( isma yanti )digilib.unila.ac.id/55666/3/skripsi tanpa bab pembahasan.pdf · sistem pengendalian...
TRANSCRIPT
PERMODELAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR PADA
REAKTOR TOREFAKSI KONTINU TIPE TUBULAR BERBASIS
MIKROKONTROLER
(Skripsi)
Disusun Oleh :
( Isma Yanti )
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
2018
i
ABSTRAK
PERMODELAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR REAKTOR
TOREFAKSI KONTINU TIPE TUBULAR BERBASIS
MIKROKONTROLER
Oleh
ISMA YANTI
Perkembangan teknologi di Indonesia dalam bidang industi sedang meningkat
pesat. Metode torefaksi merupakan salah satu contoh alat yang sedang banyak
dikembangkan dan diaplikasikan saat ini. Metode torefkasi yang sering dijumpai
sistem pengendalian temperaturnya masih perlu pengawasan operator. Dengan
adanya permasalahan tersebut maka penulis memiliki ide untuk mengembangkan
sistem pengendalian temperatur pada reaktor torefaksi. Pada sistem tersebut
dibutuhkan sensor untuk pembacaan suhu dan sistem kendali otomasi. Untuk
pembuatan sistem kendali otomasi harus dilakukan 2 tahapan yaitu, perancangan
perangkat keras dan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras meliputi,
pemasangan komponen-komponen terkait, seperti sensor LM35, aktuator dan
mikrokontroler arduino uno. Perancangan perangkat lunak dilakukan dengan
pembuatan coding dengan menggunakan software arduino IDE. Setelah perangkat
telah dibuat sesuai dengan tahapan, langkah selanjutnya adalah pengujian. Pada
pengujian sistem ini, penulis menganalisis waktu delay aktuator dalam merespon
sinyal yang diberikan oleh sensor dan efek dari waktu delay yang didapat. Waktu
delay yang didapat adalah sebesar 100 ms. Dimana 100 ms tersebut merupakan
waktu tunda aktuator untuk bergerak. Aktuator akan melakukan eksekusi 100 ms
setelah waktu penundaan tersebut. Dan jarak waktu aktuaktor bergerak menuju
posisi yang ditentukan adalah sebesat 0.010 ms sampai dengan 0.020 ms.
Kata kunci: Sensor suhu, mikrokontroler, motor servo, pengendalian suhu.
ii
ABSTRACT
MODELLING OF TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AT THE
REACTOR’S TOREFACTION TUBULAR TYPE BASED
MICROCONTROLLER
By
ISMA YANTI
In Indonesia the development of technology was greatly increased. Torefaction’s
methods are the one of many machines that developed and applied. But in this
system, the temperature control still an operator line. With that problem, the
writer had an idea to develop the temperature control system. On this system, we
need a sensor and automatic control system. To create an automated control
system, it is a two-stage process, hardware design and software design. The
hardware design involves the installation of components that are used, such as
temperature sensors, servo, and microcontroller Arduino Uno. The software
design is done by coding using IDE. When the device has been made according to
the stage, the next step is tests. At the test of this system, the writer analyze the
actuators’ delay time while responding the signal given by sensor and the effect of
delay time were obtained. The delay time is about 100 ms, at that time servo won’t
move and servo will move 100 ms after that. And then, the distance when the
servo is moving toward a specifies position is about 0.010 up to 0.020 ms.
Keywords: Sensor temperature, microcontroller, servo, temperature control
system
iii
PERMODELAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR REAKTOR
TOREFAKSI KONTINU TIPE TUBULAR BERBASIS
MIKROKONTROLER
Oleh:
ISMA YANTI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
v
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bekasi, pada tanggal 20 Juli 1995,
sebagai anak ke empat dari lima bersaudara, dari bapak
Abdul Halim dan Ibu Rohaeti.
Sekolah dasar (SD) diselesaikan selama 6 tahun di SDN
Karang Asih 01, Kec. Cikarang Utara, Kab. Bekasi dan
lulus pada tahun 2007. Dilanjutkan Sekolah Menengah
Pertama (SMP) diselesaikan selama 3 tahun di SMPN 3
Cikarang Utara, Kec. Cikarang Utara, Kab. Bekasi dan diselesaikan pada tahun
2010, dan dilanjutkan Sekolah Menengah Atas (SMA) diselesaikan selama 3
tahun di SMAN 2 Cikarang Utara, Kec. Cikarang Utara, Kab. Bekasi dan lulus
pada tahun 2013.
Tahun 2013, penulis mendaftarkan diri sebagai mahasiswa Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Lampung melalui jalur SBMPTN. Selama menjadi
mahasiswa, penulis aktif dalam Organisasi yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik
Mesin (HIMATEM) Fakultas Teknik Universitas Lampung dan menjabat sebagai
wakil bendahara pada periode 2014-2015 dan dilanjutan menjadi Bendahara
Umum pada periode 2015-2016. Pada tahun 2016, penulis melakukan kerja
praktik di PT. Trisula Textile Industries pada bagian produksi weaving
vi
(penenunan) dengan jangka waktu selama 1 bulan dan menyelesaikan tugas besar
kerja praktik dengan judul “Mekanisme Mesin Tenun Airjet Loom dan Pengaruh
Faktor-Faktor Kegagalan Terhadap Penyisipan Benang Pakan dan Lusi di PT.
Trisula Textile Industries”. Selain itu, mulai sejak tahun 2014 – 2017 penulis juga
menjadi asisten Laboratorium Mekatronika sekaligus menjadi beberapa asisten
Praktikum, seperti Praktikum Fisika, Praktikum Teknik Tenaga Listrik, dan
Praktikum Mekatronika. Ditahun 2018, penulis mulai melakukan penelitian
dengan judul “Permodelan Sistem Pengendalian Temperatur Pada Reaktor
Torefaksi Kontinu Tipe Tubular Berbasis Mikrokontroler” dibawah bimbingan
Dr. Amrul, S.T., M.T., dan Martinus, S.T., M.T.
vii
MOTTO
“Tidak ada kesuksesan melainkan karena pertolongan Allah”
(Q. S Huud: 88)
“If you don’t build your dream, someone else will hire you to help them build
theirs.”
(Tony Gaskins)
viii
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Alhamdulillh hi rabbil’alamin, segala puji dan syukur selalu terpanjatkan
kehadirat ALLAH SWT atas berkat rahmat, hidayah dan karunia-Nya saya dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan kali ini, penulid ingin
menyampaikan rasa hormat dan terimakasih kepada:
1. Ibunda tercinta beserta seluruh keluarga besar Halim yang selalu memberikan
do’a dan dukungan.
2. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang telah
memberikan bimbingan dan nasehat dalam menyelesaikan tugas akhir.
3. Bapak Martinus, S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing 2 yang telah
memberikan bimbingan dan nasehat dalam menyelesaikan tugas akhir.
4. Bapak Dr. Muhammad Irsyad, S.T., M.T. sebagai dosen penuji yang telah
memberikan nasehat dalam proses penyelesaian tugas akhir.
5. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung.
6. Para Dosen serta karyawan di Jurusan Teknik Mesin.
7. Keluarga Besar Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Lampung angkatan
2013.
ix
8. Teman-teman KAIZEN girls (Anisa, Rabiah, Jumaliya, Zulfa) yang selalu
menemani, memberikan saran dan dukungan kepada penulis dalam
menyelesaikan tugas akhir.
9. Teman-teman team mekatronika (Putu, Raziz) dan KUKIS yang selalu
memberikan dukungan juga saran kepada penulis.
10. Teman-teman team torefaksi (Jaya, Dimas) yang selalu memberikan
dukungan juga saran kepada penulis
Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terimakasih penulis
ucapkan atas bantuan dan dukungan yang diberikan, sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir. Akhir kata dengan segala kerendahan hati, penulis
berharap laporan ini dapat memberikan manfaat, baik kepada penulis maupun
orang lain.
Wasalamu’alaiku Wr. Wb
Bandar Lampung, 25 Januari 2019
Penulis,
Isma Yanti
NPM.13150210
xii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ............................................................................................................ xii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL .................................................................................................... xvi
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 3
1.4 Sistematika Penulisan ............................................................................. 4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Reaktor Torefaksi ................................................................................... 5
2.2 Otomasi .................................................................................................... 5
2.3 Sistem Kontrol ......................................................................................... 6
2.4 Mikrokontroler ........................................................................................ 9
2.5 Sensor ..................................................................................................... 12
2.5.1 Sensor Suhu ................................................................................... 12
2.6 Aktuator ................................................................................................. 16
2.6.1 Motor Servo ................................................................................... 16
2.6.4 Servo Valve ................................................................................... 18
2.6.3 Solenoid Valve ............................................................................... 20
xiv
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.2 Diagram Alur Penelitian
3.4 Pembuatan Rangkaian .......................................................................... 26
.................................................................... 23
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. 23
....................................................................... 24
3.3 Alat dan Bahan ...................................................................................... 25
3.5 Prosedur Penelitian ............................................................................... 27
3.6 Pelaksanaan Penelitian ......................................................................... 28
....................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................50
LAMPIRAN .
LISTING PROGRAM
SPESIFIKASI MOTOR SERVO
IV. HASIL dan PEMBAHASAN ......................................................................... 29
4.1 Pengkalibrasian Sensor ........................................................................ 30
4.2 Pembuatan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak ......................... 30
4.3 Pengujian Sistem Pengendalian Suhu ................................................. 33
4.4 Hasil dan Data Pengujian......................................................................38
V. SIMPULAN dan SARAN............................................................................... 48
5.1 Simpulan ................................................................................................ 48
5.2 Saran
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Diagram Sistem Kendali ......................................................................... 7
Gambar 2. Sistem Kontrol Open Loop ..................................................................... 7
Gambar 3. Sistem Kontrol Lup Tertutup .................................................................. 9
Gambar 4. Board Arduino Uno .............................................................................. 11
Gambar 5. Diagram Sistem Termokopel ................................................................ 13
Gambar 6. Pengukuran EMF .................................................................................. 13
Gambar 7. Sensor LM35 ......................................................................................... 15
Gambar 8. Motor Servo .......................................................................................... 17
Gambar 9. Posisi Gerak Motor Servo ..................................................................... 18
Gambar 10. Servo Valve ........................................................................................... 19
Gambar 11. Solenoid ................................................................................................ 20
Gambar 12. Struktur Fungsi Solenoid Valve Pneumatic ......................................... 21
Gambar 13. Rancangan Control Logic ..................................................................... 27
Gambar 14. Coding Serial Monitor Pengendalian Suhu .......................................... 35
Gambar 15. Skema Pemasangan Komponen ............................................................ 37
Gambar 16. Hasil Pengujian Ragkaian Sementara ................................................... 39
Gambar 17. Coding Program Pengendalian Suhu .................................................... 41
Gambar 18. Skema Pemasangan Sistem Pengendalian Suhu ................................... 42
Gambar 19. Hasil Pengujian Suhu Air Panas ........................................................... 44
Gambar 20. Perbesaran Grafik Hasil Pengujian Suhu Air Panas ............................. 45
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Pengujian Rangkaian Sementara ............................................................. 30
Tabel 2. Pengujian Suhu Air Panas ....................................................................... 30
Tabel 3. Pengukuran Suhu Potensiometer-Valve .................................................. 38
Tabel 4. Hasil Pengukuran Suhu Air Panas .......................................................... 43
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di setiap negara termasuk di Indonesia sedang memasuki pesatnya
perkembangan akan teknologi, terutama perkembangan akan teknologi
dalam bidang industri. Teknologi yang sedang banyak dikembangkan dan
diaplikasikan adalah dengan mengembangkan sebuah alat yang masih
bekerja dengan bantuan tangan operator menjadi alat yang dapat bergerak
atau bekerja hanya dengan memberikan perintah dalam bentuk program,
sama halnya seperti robot. Pengembangan teknologi dilakukan untuk
menjadikan solusi atas permintaan yang meningkat. Dengan
menambahkan sistem kendali pada alat. Sistem kendali sendiri memiliki
komponen inti yaitu mikrokontroler, dimana komponen ini yang bertugas
untuk mengatur semua aksi atau kerja alat.
Seorang ahli bernama Barnet (1995) mengatakan bahwa mikrokontroler
merupakan sebuah prosesor dibuat dalam bentuk chip yang dapat
menyimpan berbagai perintah dalam bentuk program. Bentuk dan
ukurannya tergolong lebih kecil dari mikrokomputer, namun
pembuatannya tetap dengan beberapa elemen yang sama. Aksi dan kerja
2
mikrokontroler diberikan melalui perintah-perintah yang dibuat dalam
bentuk pemrograman. Program yang dibuat akan menginstruksikan
mikrokontroler untuk menjalankan aksi atau kerja sederhana yang
berkelanjutan sebelum nantinya dilanjutkan dengan melakukan tugas yang
lebih kompleks. Penggunaan mikrokontroler yang sedang terus
dikembangkan yaitu dengan mengaplikasikan sistem ini pada reaktor
torefaksi.
Pengujian torefaksi sedang banyak dikembangkan di Indonesia, namun
pada pengujian sebelumnya didapat sistem pengendalian suhunya masih
perlu pengawasan. Kenaikan dan penurunan suhu reaktor harus sesuai
dengan standar suhu ideal pembakaran metode torefaksi. Dengan
permasalahan tersebut perlunya pengembangan sistem untuk
menanggulangi ketidakstabilan suhu. Penambahan sensor suhu pada sistem
menjadi solusi agar dapat memaksimalkan kinerja dari metode torefaksi,
juga kenaikan dan penurunan suhu tidak melebihi nilai yang ditentukan
dan dapat dikontrol apakah suhu harus ditambah atau dikurangi.
Untuk menghindari terjadinya hal yang tidak diinginkan, dibuat sistem
kendali buka dan tutup katup untuk mengendalikan laju aliran gas sesuai
dengan suhu yang dibutuhkan. Apabila suhu melebihi 325⁰C sistem akan
menutup katup dan apabila suhu kurang dari 225⁰C sistem akan membuka
katup.
3
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah merancang permodelan control
valve system pada pengendalian suhu untuk mengetahui pengaruh waktu
delay pada aktuator dalam merespon sinyal yang kirim oleh sensor.
1.3 Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah yang ditentukan pada dalam laporan tugas akhri
ini adalah sebagai berikut:
1. Mikrokontroler yang digunkan pada pengujian ini menggunakan
arduino uno.
2. Potensio meter dan sensor suhu digunakan sebagai pengganti
komponen pendetersi.
3. Motor servo digunakan sebagai aktuator.
4. Rangkaian yang digunakan ada dua, yaitu rangkaian pertama
dengan potensio meter dan rangkaian ke dua dengan sensor suhu.
1.4 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan tugas akhir dibagi menjadi lima bab dan
akan dijelaskan sebagai berikut
BAB I PENDAHULUAN
Isi dari bab ini tentang penguraian latar belakang masalah secara jelas,
tujuan penelitian, batasan masalah yang diberikan, dan sistematika
penulisan laporan akhir.
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Isi dari bab ini tentang teori-teori dasar yang menunjang pada penelitian
yang meliputi: penjelasan mengenai torefaksi, reaktor torefaksi, definisi
control, penjelasan pneumatic, sesor suhu dan control valve.
BAB III METODOLOGI
Pada bab ini uraian mengenai tempat dan waktu akan dilaksanakannya
penelitian, alur tahapan pelaksanaan dan tahapan pembuatan rangkaian dan
pembuatan sistem.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Isi dari bab ini mengenai uraian data hasil yang diperoleh setelah
melakukan pengujian dan dilengkapi dengan analisa.
BAB V PENUTUP
Isi dari bab ini mengenai penjelasan singkat intisari dari pengujian yang
telah dilakukan dan saran yang diberikan untuk dilakukan penelitian
lanjutan.
DAFTAR PUSTAKA
Daftar pustaka memuat referensi yang dijadikan acuan untuk penulisan
laporan dan dilakukannya penelitian
LAMPIRAN
Lampiran berisi mengenai data-data penunjang.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Reaktor Torefaksi
Reaktor merupakan suatu tempat dimana suatu reaksi kimia terjadi. Dengan
terjadinya reaksi ini dapat mengubah bahan menjadi bentuk lain. Perubahan
bahan itu dapat terjadi secara langsung (terjadi dengan sendirinya) atau bisa
juga dengan bantuan energi. Salah satu bantuan energi untuk mengubah
bahan tersebut adalah dengan menggunakan energi panas. Perubahan energy
panas ini hanya dapat dilakukan jika perubahan kimia yang terjadi adalah
bukan perubahan fase namun perubahan akan bahan, misalnya menjadi air
atau uap.
2.2 Otomasi
Otomasi dapat dideifnisikan sebagai salah satu teknologi yang digunakan
untuk menggabungkan aplikasi dari ilmu mekanika, ilmu elektronika dan
sistem berbasis komputer. Pada dasarnya ide otomasi ini berasal dari
pengguna mekanik dan elektrik yang memiliki tujuan untuk menjalankan
mesin atau alat tertentu disetai dengan otak yang dapat mengendalikan
mesin atau alat tersebut sehingga dapat meningkatkan produktifitas. Secara
6
umum otomasi dikatakan sebagai salah satu cara yang digunakan untu
membuat sistem atau proses yang dapat bekerja secara otomatis, dimana
saat alat dioperasikan dapat secara otomatis mengendalikan perangkat atau
sistem tersebut (Rachman, 2014).
Sistem otomasi juga memiliki tiga elemen dasar yaitu:
1. Power
Energi digunakan untuk mengoperasikan dan mengendalikan semua
komponen yang tergabung dalam sistem otomasi. Sumber energi sendiri
bisa berasal dari listrik, baterei dan lain-lain.
2. Program
Program yang terdapat dalam sistem otomasi merupakan perintah pada
sistem kendali mekanis ataupun elektronika.
3. Sistem kontrol.
Sistem kontrol merupakan proses kerja dari sistem otomasi. Sistem
kendali ini yang nantinya akan mengkoordinasi program atau yang
mengatur kerja dari perangkat lunak dan perangkat keras.
2.3 Sistem Kontrol
Sistem kotrol atau sistem kendali merupakan sistem yang digunakan untuk
mengendalikan, memerintah dan mengatur sistem pada alat. Keluaran sistem
kontrol dikendalikan oleh nilai yang telah masuka ke dalam program.
Dalam aplikasinya, sistem kendali sangat memegang peran penting dalam
teknologi, salah satu contohnya adalah pada otomasi di industri. Dimana
sistem kendali dapat menekan biaya produksi dan dapat meningkatkan
7
kualitas produk. Sehingga sistem kendali ini dapat meningkatkan kinerja
suatu sistem secara keseluruhan, dan sangat menguntungkan bagi kehidupan
manusia.
Sistem kendali memiliki tujuan yaitu untuk mengatur output dalam suatu
kondisi yang sudah ditentukan oleh input melalui elemen-elemen sistem
kendali. Kualitas yang dihasilkan tergantung pada proses yang dilakukan
oleh sistem kendali. Pada gambar 2.2 merupakan diagram sistem kendali.
Diagram skema sistem kendali dapat dijelaskan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Diagram sistem kendali.
Secara umum sistem kendali dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
1. Open Loop (Kontrol Lup Terbuka)
Open Loop merupakan suatu sistem dimana keluarannya tidak
berpengaruh terhadap aksi kontrol, yang artinya open loop ini
keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam
masukannya. Sistematika diagram open loop dan close loop dapat
dillihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3:
Gambar 2.2. Sistem kontrol open loop.
O
u
t
p
u
t
I
n
p
u
t
Sistem
Kendali
I
n
p
u
t
O
u
t
p
u
t
Controlle
r
Plant
8
Pada sistem open loop masih dikendalikan oleh manusia sebegai
operatornya. Selain itu saat kondisi lingkungan berubah sistem tidak
dapat langsung merespon, tetapi harus dikendalikan oleh manusia. Dan
jika terdapat gangguan, sistem ini tidak dapat melakukan tugas sesuai
yang diharapkan. Sistem open loop hanya dapat digunakan jika antara
keluaran dan masukannya diketahui. Kelebihan menggunakan sistem
open loop yaitu sistemnya yang masih sederhana, harganya pun masih
relatif murah dan dapat dipercaya. Namun sistem ini memiliki
keakuratan yang kurang, karena tidak dapat dikoreksi atau diperbaiki
jika terdapat kesalahan dan masih berbasis terhadap waktu. Beberapa
contoh sistem open loop yang diaplikasikan menjadi suatu alat yaitu,
kipas angin, oven listrik, mesin cuci dan lai-lain.
2. Close Loop (Kontrol Lup Tertutup)
Close Loop system adalah sistem dimana sinyal keluarannya memiliki
perngaruh langsung pada aksi pengendalian yang dilakukan. Sistem
loop tertutup ini merupakan sistem kendali umpan balik, dimana aksi
umpan balik tersebut digunakan untuk memperkecil kesalahan pada
sistem. Yang artinya, tenaga operator hanya dibutuhkan untuk menjaga
sistem agar tetap dalam keadaan sesuai dengan yang kita inginkan. Dan
jika terdapat peruabahan pada sistem, operator akan melakukan langhak
pengaturan di awal sehingga sistem dapat dijalankan kembali sesuai
dengan yang kita inginkan.
9
Gambar 2.3. Sistem kontrol lup tertutup
Keuntungan atau keungulan dari sistem ini adalah terdapat sinyal
umpan balik yang dapat membuat sistem ini tidak terlalu peka terhadap
perubahan eksternal dan internal. Beberapa contoh aplikasi dari sistem
loop tertutup adalah Air Conditioner (AC) dimana sistem dapat
membandingkan suhu di dalam ruangan dengan suhu yang dibutuhkan,
dan dengan menginkatkan kinerja AC suhu ruangan dapat berubah
sesuai yang kita inginkan. Contoh lainnya adalah Lemari es, pemanas
air otomatis dan lain-lain (Anonim, 2014).
2.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah alat berbentuk chip dimana di dalamnya
terdapat sebuah prosesor inti, memori (sejumlah kecil RAM, memori
program), dan kelengkapan input-output. Seperti komputer pada umumnya,
mikrokontroler ini juga merupakan alat yang dapat mengerjakan instruksi-
instruksi yang diberikan. Penggunaan mikrokontroler dapat kita jumpai di
sekitar kita, misalnya handphone, mp3 player, DVD, televisi, AC dan lain-
lain.
O
u
t
p
u
t
I
n
p
u
t
Contr
oller
Plant
Sens
or
10
Dibandingkan dengan menggunakan mikroprosesor lain, mikrokontroler
hadir membuat berbagai proses menjadi lebih ekonomis, seperti dengan
mengurangi ukuran, biaya dan konsumsi tenaga. Mikrokontroler juga
memiliki kelebihan, salah satu kelebihan yang terlihat jelas dari
mikrokontroler adalah pada kekuatan program yang tersimpan di dalamnya.
Bentuk dari sistem atau program yang sama dapat digunakan untuk
melakukan bermacam-macam pekerjaan, tergantung pada program yang
dibuat (ITS, 2015).
1. Mikrokontroler Arduino
Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang
bersifat open source. Komponen utama didalam rangkaian papan
arduino adalah mikrokontroler 8-bit dengan tipe Atmega yang dibuat
oleh sebuah perusahaan Atmel Corporation. Arduino ini juga
merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan
Integrated Development Environment (IDE) yang cukup canggih. IDE
sendiri merupakan sebuah software untuk menuliskan suatu program
ke dalam memori mikrokontroler. Selain harganya yang relatif murah,
fungsi ardino secara umum adalah untuk memudahkan pengguna
dalam pembuatan aplikasi running LED, traffic LED, mobile robot,
dan sebagainya. Ada berbagai tipe arduino menggunakan tipe Atmega
yang berbeda-beda tergantung pada spesifikasi yang dimiliki,
contohnya adalah arduino uno yang menggunakan Atmel328
(Djuandi, 2011).
11
Gambar 2.4. Board ardunio uno (Anonim, 2017).
Gambar 2.4 merupakan jenis mikrokontroler Arduino uno. Dalam
bahasa itali “Uno” berarti satu, nama “Uno” digunakan untuk
menandakan produk arduino versi 1.0. Arduino uno merupakan papan
arduino jenis terakhir dari papan arduino USB lainnya dan untuk
perbandingan dengan versi sebelumnya. Arduino ini memiliki 14
digital pin input atau output, 6 diantaranya digunakan untuk output
dan 6 input, sebuah isolator, Kristal 16 MHz, sebuah koneksi untuk
USB, power jack, ICSP header, dan sebuah tombol reset. Arduino uno
dapat memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang
mikrokontroler dengan menggunakan koneksi USB dapat dengan
mudah mensuplainya dengan adapter AC ke DC ataupun bisa juga
dengan menggunakan batrei (Quer, 2014).
12
2.5 Sensor
Sensor merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah suatu besaran fisik
menjadi besaran listrik atau mengubahnya menjadi satuan analog agar dapat
dibaca oleh rangkaian elektronik. Sensor juga merupakan bagian dari
transducer yang digunakan untuk menangkap adanya perubahan energi
eksternal dan mengubah energi yang ditangkap tersebut menjadi energi
listrik. Dalam dunia robotika, sensor memiliki peran yang menyerupai mata,
pendengaran, hidung dan lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler
sebagai otaknya.
2.5.1 Sensor Suhu
Sensor suhu memiliki beberapa jenis yang umum digunakan, yaitu
termokopel (T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor
dan LM 35. Jenis sensor termokopel ini berupa junction atau dua
jenis logam dimana pada ujungnya terdapat sambungan, salah satu
sambungan logam tersebut diberi perlakuan panas yang berbeda
dengan sambungan lainnya. Termokopel juga sering digunakan
untuk mengubah perbedaan suhu yang terjadi pada benda menjadi
tegangan listrik (Petruzella, 2011).
Hal penting yang perlu kita ketahui bahwa pada intinya termokopel
terdiri dari sambungan transduser panas dan dingin. Perbedaan suhu
yang dihasilkan oleh termokopel bukanlah fungsi yang linier
melainkan fungsi interpolasi plinomial. Agar didapat hasil
pengukuran yang akurat, biasanya persamaan diimplementasikan
13
pada kontrol digital atau disimpan pada table pengamatan. Ada pula
yang masih menggunakan filter analog. (Indo-ware Elektronik,
2014)
Gambar 2.5. Diagram sistematika termokopel (Roestomo, 2015).
Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 menjelaskan bahwa termoelemen A dan
B dihubungan antara junction pertama (cold) dan junction kedua
(hot) maka akan timbul arus yang diakbatkan gaya gerak listrik
(EMF). Gaya gerak listrik didapat akibat perbedaan suhu pada
kawat hot junction dan cold junction.
Gambar 2.6. Pengukuran EMF (Roestomo, 2015).
Hukum termoelektrik dapat menjelaskan mengenai termokopel yang
ideal. Berikut adalah beberapa penjelasan mengenai hukum
termokopel:
14
1. Hukum Seeback
Penjelasan dari hukum ini adalah apabila dua logam metal
disambungkan pada ujungnya, maka akan menghasilkan gaya
gerak listrik dan antara dua jenis logam tersebut akan
menghasilkan gaya gerak listrik yang berbeda.
2. Hukum Thompson
Apabila dua logam metal disambungkan pada ujungnya, maka
akan menghasilkan gaya gerak listrik. Namun, tergantung pada
panjang konduktor dua buah logam tersebut dan tergantung pada
gradient suhunya
3. Hukum Peltier
Apabila dua buah logam metal disatukan pada ujungnya, maka
akan menghasilkan gaya gerak listrik. Namun, gaya yang
dihasilkan tergantung pada perlakua panas pada kedua logam
tersebut yang ujungnya disambungkan (Roestomo, 2015).
Pada dasarnya alat ukur termokopel merupakan alat ukur suhu
dengan menggunakan sensor yang memiliki kanal masukan sensor
dan sebagai alat pengambilan dan penyimpanan data hasil
pengukuran. Penggunaan temokopel sangat baik jika digunakan
untuk mengukur rentang suhu hingga 2300 C. Sedangkan unuk
pengukuran dengan perbedaan suhu rendah dan keakurasian tingkat
tinggi, penggunaan termkopel kurang tepat. Contoh untuk rentang
15
suhu 0 C hingga 100 C dengan keakuratan 0.1 C, untuk mengukur
rentang suhu tersebut lebih cocok menggunakan Termistor, RTD dan
LM 35 (Setiawan, 2011).
Sama dengan sensor suhu yang lain, LM 35 merupakan salah satu
komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran suhu
menjadi besaran listrik. Sensor LM35 ini dibandingkan dengan
sensor suhu lainnya, cara penggunaannya lebih mudah dan
keakurasiannya lebih tinggi.
Gambar 2.7. Sensor suhu lm35 (Instrument, 1999).
Gambar 2.7 merupakan bentuk dari sensor LM35. Sensor ini
memiliki 3 pin inti, yaitu pada pin 1 merupakan sumbe tegangan
input, lalu pin 2 merupakan input tegangan negative/ ground, dan
pin3 merupakan Vout atau tegangan keluaran. Fungsi LM35 sendiri
yaitu mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan, selain itu
lm35 memiliki koefisien 10mV/ C atau perbandingan 100 C yang
setara dengan 1 volt. Prinsip kerja LM35 adalah sensor akan
16
membaca perubahan suhu tiap 1 C. Untuk penempatan sensor dapat
ditempelkan pada benda atau permukaan, namun suhu yang terbaca
akan berkurang kurang lebih 0,01 C. Hal tersebut dikarenakan
terserap oleh suhu permukaan, dan jika sensor ditempelkan pada
permukaan yang memiliki suhu lebih tinggi atau lebih rendah, maka
sensor akan membaca suhu pada permukaan. Kelebihan dari sensor
lm35 ini sebenarnya dapat membaca suhu -55 sampai dengan
+150 C, selain itu sensor juga dapat beroprasi pada tegangan 4 volt
sampai dengan 30 volt, dan untuk pembuatan rangkaiannya pun
tergolong mudah (Zaputra, 2016).
2.6 Aktuator
Aktuator merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
energi masuk menjadi energi mekanik. Pada ilmu instrumentasi aktuator
digunakan sebagai output untuk menjalankan perintah dari kontroler. Selain
itu aktuator sendiri memiliki beberapa jenis, seperti aktuator Listrik,
aktuator Hidraulik dan aktuator Pneumatik. Beberapa contoh aktuator
dengan menggunakan listrik adalah:
2.6.1 Motor Servo
Motor servo merupakan jenis aktuator listrik yang terdiri dari motor
DC, rangkaian gear, rangkaian sistem kendali dan potensio meter.
Rangkaian gear tersebut berfungsi untuk memperlambat putaran
poros juga meningkatka torsi pada motor servo tersebut, dan
potensio meter berfungsi untuk menentukan batas putaran motor
17
servo. Bentuk dari pada motor servo sendiri dapat dilihat pada
Gambar 2.8 di bawah ini.
Gambar 2.8. Motor servo (Yasuigawa, 2012).
Pada dasarnya motor servo dikendalikan oleh PWM (pulse width
modulation), dimana pulsa diatur pada frekuensi 20ms. Untuk
motor servo kecil jangkauan lebar pulsanya adalah 1 ms sampai 2
ms, dimana agar motor servo dapat bergerak 90 derajat maka pulsa
yng diperlukan adalah 1,5 ms dan agar motor dapat bergerak 180
derajat maka lebar pulsa yang diperlukan adalah 2 ms. Dan
berdasarkan rotasinya, servo terbagi menjadi 2 jenis, yaitu servo
yang dapat berputar 90 derajat dan servo yang dapat berputar 180
derajat. Bentuk posisi gerak motor servo yang dikendalikan oleh
lebar pulsa ditunjukan pada gambar 2.9 di bawah.
18
Gambar 2.9. Posisi gerak motor servo (Yasuigawa, 2012).
Cara menjalankan motor servo jelas berbeda dengan motor DC,
karena servo memerlukan sumber listrik atau tegangan dan juga
memrlukan sinyal kontrol. Besarnya tegangan juga tergantung pada
spesifikasi motor servo tersebut (Yasuigawa, 2012).
2.6.2 Servo Valve
Servo valve merupakan katup yang diopeerasikan secara elektrik
untuk mengontrol aliran fluida. Servo valve sering digunakan untuk
mengontrol silinder hidrolik yang kuat dengan sinyal listrik yang
sangat kecil. Servo valve sendiri dapat dengan akurat memberikan
kontrol posisi gerak, kecepatan, tekanan dan gaya yang tepat.
Fungsi dari katup ini adalah untuk mengontrol aliran fluiada yang
berasal dari hydraulic power pack dengan melewati servovalve
kemudian dialirkan menuju aktuator. Selain itu servo valve juga
akan mengontrol gerak buka dan tutup aktuator, dimana pergerakan
19
tersebut dikendalikan oleh instrument elektronika dengan sinyal
masuk dari luar. Bentuk dari servo valve atau katup berbasis servo
dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Servo valve (Zaenal, 2014).
Servo valve memiliki pintu masuk P dan pintu keluar P juga dengan
2 pintu keluar A dan B. Fluida dengan tekanan tertentu akan masuk
melalui pintu masuk P dan akan keluar melalu pintu keluar P. Jika
pintu A/B belum terbuka maka fluida akan kembali ke tanki. Saat
fluida mengalir melalui pintu A, maka secara otomatis pintu B
menjadi pintu keluaran fluida, dimana pintu B tersebut terhubung
dengan pintu keluar P. Sebaliknya pun begitu, saat pintu B
digunakan untuk mengaliri fluida, maka secara otomatis pintu S
menjadipintu keluar fluida. Mekanisme tersebut diatur dengan
menggunakan instrument elektronik, dimana pada saat mekanisme
dijalankan terjadi kolerasi antara sinyal masuk yang diberikan
dengan jumlah volume fluida yang keluar dari pintu A/B (Zenal,
2014).
20
2.6.3 Solenoid
Solenoid merupakan katup yang menggunakan arus listrik AC
ataupun DC dan juga elemen elektronika yang paling banyak
digunakan dalam pengendalian sistem fluida. Solenoid terdiri dari
sebuah kumparan kawat jika dialirkan arus listrik maka akan
menghasilkan medan maknet yang nantinya akan menggerakkan
plunger. Katup solenoid dapat menghasilkan gerakan yang linier
namun dengan menggunakan media listrik. Selain itu, gerakan
linier tersebut juga dapat dihasilkan dengan menggunakan media
fluida cair maupun gas untuk memindahkan barang. .Solenoid
memiliki fungsi untuk menghentikan laju masuk bahan bakar
menuju idle port, sehingga membuat bahan bakar tidak keluar dari
idle port agar memungkinkan tidak terjadi nya dieseling (mesin
masih hidup ketika kunci kontak off). Gambaran bentuk dari
solenoid dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11. Solenoid (Putra, 2010).
21
Prinsip kerja dari solenoid valve yaitu saat katup listrik yang
memiliki koil yang berfungsi sebagai penggerak mendapatkan
tergangan masuk, maka koil tersebut akan berubah menjadi medan
magnet dan dapat menggerakan piston pada bagian dalamnya.
Tegangan kerja solenoid valve ini biasanya 100/200 VAC tetapi ada
juga yang mempunyai tegangan kerja DC.
Gambar 2.12. Struktur fungsi solenoid valve pneumatic (Perdana,
2014).
Gambar 2.12 merupakan gambaran bagian-bagian dari solenoid yang
dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Valve Body
2. Terminal masukan (Inlet Port)
3. Terminal keluaran (Outlet Port)
4. Terminal slot power suplai tegangan
5. Kumparan gulungan (koil)
6. Spring
7. Pluger
8. Lubang / exhaust
22
Sistem coil magnetic pada solenoid valve sama seperti relay yang
hanya memiliki dua kondisi, yaitu kondisi on (energized) dan
kondisi off (de-energized). Untuk menggerakan valve actuator, alat
ini membutuhkan tekanan angin dengan tekanan yang disesuaikan
dengan jenis actuator valve tersebut. Solenoid valve merupakan
jenis katup dengan responsibilitas yang cukup cepat. Maka dari itu
sangat cocok digunakan untuk sistem konstrol yang membutuhkan
respon dengan kecepatan tinggi (Perdana, 2014).
III. METODELOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Proses perancangan dan simulasi dilakukan di Laboratorium Mekatronika
Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Penelitian akan dimulai pada
bulan Maret hingga bulan Mei 2018, dengan jadwal kegiatan yang akan
dijelaskan pada tabel berikut:
Tabel 3.1. Jadwal Penelitian
Nama Kegiatan Maret April Mei Juni
1 Seminar Usul
2 Perancangan
Sistem
3 Pembuatan
Sistem
4 Pengujian
5 Pengolahan Data
6 Seminar Hasil
24
Sudah
Belum
Mulai
Apakah rancangan pemrograman
dan rangkaian sistem sudah benar?
Analisi data dan simulasi sistem
Kesimpulan
Selesai
Perancangan Sistem
Studi Literatur
1. Memasang input berupa Sensor Termokopel
2. Merancang Program
3. Mengmasukan program ke dalam software Arduino Uno
Melakukan pengujian yang meliputi:
1. Apakah sensor dapat membaca suhue yang diberikan?
2. Apakah valve dapat bergerak sesuai perintah yang diberikan
oleh sensor.
Membuat rancangan control valve system
Menentukan sensor dan akuator yang dipakai
1. Komponen yang digunakan: Arduino Uno
2. Sensor yang digunakan: Sensor Termokopel Tipe
3. Akuator yang digunakan: valve
3.2 Diagram Alur Penelitian
25
Berikut adalah alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini:
1. Arduino
Arduino digunakan untuk merancang sistem pengolahan data yang
dibaca oleh sensor.
2. Sensor Suhu
Sensor suhu yang digunakan adalah LM35, sensor ini digunakan
untuk membaca suhu pada reaktor.
3. Aktuator
Pada pengujian kali ini aktuator yang digunakan adalah motor servo.
4. Kabel Jumper
Kabel jumper digunakan untuk menghubungkan arus pada rangkaian.
5. Breadboard
Breadboard ini digunakan sebagai tempat pembuatan rangkaian
sementara sebelum dilakukannya pengujian yang sebenarnya.
Sebelum perancangan pembuatan sistem keseluruhan, tahap awal adalah
dengan pembuatan tahapa dasar sistem kendali. Untuk tahapan atau
langkah-langkah pembuatan sistem pada pengujian yang akan dilakukan
adalah:
3.3 Alat Dan Bahan
3.4 Pembuatan Rangkain
26
+
S
et
P
oi
nt
Su
hu
-
1. Control Logic
Berikut adalah desain control logic yang akan dibuat yaitu
perancangan pengendalian suhue dengan prinsip buka tutup katup:
Gambar 3.1. Rancangan Control Logic
2. Pembuatan Perangkat Keras
Tahap pembuatan perangkat keras ini meliputi pembuatan
perancangan awal, yaitu pemasangan komponen yang dengan
membuat rangkaian sederhana yang bersifat sementara dengan
menggunakan potensio meter dan menghubungkannya pada
mikrokontroler. Setelah itu pembuatan perangkan mekanis meliputi
pembuatan permodelan.
3. Pembuatan Perangkat Lunak
Pembuatan perangkat lunak meliputi pembuatan listing program
dengan menggunakan bahasa pemrograman C. Program ini berfungsi
untuk mengatur semua kerja perangkat keras yang dihubungkan dan
dirangkai dengan arduino. Pembuatan program sendiri memiliki
beberapa tahapan, yaitu:
Microcontro
ller
(Arduino
Uno)
Sensor suhu
Actuator
(motor
servo)
Sistem
Torefaksi
27
a. Membuat control logic untuk tahapan sebelum pemrograman
C dibuat.
b. Pembuatan pemrograman C dengan referensi dari control
logic yang dibuat sebelumnya.
c. Pengecekan listing program agar tidak terdapat kesalahan
dalam penulisan programnya.
d. Memasukan listing program ke dalam arduino.
Berikut akan dijelaskan prosedur penelitian yang akan dilakukan:
1. Melakukan persiapan pengujian
Persiapan pengujian meliputi pemeriksaan keadaan komponen
elektronika yang digunakan untuk merangkai perangkat keras, agar
pada saat pengujian tidak terjadi kerusakan atau kelasahan pada
komponen yang akan diuji.
2. Melakukan Pengujian Sistem Otomasi
Tahap pengujian otomasi dapat dilakukan apabila semua tahap
pembuatan software dan hardware telah dilakukan. Pengujian
dilakukan untuk mengetahui kesalahan yang terjadi dari pembuatan
software dan hardware. Pengujian dilakukan untuk memastikan
bahwa listing program yang dibuat sudah benar dan sesuai. Untuk
melakukan pengujian software diperlukan ketelitian yang tinggi.
Apabila saat pengujian dilakukan didapatkan kesalahan, maka perlu
3.5 Prosedur Penelitian
28
dilakukan troubleshooting untuk mengetahui letak kesalahan pada
sistem yang dibuat.
Berhasil tidaknya dilihati saat pengujian sistem dilakukan dan
dikatakan berhasil apabila sistem yang dikontrol oleh mikrokontroler
berjalan dengan baik dan perangkat keras bekerja memenuhi set
point yang telah ditentukan sebelumnya.
Best Practice pembuatan otomasi untuk reaktor torefaksi ini, yaitu:
1. Menentukan batas maksimal dan batas minimal suhu yang
digunakan untuk proses konversi biomassa. Penambahan set point
dilakukan agar suhu di dalam ruangan tetap stabil dan membuat
bahan terbakar dengan baik.
2. Membandingkan waktu delay aktuator menerima sinyal dan waktu
delay aktuator meresponnya dengan menggunakan dua media
pembanding, yaitu saat nilai suhu dianalogikan dengan potensio
meter dan saat menggunakan suhu aktual dengan media air panas.
Hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan nilai best time response
dari motor servo saat menerima sinyal dari sensor suhu tersebut.
Pengujian yang akan dilakukan yaitu mencari nilai best time
response katup membuka dan menutup juga ke akurasian katup
merespon sinyal dari sensor suhu.
3.6 Pelaksanaan Penelitian
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Berdasarkan data hasil pengujian yang telah dibahas pada bab sebelumnya,
didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Sistem pengendalian temperatur berbasis mikrokontroler ini dapat berjalan
dengan baik dan sesuai dengan tahapan perancangan perangkat keras dan
perangkat lunak.
2. Delay yang diperoleh pada pengujian ini sebesar 100 mili detik, dimana pada
saat sensor mendeteksi kondisi suhu awal, loop tidak langsung dijalankan
atau aktuator tidak langsung merespon, melaikan ada penundaan waktu untuk
proses menjalankan sistemnya yaitu sebesar 100 ms dan aktuator baru
merespon 100 mili detik setelahnya.
3. Semakin kecil nilai delay waktu yang digunakan maka semakin baik prosesor
menerima dan menjalankan perintah.
50
5.2 Saran
Adapun saran yang didapatkan sebagai pertimbanan penelitian selanjutnya adalah:
1. Dikarenakan sistem ini hanya menggunakan serial monitor pada arduino,
sebaiknya pada penelitian berikutnya dapat diambahkan LCD (Liquid Cryctal
Display ) yang berfungsi untuk pemantauan temperatur dapat terlihat dengan
jelas.
2. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai penggunaan sistem
pengendalian temperatur berbasis mikrokontroler dengan
mengimplementasikannya langsung ke reaktor torefaksi.
51
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2017. Arduino For Beginner. Maker Space
Anonim. 2014. Pengertian Sistem Kendali. Universitas Lampung
Barnett, H.R. 1995. The 8051 Family of Microcontroller. Pennsylvania State
University
Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. Universitas Trisakti
Indo, W.E. 2014. Manual MAX6675 K-Type Thermocouple Temperature Sensor.
Semarang
Instrument. 1999. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. Texas
Instrument Incorporated
ITS. 2015. Modul Pelatihan Mikrokontroler. Institut Teknologi Sepuluh Nopembe
Perdana, R.K. 2014. Sistem Kendali Solenoid Valve Dengan Kontrol Joystik Pada
Robot Manual Pengangkat Dan Pemindah Barang. Politeknik Negri
Sriwijaya
52
Petruzella, D.F. 2011. Programmable Logic Controllers Fourthh EditionI.
McGraw-Hill Companies, New York
Putra, D.F.I. 2010. Makalah Aktuator. Universitas Katolik Parahiyangan
Quer, J.C. 2014. The Arduino Uno is A Microcontroller Board Based.
Radiospares
Roestomo, I. 2015. Alat Akusisi Data Sensor Termokopel 8 Kanal Dengan
Mikrokontroler. Universitas Kristen Satya Wacana
Setiawan, Y. 2011. Termokopel Tipe-K. Universitas Kristen Marantha
Yasuigawa. 2012. Tentang Servo. PT Yasuigawa Siliwangi Elektrik
Indonesia
Zaputra, A.O. 2016. Rancangan Bangun Alat Pendeteksi Suhu Pada Tambal Ban
Dengan Metode Logika Fuzzy Menggunakan Mikrokontroler Atmega
8535. Politeknik Negeri Sriwijaya.
Zenal, H. 2014. Konsep Desain Alat Uji Kinerja Servo-Valve. Balai Besar
Teknologi Kekuatan Struktur.