made Rahmawaty

terkadang kematangan ikan tidak merata. Dengan melihat potensi ikan sebagai bahan baku yang cukup melimpah di hampir seluruh wilayah Indonesia ,usaha pengolahan ikan seperti salai ini cukup prospektif tak hanya dikembangkan di Riau namun juga juga diseluruh tanah air. Oleh karena itu salah satu usaha yang dilakukan untuk mempermudah dalam pembuatan ikan salai ini menjadi produk yang lebih baik. Yaitu dengan merancang sebuah sistem pengasapan otomatis untuk mendapatkan ikan salai yang berkualitas baik tanpa mengurangi ciri khas dan kualitas ikan. Pada Proyek Akhir dirancang Oven Otomatis Ikan Salai Menggunakan Pengaturan Temperatur Berbasis PI, oven ini diharapkan dapat mempermudah pengusaha ikan untuk memproduksi ikan salai. 2.

Metodologi

2.1

Perancangan an Sistem

Segala sesuatu yang akan dibuat harus dirancang dengan sebaik – baiknya yang berguna ber untuk mempermudah dan memperlancar proses pembuatannya. pembuatannya. Oleh karena itu, pengerjaan proyek akhir ini harus melalui tahap ini. ini. Ada beberapa tahap dalam proses per perancangan alat ini, yaitu;

Gambar 1

2.2

Blok Diagram

Perancangan Mekanik dan Pembuatan Mekanik

Adapun perancangan desain Proyek Akhir yang berjudul Oven Otomatis ikan Salai ini yaitu pada desain terbagi menjadi 3 bagian penting diantaranya adalah ruang pengasapan ikan, ruang penurun suhu dan ruang bahan bakar, untuk jelasnya bisa dilihat pada Gambar 2.

3

1

2

Gambar 2

Perancangan mekanik dan hasil pembuatan mesin oven otomatis ikan salai

Keterangan : 1. Ruang Pengasapan 2. Ruang Pendingin

Sistem Kendali PI untuk Pengendalian Suhu pada Oven Otomatis Ikan Salai

155

3. Ruang Pembakaran 2.3

Perancangan Elektronik Rangkaian elektronik pada proyek akhir ini terdiri dari rangkaian single chip dan

rangkaian driver.

Gambar 3

Gambar 4

Rangkaian Single Chip

Rangkaian Driver Sebagai Switching

Rangkaian driver digunakan untuk mengaktivasi Blower dan Pompa Air Air. Pada rangkaian ini digunakan optocoupler dan transistor t NPN, dimana optocoupler berfungsi sebagai pengaman mikro dan switching ke transistor, sedangkan transistor sebagai switching untuk mengaktivasi relay dan relay sebagai penghubung sumber ke actuator (blower dan Pompa air) air). 2.4

Perancangan Sistem Kontrol

Gambar 5

Sistem Pengendali PI

156

Irfan Alamsyah, Jupri Yanda Zaira & Made Rahmawaty

Ket : Set Point = Suhu yang diinginkan diruang pengasapan. Kontroler = PI, Plant = Oven, Sensor Suhu = LM35 3.

Hasil dan Pembahasan

3.1

Pengujian Produktivitas Asap Tabel 1

Hasil Pengujian Produktivitas Asap

Posisi Sudut

Pembacaan Aliran Udara

Biomassa

Waktu

1

0°

15,1 m/s

5 kg

59 Menit

Kebutuhan Biomassa Kg/jam 5,1

2 3 4 5 6 7

10° 20° 30° 40° 50° 60°

14,7 m/s 14,1 m/s 13,9 m/s 13,7 m/s 12,7 m/s 9,7 m/s

5 kg 5 kg 5 kg 5 kg 5 kg 5 kg

64 menit 70 menit 75 menit 80 menit 84 menit 89 menit

4,69 4,31 4 3,75 3,57 3,37

NO

Dari Tabel 1 Untuk mencari nilai kebutuhan Biomassa digunakan persamaan sebagai berikut : =

3.2

Pengujian Jumlah Udara yang dibutuhkan Pada Proses Pengasapan

Tujuan dari pengujian Jumlah udara yang dibutuhkan pada proses pengasapan adalah untuk mengetahui perbandingan rasio bahan bakar dengan udara, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2 : Tabel 2

Pengujian Jumlah Udara yang dibutuhkan Pada Proses Pengasapan

NO

Posisi Sudut

Diameter Pipa

Pembacaan Aliran Udara m/s

Jumlah Udara m³/s

Jumlah Udara Kg/s

Jumlah Udara Kg/Jam

Jumlah Biomassa Kg/jam

1 2 3 4 5 6 7

0° 10° 20° 30° 40° 50° 60°

2” 2” 2” 2” 2” 2” 2”

15,1 m/s 14,7 m/s 14,1 m/s 13,9 m/s 13,6 m/s 12,7 m/s 9,7 m/s

0.0305775 0.0297675 0.0285525 0.0281475 0.02754 0.0257175 0.0196425

0.036693 0.035721 0.034263 0.033777 0.033048 0.030861 0.023571

132.0948 128.5956 123.3468 121.5972 118.9728 111.0996 84.8556

5.1 4.69 4.31 4 3.75 3.57 3.37

Rasio Udara Bahan Bakar 1 : 25.9 1 : 27.4 1 : 28.6 1 : 30.3 1 : 31.7 1: 31.1 1 : 25.1

Untuk mencari Jumlah Udara digunakan persamaan : Q=VxA

(1)

Untuk mencari Rasio udara bahan bakar digunakan persamaan : Rasio Udara Bahan bakar =

3.3

(2)

Pengujian Perbandingan Pengasapan ikan secara tradisional dengan otomatis


157

Tujuan dari pengujian perbandingan ikan secara tradisional dengan otomatis adalah untuk melihat perbandingan pembuatan ikan salai secara tradisional dengan secara otomatis dengan menggunakan alat oven otomatis ikan salai, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6.

Sistem Pengasapan Otomatis

Sistem Pengasapan Tradisional Gambar 6

Perbandingan Pengasapan Ikan Secara Tradisional dengan Pengasapan

Gambar 6 menunjukkan perbedaan antara pengasapan secara tradisional dan pengasapan secara otomatis. Pengasapan a membutuhkan waktu proses pengasapan selama 2 minggu sedangkan proses pengasapan b membutuhkan waktu selama 6 jam. 3.4

Pengujian Kontrol Proporsional Integral ( PI )

Salah satu metode pengendalian plant secara otomatis adalah metode kendali Proporsional, Integral ( PI ). Pengendali PI adalah suatu metode kendali yang berasal dari gabungan metode kendali Proposional, Integral di mana masing – masing kendali memiliki kelebihan dan kekurangan sehingga dengan penggabungan metode tersebut kelemahan dapat terisi oleh kelebihan metode yang lain. Pengendali proporsional mempunyai fungsi memperkuat sinyal kesalahan penggerak, sehingga akan mempercepat keluaran sistem mencapai titik refrensi sedangkan Pengendali Integral mempunyai fungsi untuk menghilangkan offset. Posisi katub blower tertutup pada sudut 180° dan untuk posisi katub blower terbuka maximum pada sudut 80°. Dapat dilihat dari Tabel 3 Tabel 3 Posisi Servo

Posisi Katup Blower Posisi Bukaan Servo (°)

2400

Posisi Katub Blower (%) 0%

2300 2200

10% 20%

170 160

2100

30%

150

2000 1900

40% 50%

140 130

1800 1700

60% 70%

120 110

1600

80%

100

1500 1400

90% 100%

90 80

180

158


Nilai antara 1400 – 2400 adalah besaran nilai pulsa yang disetting di mikrokontroler untuk menentukan sudut servo. Dari Tabel 5 pada pulsa 1400 posisi motor servo terletak pada sudut 80° (terbuka maximum) dan pada pulsa 2400 posisi motor servo terletak pada sudut 180° (tertutup maximum). 3.5

Pembacaan Variable PI pada posisi sudut servo

Pada Tabel 4 adalah pembacaan nilai proposional integral ( PI ) yang telah diproses oleh mikrokontroler. Dengan menggunakan rumus : Tabel 4 Variable PI (uin) 720 1173 1454 1526 765 1603 856 1679 867 1773

Pembacaan nilai proporsional integral (PI)

Posisi 2400 – 720 = 1680 2400 – 1173 = 1227 2400 – 1454 = 946 2400 – 1526 = 874 2400 – 765 = 1635 2400 – 1603 = 797 2400 – 856 = 1544 2400 – 1679 = 721 2400 – 867 = 1533 2400 – 1773 = 627

Posisi sudut servo 100° 80° 80° 80° 100° 80° 90° 80° 90° 80°

Keterangan e=sp-y; sig=sig+(ki*e); uin=(kp*e)+sig; posisi=2400-uin; Note : rumus diatas adalah rumus PI pada program mikrokontroler.

Pada Tabel 4 adalah penjelasan dari perubahan katub blower dan bukaan servo semakin besar nilai uin /posisi servo maka katub akan menutup maximum sedangkan semakin kecil nilai uin /posisi servo maka katub akan membuka maximum. Pengujian berikutnya adalah memakai kontrol PI dan tanpa memakai kontrol PI

x

Katub blower

Plant

Sensor Suhu Gambar 7

Ket : Set point = 70° Katub Blower = Bukaan Katub blower Plant = Ruang pengasapan Sensor Suhu = LM 35

Blok Diagram Tanpa Kontrol PI


3.6

159

Pengujian Tanpa Kontrol PI

Tujuan dari pengujian Tanpa kontrol PI untuk melihat perubahan suhu tiap 10 menit dengan nilai setting kontrol pada program 0, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5

Data pengujian tanpa Kontrol PI

NO

Waktu (Menit)

suhu(°C)

Posisi sudut servo

1

0

36

80°

2

10

55

80°

3

20

71

80°

4

30

69

80°

5

40

74

80°

6

50

71

80°

7

60

70

80°

8

70

69

80°

9

80

70

80°

10

90

72

80°

Dapat dilihat dari Tabel 5 Posisi sudut servo tidak berubah dikarenakan pada program untuk kontrol PI nya bernilai 0. Dan pada data perubahan per-10 menit pada Tabel 5 tanpa menggunakan kontrol PI Perubahan suhu tidak teratur.untuk lebih jelasnya dapat dilihat blok diagram sistem pada Gambar 8, itu dikarenakan tidak ada kontroler pada katub Blower.

Gambar 8

Blok Diagram dengan menggunakan Kontrol PI

Ket : Set point = 70° Kontrol PI = Berupa Motor Servo yang dikontrol menggunakan mikrokontroler Katub Blower = Bukaan Katub blower Plant = Ruang pengasapan Sensor Suhu = LM 35

3.7

Pengujian Menggunakan kontrol PI

Tujuan dari pengujian Menggunakan kontrol PI untuk melihat perubahan suhu tiap 10 menit dengan nilai setting kontrol pada program 0, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 6.

160


Tabel 6

Menggunakan Kontrol PI

Waktu (Menit)

suhu(°C)

Posisi Servo

1

0

34

100°

2

10

52

80°

3

20

61

80°

4

30

69

80°

5

40

70

90°

6

50

71

80°

7

60

70

90°

8

70

69

80°

9

80

70

90°

10

90

69

80°

NO

Dapat dilihat pada data perubahan per-10 menit pada Tabel 6 dengan menggunakan kontrol PI Perubahan suhu teratur untuk lebih jelasnya dapat dilihat blok diagram sistem pada Gambar 8, itu dikarenakan pemakaian kontroler PI pada katup blower berupa motor servo. Dari Tabel 5 dan 6 dapat dianalisa bahwa respon suhu : Suhu

Gambar 9

Grafik Respon Suhu

Dengan nilai Kp = 0 dan nilai Ki = 0 maka dapat dilihat dari Gambar 9 Garis yang berwarna Ungu nilai time constan 0,63% dari set point sekitar 44,1 menit. Waktu untuk menuju ke suhu 70°C adalah 70 menit. (setiap bagian skala horisontal adalah 10 menit). Dengan nilai Kp = 20 dan nilai Ki = 1 maka dapat dilihat dari Gambar 8 Garis yang berwarna Merah nilai time constan dari set point sekitar 44,1. Dengan menggunakan kontroler PI , waktu yang dibutuhkan menuju ke set point 70°C adalah 40 menit.


161

Dari data dapat dilihat respon suhu untuk mencapai nilai set point yamg nilai kp = 0 , ki= 0 untuk menuju ke set point lebih cepat tetapi terjadi offset yang berdampak pada terjadinya osilasi. Sehingga pada Gambar 8 yang berwarna Ungu untuk mencapai Kestabilan sangat lama. Tapi apabila menggunakan nilai kp = 20 , Ki = 1 pada Gambar 8 Garis yang berwarna Merah tetap terjadi osilasi tetapi mampu mencapai kestabilan lebih cepat. Sehingga tidak terjadi offset. 4.

Kesimpulan

Setelah semua proses dalam perencanaan rancang bangun Oven otomatis ikan salai ini selesai dibuat dan diambil datanya maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Waktu Ideal pengasapan ikan 6 jam. 2. Dengan menggunakan kontrol PI waktu yang dibutuhkan untuk mecapai suhu 70°C adalah yang dibutuhkan 40 menit. 5. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

[9] [10] [11]

[12] [13] [14]

Daftar Pustaka Fauzi, 1992. Urgensi pengembangan industri berbahan baku hasil perikanan laut dalam Bangkajang II Daerah Riau. Dinamika Pertanian VII (20): 1-12. Edward Teguh Hartono, Skripsi: Pengaturansuhu ruangan berbasis PID menggunakan mikrokontroler AT85S51, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang. Http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=PID&veaction telah diakses tanggal 15 Agustus 2014. Burt JR (Ed.) (1988) Fish smoking and drying, Elsevier Applied Science, ISBN 978-185166-247-0. Tranggono, dkk. 1996. Identifikasi Asap cair dari berbagai jenis kayu dan tempurung kelapa. J. ilmu dan Tek. Pangan. Vol. 1(2) : 15-24 Diakses pada tanggal 4 april 2014 http://www.scribd.com/doc/60437524/BebarapaProses-Yang-Terjadi-Di-Alam-Dan-Dalam-Kehidupan-Sehari Http://en.wikipedia.org/wiki/Blower telah diakses tanggal 16 Agustus 2014 Lawrence Berkeley National Laboratory Washington, DC Resource Dynamics Corporation Vienna, VA. Improving Fan System Performance. p. 21. Retrieved 29 February 2012. Corning, Owens (2007), Fiberglass Thermal Batt, Product Data Sheet, retrieved 201202-23 Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.). Wiley. ISBN 0-471-65653-4. "Legend Elite laser series". Epilog Laser. "Servo motors are incorporated in both the X and Y axes of every Legend Elite Series laser. These motors are known for their fast acceleration and deceleration speeds." Http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Lm35%20datasheet telah diakses tanggal 16 Agustus 2014 Owens Corning (2007), Fiberglass Thermal Batt, Product Data Sheet, retrieved 2012-0223 Gray, George W.; Kelly, Stephen M. (1999). "Liquid crystals for twisted nematic display devices". Journal of Materials Chemistry 9 (9): 2037. doi:10.1039/a902682g

162


Sistem Kendali PI untuk Pengendalian Suhu pada Oven Otomatis Ikan Salai

Recommend Documents