Menentukan Parameter Sistem Kontrol Sensor Level Teknik Elektro

LAPORAN PRAKTIKUM

SISTEM KENDALI

Nama                    : Fajar Rinaldy

NIM                      : 1620403003 

Judul                    : Kontrol Sensor Level

Program Studi     : Teknologi Listrik

Jurusan                :Teknik Elektro

Semester               : VI ( Genap)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI LISTRIK

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE

TAHUN AJARAN 2019

PRAKTIKUM II

Menentukan Parameter Sistem Kontrol Sensor Level

1.      TUJUAN

     1.      Mampu menentukan parameter setting berdasarkan salah satu karakteristik sensor level yang didapatkan pada praktikum sebelumnya.

2.      DASAR TEORI

      A.    Karakteristik Kontrol Sensor Level

Ketika sistem telah sistem sensor sudah dikalibrasi, eksperimen ini dapat dilakukan untuk merekam keadaan-steady atau karakteristik statis dari suatu sistem pengontrol kecepatan. Untuk melakukan ini, instrumen virtual sumber DC biasanya menggunakan tegangan antara 0 dan 10 V untuk sistem terkontrol dan kemudian voltmeter mengukur tegangan output yang dihasilkan dalam kondisi statis atau keadaan-steady.

     B.     Sensor level

Pengertian Water Level sendiri adalah seperangkat alat yang digunakan untuk mengukur ketinggian air di tempat yang berbeda agar mendapatkan data perbandingan. Water level yang paling sederhana adalah sepasang pipa yang saling terhubung di bagian bawah. Water level sederhana akan mengukur ketinggian air melalui tinggi air di kedua pipa apakah sama atau tidak. Hasil pengukuran dari water level lebih rendah dari menggunakan laser tetapi water level mempunyai akurasi yang tinggi dalam pengukuran jarak jauh. Untuk menghindari kesalahan pengukuran dalam penggunaan water level, suhu pada air haruslah sama.

Water level dapat juga digunakan untuk mengukur tekanan air dengan menggunakan prinsip tekanan Hidrostatik. Air dalam suatu wadah selalu mendapatkan tekanan dari atmosfir dan sebanding dengan level dari air sehingga bisa didapatkan besar tekanan air. Saat ini, sudah ada water level yang lebih modern dimana water level modern dapat mengukur ketinggian dan tekanan air secara bersamaan dengan sensor dan hasil pengukurannya dapat direkam kemudian disimpan dalam bentuk data. Alat tersebut disebut dengan Sensor Water Level. Salah satu alat sensor water level adalah Water Level HOBO KIT-D-U20-04.

     C.    Kendali P, PI dan PID

Kontroler P, PI, dan PID Kontrol proporsional berfungsi untuk memperkuat sinyal kesalahan penggerak (sinyal error), sehingga akan mempercepat keluaran sistem mencapai titik referensi. Hubungan antara input kontroler u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan (2).

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡)                                                                          (2)

Kp adalah konstanta proporsional. Diagram blok kontrol proporsional ditunjukkan pada Gambar .1. berikut ini

Gambar 1. Diagram Blok Kontrol Proporsional

Kontrol Integral pada prinsipnya bertujuan untuk menghilangkan kesalahan keadaan tunak (offset) yang biasanya dihasilkan oleh kontrol proporsional. Hubungan antara output kontrol integral u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan (3).

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑑(𝑡)                                                                               (3)

Ki adalah konstanta integral. Diagram blok kontrol integral ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram Blok Kontrol Integral

Kontrol derivatif dapat disebut pengendali laju, karena output kontroler sebanding dengan laju perubahan sinyal error. Hubungan antara output kontrol derivatif u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan (4).

               (4)

Blok kontrol derivatif ditunjukkan pada Gambar 3. Kontrol derivatif tidak akan pernah digunakan sendirian, karena kontroler ini hanya akan aktif pada periode peralihan. Pada periode peralihan, kontrol derivatif menyebabkan adanya redaman pada sistem sehingga lebih memperkecil lonjakan. Seperti pada kontrol proporsional, kontrol derivatif juga tidak dapat menghilangkan offset.

Gambar 3. Diagram Blok Kontrol Derivatif

Gabungan dari ketiga kontroler tersebut menjadi kontrol PID. Diagram Blok dari kontrol PID ditunjukan pada Gambar 6 dan persamaan untuk kontrol PID dijelaskan pada persamaan (5).

                   (5)

dimana:

u(t)      = sinyal output pengendali PID

Kp       = konstanta proporsional

Ki        = konstanta integral

Kd       = konstanta derivatif

e(t)       = sinyal error

Gambar 4. Kontrol PID

3.      ALAT DAN BAHAN

PC (Labsoft Lucas Nuelle)                                         1 buah

Modul Sensor Level Lucas Nuelle                              1 set

Kabel Jumper                                                              8 buah

4.      GAMBAR RANGKAIAN

5.      LANGKAH KERJA

      1.      Siapkan alat dan bahan.

      2.      Hubungkan peralatan sesuai dengan rangkaian yang ada.

     3.      Buka katup sepenuhnya V1 dan tutup sepenuhnya katup V2 setelah benar-benar mengosongkan tangki.

    4.      Selanjutnya jika belum dibuka silakan buka LUCAS-NUELLE PID-controller programme dan konfigurasikan pengontrol seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut.

A. Tabel untuk kontrol P

PID-controller Parameter
Controller
P-component	Kp = 1
I-component	Off
D-component	Off
Setpoint (Reference) Variable
Source	Manual
Filter	Without
Controller variable
Input	Analog[×1]
Filter time constants	0 ms
Manipulated Variable
Limiting	0 … 100%
Range Scaling	+/-100%
Offset Scaling	0%
Output	+/-Ymax
Options
Controller cycle time	1 ms
Number of measurements	300
Disturbance variable output	Off
Continuous controller operation	Off

B. Tabel Untuk kontrol PI

PID-controller Parameter
Controller
P-component	Kp = (s, a.)
I-component	Tn = (s, a.)
D-component	Off
Setpoint (Reference) Variable
Source	Manual
Filter	Without
Controller variable
Input	Analog[×1]
Filter time constants	0 ms
Manipulated Variable
Limiting	0 … 100%
Range Scaling	+/-100%
Offset Scaling	0%
Output	+/-Ymax
Options
Controller cycle time	1 ms
Number of measurements	300
Disturbance variable output	Off
Continuous controller operation	Off

C. Tabel Untuk kontrol PID

PID-controller Parameter
Controller
P-component	Kp = (s, a.)
I-component	Tn = (s, a.)
D-component	Td = (s, a.)
Setpoint (Reference) Variable
Source	Manual
Filter	Without
Controller variable
Input	Analog[×1]
Filter time constants	0 ms
Manipulated Variable
Limiting	0 … 100%
Range Scaling	+/-100%
Offset Scaling	0%
Output	+/-Ymax
Options
Controller cycle time	1 ms
Number of measurements	300
Disturbance variable output	Off
Continuous controller operation	Off

     5.      Atur setpoint konstan w = 50%

     6.      Buka katup V1 sepenuhnya. Pertama-tama tutup katup V2 dan kemudian buka sekitar satu putaran penuh. kemudian biarkan tangki kosong sepenuhnya.

    7.      Atur sakelar untuk kontrol laju aliran terintegrasi ke pengaturan "Open Loop" (kontrol laju aliran otomatis dinonaktifkan).

     8.      Aktifkan plotter diagram waktu dan konfigurasikan seperti yang ditentukan dalam berikut ini.

Timing Diagram Settings
Signals
Signals			Controlled variable (red), manipulated variable overall (blue)
Superpisition measurements			Off
Scalling
x-axis	Minimum : 0	Maximum : 60		Division : 5	Marking : 1
y-axis	Minimum : 0	Maximum : 100		Division : 10	Marking : 1

      9.      Sekarang tentukan kurva karakteristik dari variabel yang dikendalikan dan variabel yang dimanipulasi. Salin diagram yang sesuai ke ruang yang disediakan untuk grafik di bawah ini

    10.  Sekarang ulangi percobaan untuk nilai-Kp 2 dan 5, setelah tangki benar-benar kosong dalam setiap kasus. salin diagram yang sesuai ke tempat yang disediakan untuk mereka di bawah ini

6.      HASIL PENGUJIAN

Berdasarkan nilai Tu dan Tg yang didapatkan dari gelombang hasil praktikum sebelumnya, didapatkan parameter setting kendali P, PI dan PID sebagai berikut

Kendali P	Kendali PI	Kendali PID
Kp       = Tg/Tu = 31,22 s/ 1,28 s = 24,39	Kp       = 0,9 × (Tg/Tu) = 0,9 × 24,39 = 21,95 Ti         = 3,3 × Tu = 3,3 × 1,28 s = 4,24 s	Kp       = 1,2 × (Tg/Tu)             = 1,2 × 24,39 s             = 29,26 s Ti         = 2 × Tu = 2 × 1,28 s = 2,56 s Td        = 0,5 × Tu = 0,5 × 1,28 s = 0,64 s

A. Gelombang P

B. Gelombang PI

C. Gelombang PID

7.      ANALISA

Analisa yang dapat diambil setelah melakukan praktikum mengenai sensor level ini dalah, setelah kita mendapatkan parameter dari kendali P, PI dan PID dan kemudian parameter tersebut diinputkan kedalam kendali P, dan didapatkan hasil gelombang yang menunjukkan karakteristik dari gelombang P yaitu kondisi stabilnya berada di bawah set delay yaitu 50 ms. Kemudian input parameter kendali PI menghasilkan gelombang yang menggambarkan karakteristik dari kendali PI yaitu stabil pada set delay yaitu 50 ms. Sedangkan kendali PID menghasilkan gelombang yang menunjukkan stabil pada set delay dengan waktu untuk menstabilkan lebih cepat dibanding kendali PI.

8.      KESIMPULAN

Parameter kendali P, PI dan PID yang didapat setelah diketahui nilai Tu dan Tg akan menunjukkan karakteristik dari setiap sistem kendali, baik itu kendali P yang stabil di bawah set delay, kendali PI stabil pada set delay namun waktunya sedikit lama dan kendali PID yang stabil pada set delay dengan waktu stabil lebih cepat dari pada kendali PI .