Pengembangan Sistem Kontrol Pemanas Dari Pola Tracking Satu Tingkat Menjadi Tiga Tingkat Berbasis PID

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Thursday, 07 May 2015 Published Date Written by supaat

 Pengembangan Sistem Kontrol Pemanas Dari
Pola Tracking Satu Tingkat Menjadi Tiga
Tingkat
Berbasis PID

Supaat

Widyaiswara Madya PPPPTK BOE Malang

email: supaat2001@yahoo.com

 

ABSTRAK

 

Alat pemanas untuk proses heat treatment kebanyakan pola trackingnya satu tingkat sehingga perlu dikembangkan lagi menjadi tiga tingkat.  Untuk mendapatkan perpindahan panas yang homogen pada benda kerja maka dibuat pola tracking bertingkat lebih dari satu. Tujuan penelitian ini untuk mengembangkan sistem kontrol pemanas dari pola tracking satu tingkat menjadi tiga tingkat.  Sistem kontrol yang dikembangkan adalah dari sistem kontrol ON – OFF menjadi sitem kontrol PID.  Keuntungannya dengan kontrol PID dapat mengikuti setting point yang dikehendaki. Sedangkan kelemahan menggunakan sistem kontrol ON – OFF adalah pada saat elemen pemanas diinginkan OFF maka karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung OFF  masih naik sampai titik tertinggi dan setelah tercapai baru turun.  Apabila diinginkan kondisi ON karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung ON masih turun sampai titik terendah setelah tercapai baru naik, sehingga karakteristiknya naik turun tidak bisa stabil.  Metode eksperimen yang digunakan dalam  penelitian ini untuk mengukur data keluaran dari sensor temperatur dan dibandingkan dengan setting point.  Data tersebut dianalisis dengan mengggunakan uji beda sehingga diperoleh kesamaan antara setting point terhadap keluaran sensor temperatur.

 

 

Kata kunci: Heat treatment, pola tracking, setting point, kontrol ON–OFF, kontrol PID.

 

 

 

 

 

A.     Pendahuluan

Umumnya alat pemanas yang digunakan untuk proses heat treatment material masih menggunakan kontrol ON – OFF dengan pola tracking satu tingkat.  Rangkaian kontrol ON – OFF secara umum disebut rangkaian kontrol terbuka atau open loop control (Festo, 2008).  Standart Jerman Deutsch Industrial Normung (DIN) 19226 menyatakan rangkaian kontrol terbuka adalah sebuah proses langsung didalam sistem itu sendiri dimana variabel masukan bisa lebih dari satu.  Ciri khas dari rangkaian kontrol terbuka adalah urutan kerjanya terbuka,variabel keluaran tidak berpengaruh pada variabel masukan.

Sehingga dalam penelitian ini yang dikembangkan adalah dari rangkaian kontrol ON – OFF menjadi rangkaian kontrol kontiyu atau kontrol berumpan balik yang disebut kontrol Proporsional Integral Deferensial (PID) serta pengembangan pola tracking dari satu tingkat menjadi tiga tingkat (Boehler,1996: 5).  Pengembangan sistem berarti menyusun suatu sistem yang baru untuk menggantikan sistem yang lama secara keseluruhan atau memperbaiki sistem yang telah ada.  Sedangkan sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama sama dan melakukan suatu sasaran tertentu (Katsuhiko Ogata,1994:3). 

Perlunya pengembangan sistem ini karena adanya kelemahan kontrol ON - OFF dari alat pemanas itu sendiri, karena prinsip kerja rangkaian kontrol ON – OFF masih besar simpangannya artinya pada saat elemen pemanas diinginkan OFF karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung OFF masih naik sampai titik tertinggi dan setelah tercapai baru turun.  Begitu pula sebaliknya apabila diinginkan kondisi ON karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung ON masih turun sampai titik terendah setelah tercapai baru naik,  Sehingga karakteristiknya naik turun tidak bisa stabil (Agus Putranto et al. 2002:15).

Sedangkan keuntungan menggunakan kontrol PID berfungsi untuk menjaga kestabilan supaya nilai yang keluar untuk mengaktifkan plant tetap stabil.  Hal ini disebabkan karena output dari plant dikembalikan lagi untuk dibandingkan dengan nilai input sehingga menghasilkan  sinyal error.  Sinyal inilah yang masuk ke rangkaian kontrol untuk ditera, apakah nilai output terlalu tinggi atau terlalu rendah maka peran kontrol berumpan balik harus berfungsi dengan baik.

 

B.   Proses Pengukuran

Untuk mengidentifikasi sebuah plant yang dibuat maka digunakan metode eksperimental yaitu: Sumber masukan berupa arus listrik atau tegangan listrik diukur nilai besarannya.  Sedangkan output yang dihasilkan dari elemen tersebut berupa panas yang ditangkap oleh sensor dan dirubah dengan perantara ADC atau dengan menggunakan multimeter.  Proses pengambilan data input dan data output pada alat pemanas 1300 Watt ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.

 

Gambar 1

        Proses pengambilan data

 

Pembacaan dengan program visual basic dapat diketahui bahwa proses pemanasan dimulai dari suhu ruang 28.05 0C sampai mencapai kondisi maksimum alat pemanas sebesar  460.26 0C selama 36 menit.  Dan proses pendinginannya kembali ke suhu ruang sekitar 70 menit.  Hasil pengukurannya ditunjukkan pada gambar 2 dibawah ini.

 

Gambar 2

     Karakteristik pemanas 1300 W

 

Setelah mengetahui karakteristik simulai alat pemanas maka langkah berikutnya dapat menentukan nilai parameter plant melalui rumus Least Square dan nilai setting alat kontrol PID dengan rumus Ziegler Nichols.

 

2. Mencari nilai Kp, Ki dan KD dengan metode Ziegler-Nichols

Menghitung nilai Kp, Ki dan Kd berdasarkan karakteristik plant dapat dijelaskan langkah-langkah nya seperti gambar 3 berikut ini

 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

Gambar 3. Karakteristik Plant

 

 

Dengan menarik garis singgung pada kurva S dan sampling waktu diambil per 30 detik, maka diperoleh nilai:

Untuk mengetahui nilai Kp, Ti, dan Td menggunakan rumus Ziegler-Nichols seperti dijelaskan dibab 2 dan dipilih tipe kontrol PI maka hasilnya sebagai berikut:

 

a).  

 

 

b). 

 

c). 

 

d). 

 

 = 0

 

e). 

 

3. Mencari nilai parameter plant dengan  metode Least Square

Proses perhitungan dengan metode Least Square tetap masih mengacu pada hasil pembacaan nilai input dan output.  Dari hasil perhitungan diperoleh karakteristik plant yang ditunjukkan seperti gambar 4 dibawah ini

 

 Gambar 4

      Karakteristik hasil perhitungan LS 

a1 =  -1.8327

a2 = 0.8422

b1 = 0.0096

b2 = 0.0083

 

C.    Hasil perolehan data

Berdasarkan hasil pengukuran nilai input dan output dari sebuah plant dan dihitung menggunakan rumus pendekatan Ziegler Nichols maka dapat ditentukan nilai setting kontrol Kp, Ki dan Kd sebagai berikut:

KP  = 8.22

KI   = 0.027

KD  = 0

Disamping itu data yang diperoleh dari hasil pengukuran plant tersebut diatas kemudian dihitung dengan mengunakan metode Least Square (LS) dan dibandingkan dengan metode Recursive Least Square (RLS) maka diperoleh kesamaan nilai parameternya.  Karena nilai yang diambil pada saat stedy state bukan nilai pada saat transien, hasilnya:

a1  = -1.8327

a2  = 0.8422

b1  = 0.0096

b2  = 0.0083

Dari nilai setting kontrol dan nilai parameter diatas tinggal memasukkan kedalam blok sistem pemodelan kontrol PID bentuk diskrit.  Hasil karakteristik yang diperoleh hubungan antara setting point dan nilai aktual dengan kontrol PID ditunjukkan pada gambar 5 dibawah ini.

Gambar 5

Karakteristik nilai setting point dengan nilai aktual

 

Gambar 6

Karakteristik Kesalahan nilai setting point dengan nilai aktual

 

Pembahasan

Jumlah masing masing data sebesar      (n)       : 3601

Rata-rata nilai setting point sebesar         ()    : 268.820

Rata-rata nilai aktual sebesar                    ()    : 268.821

Rata-rata nilai kesalahan sebesar            ()      : 0.6089

Standar deviasi dari nilai setting point     (s1)      : 125.617

Standar deviasi dari nilai aktual                (s2)      : 124.496

Varian data dari nilai setting point            (S1)     : 15779.630

Varian data dari nilai aktual                       (S2)     : 15499.254

Korelasi dari kedua data (r): 1

Berdasarkan rumus mencari thitung =

 

 

 

 

Maka besarnya nilai thitung = 9.124.  Dan besarnya nilai ttabel= 1.960 dengan taraf signifikannya (α)= 0.05.  Sehingga diperoleh nilai thitung > nilai ttabel artinya: Terdapat perbedaan yang signifikan antara nilai setting point dengan nilai aktual.

Dari hasil analisis diperoleh hubungan antara nilai setting point dengan nilai aktual sangat kuat sekali, tetapi perbedaan kedua data tersebut masih besar faktor kesalahannya sehingga perlu menaikkan penguatan Ki supaya diperoleh hasil yang maksimal.

 

 

D.    Kesimpulan

 

1.    Hasil analisis data yang diperoleh dari uji beda tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara nilai setting point dengan nilai aktual.

 

2.    Untuk menentukan nilai setting kontrol PID menggunakan rumus pendekatan Zigler Nichols.  Hasilnya kontrol PID dapat mengikuti pola tracking yang dikehendaki.

 

E.    Saran

 

1.    Untuk mempermudah pelayanan dan memasukkan nilai setting point maka perlu dibuatkan program visualisasi sehingga operator tinggal memasukkan nilai setting temperatur dan setting waktunya.

 

2.    Meskipun kontrol PID dapat mengikuti pola tracking dari nilai setting point yang ditetapkan tetapi nilai errornya masih besar.  Hasil analisis data dari model 1 ditemukan nilai rata rata error sebesar 0.6089.  Untuk memperkecil error maka nilai Ki nya diperbesar.

 

 


 

DAFTAR PUSTAKA

 

Adolf Wegener.1994.Analoge Regelungs technik, Muenchen: Jerman

Arief Ramadhan. 2006. 36 Jam belajar komputer Visual Basic 6.0, cetakan kedua, PT Gramedia: Jakarta.

Agus Putranto Et al. 2002. Application of Two Points Prediktive and Parameter Adaptive Algorithms to Control the Temperatur in the Single Chamber SMD Soldering Machine,PPPGT/VEDC Malang

Boehler.1996 Boehler S200 High Speed Steel (Schnellarbeitsstahl), Jerman.

Boehler.1996. Boehler S705 High Speed Steel, Jerman.

­Festo Didactic.2008.  Fundamentals of closed-loop control technology GmbH & Co. Jerman

Josef Kammerer. Hans Peter Lamparter. Michael Neidel. Johannes Piegsa. Wolfgang Oberthuer. Hans Jobst Siedler. Peter Zastrow.1992. Elektronik III Baugruppen der Mikro elektronik Lehrbuch, Muenchen: Jerman.

Klaus Boether. Hartwig Breckwoldt. Hans Jobst Sieder. Rainer Wieting.1990. Elektronik IVB Mess und Regelungstechnik, 2 Verbessere Auflage. Muenchen: Jerman

Katsuhiko Ogata.1994. Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 1, Edisi ke enam. Erlangga: Jakarta.

Katsuhiko Ogata. 1996. Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 2, Edidi ke dua. Erlangga: Jakarta.

Miftahu Soleh. 2005. Pemodelan dan Simulasi, VEDC: Malang.

Riduwan dan Sunarto. 2007. Pengantar Statistika untuk Penelitian Pendidikan, Sosial, Ekonomi, Komunikasi, dan Bisnis. Alfabeta: Bandung.

Slamet Wahyudi. 2006. Statistik teknik sebuah pendekatan teori dan aplikatif, Fakultas Teknik Mesin UNBRAW Malang

Vladimir Bobal. Peter Chalupa. 2003. Self-Tunning Controllers Simulink Library, Tomas Bata University in Zlin: Czech Republic

W.Lawrence Neuman.(2004). Social Research Methods Qualitative and Quantitative Approaches. Needham Heights: United States of America.

 

Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG