pengaturan tekanan pada sandblasting dengan metode pid
TRANSCRIPT
JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1
23
Abstrak — Metode pada sandblasting yang digunakan
pada penelitian ini adalah metode PID yang digunakan untuk
mengatur putaran motor stepper dan motor DC pada proses
sandblast. Compressor akan mengatur tekanan menuju
sandblasting sedangkan sandblasting akan mengatur kedua
motor untuk keluaran pasir dan keluaran anginpada
compressor. Compressor diatur tekanan menurut set point dan
diatur dua motor yaitu motor DC untuk mengatur keluaran
pasir silica pada tabung dan motor stepper mengatur keluaran
angin yang di transfer melalui compressor menuju ke nozzle
untuk mengeluarkan pasir silica (steel grill). Ukuran pasir besi
yang digunakan diameter antara 0,5 mm – 0,8 mm dengan
dibantu udara bertekanan sesuai setpoint proses yang saya
buat adalah Dry Sandblasting. Hasil Tekanan sandblasting
dengan setpoint 80 psi dari Kp 40 Ki 7 Kd 20. Didapatkan
nilai nilai (Td)= 0 Detikt, (Tr)=83,5 Detik (Tp) = 4 Detik Ts =
81,5 DetikDari hasil pengujian sistemmenunjukkan bahwa
metode PID cukup berhasil digunakan untuk menstabilkan
tekanan dan putaran motor stepper dan motor DC.
Kata kunci : sensor mpx 5700 ap, metode PID, motor
Stepper, motor DC.
I. PENDAHULUAN
ndbalsting adalah proses penyemprotan material
dengan bahan abrasive (kasar), biasanya berupa
pasir silika atau steel grill dengan tekanan tinggi
pada suatu permukaan dengan tujuan untuk
menghilangkan suatu material – material seperti karat, garam,
cat dan oli yang menempel. Selain itu juga bertujuan untuk
membuat profile (kekasaran) pada permukaan metal sehingga
kekasarannya dapat disesuaikan dengan ukuran pasirnya dan
tekanannya. Blasting dapat dikategorikan sebagai
surfacetreatment yang dapat diaplikasikan pada dunia
keteknikan seperti pada pembuatan tangki.
Dalam suatu sandblasting, faktor yang mempengaruhi
Jules Dwi Yunantoko Abdillah adalah mahasiswa D4
Teknik Elektronika Politeknik Negeri Malang, email:
Totok Winarno dan Mila Fauziyah adalah dosen
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang
proses blasting adalah preessure (tekanan). Tekanan berfungsi
sebagai variable untuk memebersihkan permukaan
kontak.Tekanan yang . Oleh karena itu penentuan tekanan
yang tepat diharapkan dapat menunjang fungsi blasting
sehingga dapat meningkatkan hasil yang maksimal.
Pada pengaturan sandblasting yang diatur adalah tekanan
compressor menuju sandblasting, untuk mengatur keluar
masuk angin pada compressor diatur dengan motor stepper.
Dikarenakan motor stepper torsinya mencukupi memutar
valve, untuk mengatur keluaran pasir pada tabung agar pasir
keluar dari nozzle adalah motor DC biasa. Pada tekanan
sandblasting sangat dianjurkan memakai compressor tinggi
minimal 80 psi dikarenakan sudah mencukupi bila hanya
membersikan karat besi-besi biasa. Pada pemakaian
sandblasting sangat juga dianjurkan memakai baju yang safety
antara sepatu, masker, helm, dan kacamata. Pada bahan baku
pasir silika sangat berbahaya bagi kesehatan pernafasan
manusia.
Pengaturan tekanan pada sandblasting dengan metode PID
memiliki kemampuan antara lain untuk mengatur tekanan
yang kita sesuaikan dari karak tersebut, dengan pengaturan
tekananan ini kita dapat mengubah tekanan dari hight, medium
dan low yang kita sesuaikan dengan kondisi karak dari yang
tebal dan juga tipis. Dengan pengaturan tekanan tersebut kita
dapat meminimalisir kegunaan dari angin di compressor dan
pasir silika/steel grill.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikrokontroler Arduinon Uno
Pada Arduino Uno ini sebenarnya adalah salah satu
mikrokontroler yang berbasis pada ATmega28. Modul ini
sudah dilengkapi dengan berbagai hal yang dibutuhkan untuk
mendukung mikrokontroler untuk bekerja, tinggal colokkan ke
power supply atau sambungkan melalui kabel USB ke PC
Arduino Uno ini sudah siap sedia. Arduino Uno ini
mempunyai 14 pin digital input/output, 6analog input, pada
sebuah resonator 16MHz, koneksi USB, colokan power input,
ICSP header, dan sebuah tombol reset.
2.2 Sensor MPX 5700 AP
Sensor MPX5700AP adalah alat elektronika yang bisa
mengetahui besaran tekanan udara dalam sebuah benda, baik
itu didalam botol, didalam ban, dan lainnya. Sensor ini bisa
mengukur dengan range 0 – 700 kPa (0 – 101.5 psi), 15 – 700
Pengaturan Tekanan pada Sandblasting dengan
Metode PID Berbasis Arduino
Jules Dwi Y A, Totok Winarno, Mila Fauziyah
s
JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1
24
kPa (2.18 –101.5 psi), serta tegangan outputnya berada
dirange 0,2to 4.7 volt. Berikut ini penjelasan gambar dan
detailnya.
Gambar 1Sensor MPX 5700 AP
2.3 Proses tekanan sandblasting
Gambar 2 Skema system Sandblasting
Sandbalsting adalah proses penyemprotan material
dengan bahan abrasive, bahan dasar yang digunkan adalah
berupa pasir silika atau steel grill dengan tekanan tinggi pada
suatu permukaan dengan tujuan untuk menghilangkan suatu
material – material seperti karat,garam,cat dan oli yang
menempel pada besi mobil.
Gambar 3Prinsip Kerja Sandblasting
2.4 Motor Stepper
Motor Stepper adalah perangkat elektromekanis yang
bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan
mekanis diskrit. Motor Stepper bergerak berdasarkan urutan
pulsa yang diberikan kepada motor karena itu, untuk
menggerakkannya diperlukan pengendali motor stepper yang
membangkitkan pulsa-pulsa periodic.
Ada perbandingan pada motor stepper yang di unggulkan
daripada motor DC biasa ialah :
1. Pada suatu sudut rotasi pada motor proporsional dengan
pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur dan di pahami
2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat
mulai bergerak
3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara
presisi
4. Memiliki suatu respon yang sangat baik dan akurat
terhadap mulai, berhenti dan berbalik pada suatu (putaran)
5. Sangat baik karena tidak adanya sikat yang bersentuh
dengan rotor seperti pada motor DC
6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga
beban dapat dikopel langsung
keporosnya
7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan
mudah pada range yang luas
2.5 PID ( Proportional Integral Derrivative )
PID adalah suatu sistem kendali untuk menentukan presisi
suatu system pada instrumentasi dengan karakteristik yang
adanya umpan balik pada sistem tesebut.
Gambar 4 Blok Diagram PID
Sistem kontrol PID memiliki tiga buah parameter
penyusun yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I
(Integral), yang setiap parameter tersebut memiliki kelebihan
dan kekurangan masing-masing. Dalam implementasinya
parameter PIDdapat dapat bekerja sendiri ataupun gabungan
diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID, hal yang
perlu dilakukan yaitu mengatur besarnya nilai parameter P, I
atau D agar tanggapan/respon sinyal keluaran system terhadap
masukan tertentu sesuai dengan sebagaimana yang diiginkan.
pembangkit udara bertekanan
pipa 2 menuju pada nozzle
pipa 1 menuju tabung pasir
udara bertekanan dan pasir keluar melalui nozzle
dilewatkan pada dua pipa
JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1
25
III. METODOLOGI
3.1 Diagram Blok Kontrol
Berikut merupakan diagram dari sistem ini ditunjukkan
pada Gambar 5.
KONTROL PID
SENSOR TEKANAN
PEMBENTUKAN MOTOR STEPPER
SET POINT TEKANANPWM
Gambar 5 Blok Diagram Kontrol
3.2 Prinsip Kerja
Prinsip kerja dari alat ini adalah Pengontrolan tekanan
pada compressor menuju Sandblasting. setpoint yang akan
dikontrol tekananya maskimal 80 psi melalui compressor
menuju sandblasting. Pendeteksian akan dilakukan oleh
sensor mpx5700ap yang akan membaca besar tekanan untuk
dijadikan setpoint, data yang diperoleh oleh sensor tekanan
akan menjadi input controller PID yang akan diproses pada
Arduino UNO. Pada setpoint yang ditentukan yang di
inputkan memalui Push Button. Pada valve atas menggunakan
motor stepper untuk membuka menutup tekanan angin pada
compressor, Pada pembukaan valve bawah yang
menggunakan motor DC yang akan membuka/menutup pasir
yangakan dikeluarkan. Proses pengontrolan pembukaan
presentasi valve akan bekerja secara continew hingga
mencapai setpoint yang telah ditentukan. Indikasi dari
parameter tekanan akan ditampilkan pada LCD.
3.3 Spesifikasi Alat
Pada penelitian ini spesifikasi alat sebagai berikut :
a. Box Elektric
- Bahan : Plastik
- Ukuran : 10x20x8 cm
b. Mekanik
- Bahan : Besi
- Ukuran corong : 25x25 cm
- Ukuran tabung : 25 cm
- Ukuran kaki : 40 cm
- Alas box elektric : 20x35 cm
- Tinggi Alat : 65 cm
3.4 Desain Mekanik
Gambar 6 Tampak Belakang
Gambar 7 Tampak Atas
Gambar 8 Tampak Samping
JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1
26
3.5 Perancangan Rangkaian Elektrik
Pada perancangan rangkaian elektrik ini memiliki
spesifikasi sebagai berikut:
Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino
Uno
Pengukuran tekanan sensor MPX5700AP
Penggerak sensor tekanan menggunakan motor
stepper.
Motor DC geared 12V torsi 10 kg
Penampilan display LCD 16x2.
Power supply 12V
Gambar 9 Skematik Keseluruan
3.6 Perancangan Driver Motor L298N
Pada perancang driver motor DC menggunakan driver
motor DC L298N, driver motor ini merupakan driver dengan
rangkaian H-bridge. Driver L298N dapat secara langsung
mengontrol dua motor DC 3-30V, dan menyediakan antar
muka kaluaran 5 V. Driver motor DCMP menggunakan IC
L298N adalah seperti halnya H-bridge. Pada masing-masing
kaki basis transistor H-bridge dihubungkan dengan sebuah
gerbang logika AND yang salah satu kaki inputnya digabung
dan dihubungkan dengan In1 (Input1) dan In2 (Input2).
Kemudian input salah satugerbang AND. memiliki 14 pin
yang memiliki fungsi-fungsi tersendiri, berikut :
Gambar 10 Skematik Driver Motor
Gambar 11 Rangkaian Aplikasi Driver Motor
Driver motor DC Ic L298D memiliki feature yang
lengkap untuk sebuah driver motor DC sehingga dapat
diaplikasikan dalam beberapa teknik driver motor DC dan
dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor
DC. Feature yang dimiliki driver motor DC IC L298D sesuai
dengan datasheet adalah sebagai berikut :
* Wide Supply - voltage range :4.5 V –36 V
* Separate inputlogic supply
* Internal USD protection
* Thermal Shutdown
* Hight-noise-inminity inputs
* Funcnionaly similar to SGS L293 – SGS L293D
3.7 Perancangan Software
Dalam perancangan dan pembuatan software ini
menggunakan mikrokontroler Arduino. Bahasa pemrograman
yang digunakan adalah bahasa C. Mikrokontroler akan
mengolah data input yang diberikan oleh sensor suhu, push
button dan data feedback dari pembacaan sensor tekanan mpx
5700 apa. Maka data-data yang diterima olah arduino
digunakan untuk mengontrol jalan nya system keseluruhan
serta intuk mengontrol motor stepper. Berikut adalah
flowchart dari perancangan software
Start
InisialisasiPort
Mengatur Nilai Konstata PID
Mengatur Nilai Set Point
Sensor Tekanan==
Set Point
Sensor Tekanan<
Set Point
Sensor Tekanan >
Set Point
MempertahankanBukaan Valve
MenutupBukaan Valve
MembukaBukaanValve
Baca Sensor Tekanan
Gambar 13 Flowchart Program
JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1
27
3.8 Perancangan Kontrol PID
Pada perancangan kontrol PID menggunakan metode
trial and error untuk tuning nilai parameter Kp, Ki, dan Kd
dari kontrol PID. Nilai dari parameter PID sangat
mempengaruhi kestabilan pada motor untuk proses
pengadukan.
Langkah untuk menentukan nilai parameter PID yaitu
dengan cara trial and error. Metode trial and error dilakukan
dengan cara memasukkan nilai Kp, Ki dan Kd secara acak.
Memasukkan nilai parameter Kp, Ki dan Kd hingga hasil
pembacaan sensor rotary encoder memiliki error yang
seminimal mungkin.
IV. HASIL DAN ANALISA
4.1 Pengujian Sensor Tekanan
Pengujian Sensor MPX 5700AP dengan perintah
interuksi yang akan selalu discounter setiap sensor setiap
sensor pembaca tekanan. Pressure sensor mpx5700ap
dikalibrasi dengan menggunakan program ADC pada
mikrokontroler/Arduino demi mendapatkan batas maksimum
tekanan.
Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor Tekanan
Dalam mencari nilai error didapatkan dari perhitungan
berikut :
x 100 %.
Dari hasil tabel 1 didapatkan nilai selisih antara
pembacaan sensor LM35 dengan thermometer. Selisih dari
pembacaan tersebut dihitung menggunakan persamaan
sehingga mendapatkan nilai error. Error rata-rata yang
didapatkan sebesar 0.84 %.
4.2 Pengujian Motor Stepper
Tabel 2. Hasil Pengujian Motor Stepper
Untuk mempermudah dalam memberikan sinyal motor
stepper dalam memeberikan sinyal motor stepper dalam suatu
kali merubah sudut motor stepper dalam suatu kali merubah
sudut motor stepper diberikan pemberian sinyal step I sampai
step IV secara berurutan secara langsung. Jadi dalam merubah
sudut putar dalam sekali pemberian sinyal adalah sebesar 7,2º
4.3 Pengujian Kontrol PID
Pengujian respon dari PID dilakukan dengan
memberikan dengan memberikan konstanta Kp, Ki serta Kd
satu persatu. Pertama – tama system akan memberikan control
Kp saja, kemudian itu diberikan nilai Ki, kemudian diberikan
nilai Kd. Setelah didapatkan respon system dengan konstanta
kontoller PID, kemudian respon system akan kembali diuji
dengan diberikan nilai konstanta Kp, Ki dan Kd yang berbeda.
Respon system adalah kecepatan nilai PV mencapai nilai SP.
Dalam hal ini nilai PV adalah nilai sudut dari pembacaan
sensor mpx5700ap, dan nilai setpoint adalah nilai setpoint dari
elevasi, yang didapatkan berdasarkan data pengujian tekanan
dan analisa
Hasil respon sistem Kp = 40; Ki = 0; Kd = 0 dengan
setpoint 80 :
Gambar 15 Respon Sistem Trial and Error Kp = 40; Ki = 0;
Kd = 0 dengan setpoint 80
Performa respon kurva Hasil
Td (Waktu Tunda) 0 Detik
Tr (Waktu Naik) 83,5 Detik
Ts (Setting Time) 81,5 Detik
Tp (Waktu Puncak) 4 Detik
Ess (eror stady state) 0%
Dari gambar 15 dapat diketahui nilai Error Steady State dari
grafik :
Hasil respon sistem Kp = 40; Ki = 0; Kd = 20 dengan setpoint
80 :
Kp 40, Ki 0, Kd 0
Pembacaan
Tekanan Gauge
(PSI)
Pembacaan
Tekanan Sensor
(PSI)
Error (%)
10 10 0
20 20 0
30 30 0
40 40 0
50 49 2
60 60 0
70 70 0
80 80 0
90 89 1.9
Rata-rata error (%) 0.39
Step Input
Motor
I
Input
Motor
II
Input
Motor
III
Inpur
Motor
IV
Perubahan
sudut
Motor
1 Hight Low Low Low 1,8º
2 Low Hight Low Low 1,8º
3 Low Low Hight Low 1,8º
4 Low Low Low Hight 1,8º
JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1
28
Gambar 16 Respon Sistem Trial and Error Kp = 40; Ki = 0;
Kd = 20 dengan setpoint 80
Dari gambar 16 dapat diketahui nilai Error Steady State dari
grafik :
Performa respon kurva Hasil
Td (Waktu Tunda) 0 Detik
Tr (Waktu Naik) 83,5 Detik
Ts (Setting Time) 81,5 Detik
Tp (Waktu Puncak) 4 Detik
Ess (eror stady state) 0%
V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah
dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa system yang telah
dibuat pada system pengaturan tekanan kompresor menuju
sandblasting dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan
rancangan. Berikut merupakan kesimpulan yang telah
didapatkan :
1. Control PID dapat digunakan pada system yang
membutuhkan respon menstabilkan pengeluaran
tekanan yang diinginkan secara otomatis.
2. Dalam memperoleh nilai konstanta PID pada system
pengontrolan tekanan pada kompresor dapat digunakan
metode tunning trial anda error sehingga dapat
diperoleh nilai konstanta PID yang sesuai pada system.
3. Dengan mengimplementasikan metode PID
(Proportional Integral Derivative) dengan nilai Kp =
40, Ki=7 dan Kd=20 pada base tekanan sandblasting,
metode PID mampumempercepat respon menuju
setpoint yangtelah ditentukan. Diperoleh rise time (tr)
kurang dari 1 sekon lebih cepat disbanding dengan
control P,PI,PD.
5.2 Saran
Pada alat sandblasting mempunyai saran. Berikut
disarankan perbaiakan dan penyempurnaan yaitu :
1. Tekanan pada sandblasting seharusnya diperkuat pada
compressor.
2. Perancangan mekanik guna meningkatkan daya tekan.
3. Selain dengan control PID sebagai controller, untuk
bisa digunakan pada system ini ada metode lain selain
PID. Seperti fuzzy dan hybrid.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ashari, Agung. (2008). Pengaruh Tekanan Udara Terhadap laju
Pengikisan Plat Baja ST 37 Pada Proses Sandblasting. Diakses
(Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta). Diakses 10
Desember 2013.
[2 ]Juhanda, S. (2011). Studi Eksperimen pengaruh tekanan dan waktu
sandblasting terhadap kekasaran permukaan. Diakses 07
November2013
[3] Kurniawan, Erik. (2010). Proses Pengaruh Tekanan Udara Terhadap
Pengikisan Cat pada Proses Sandblasting. Diakses 10 Desember 2013
[4] Parashar, Shikha. (2013), Pressure face Treatment Of all Material By
Sandblasting. Diakses 01 January 2016.
[5] Rosidah, Ardinilah. (2012), Analisis Kekerasan Permukaan Pada
Proses SandBlasting Dengan Variasi Jarak,Tekanan Pada Plat A37
Menggunakan Metode Box Behnken. (Politeknik Perkapalan
Surabaya).Diakses 02 November 2015.
[6] Sidik, Patomo. (2013), Pengaruh Waktu Pada sudut Penyemprotan
Pada SandBlasting Terhadap Laju Korosi Hasil Pengecatan Baja AISI
430 (Politeknik Perkapalan Surabaya). Diakses 02 November 2014.
[7] Wibaya, Samuel Ari. (2010), “Facilites Planing Workshop For
Blasting Support The Acivity Of Development And Repair Ship In PT.
Jasa Marina Indah unit II”(Teknik Perkapalan Universitas di
Ponegoro). Diakses 10 Oktober 2016.
Kp 40, Ki 0, Kd 20