II-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Sistem pemanas air yang canggih banyak dibutuhkan di dunia industri salah

satunya adalah untuk mensterilisasikan alat-alat yang dipakai pada proses produksi.

Dalam membuat simulasi pemanas air ini beberapa peneliti telah melakukan

penelitian. Agung S. Majid(2014) telah melakukan penelitian membuat simulasi

pemanas air dengan metode PID berbasis Mikrokontroler AT90S8515, yang

berjudul “Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID Berbasis

Mikrokontroler AT90S8515”. Peneliti mengatakan dengan menggunakan sensor

LM35DZ sistem pengaturan temperatur yang dibuat mampu mempertahankan suhu

sesuai dengan yang diingikan, tetapi peneliti memberi saran untuk menggunakan

sensor yang memiliki keakuratan dan stabilisasi yang cukup baik [8].

Kemudian Reynaldo, Fiky, dan Porman(2015) melakukan penelitian

pembuatan simulasi pemanas air dengan metode PID berbasis Arduino, yang

berjudul “Rancang Bangun Sistem Kontrol Level dan Temperatur Boiler dengan

Metode PID dan Kontrol Dua Posisi”. Peneliti mengatakan bahwa akurasi kontrol

suhu dengan parameter PID mencapai 99% dan sensor thermocouple type K yang

dihubungkan dengan AD595 sebagai penguat mempunyai akurasi 98% [9].

Ditinjau dari penelitian sebelumnya, penulis akan melakukan penelitian

membuat simulasi pemanas air dengan metode metode PI karena lebih cocok untuk

karakteristik heater dan menghasilkan respon yang lebih baik dibandingkan dengan

menggunakan PID. Pada penelitian sebelumnya kontrol yang digunakan adalah

mikrokontroler maka penulis akan mecoba menggunakan PLC sebagai kontroler

dan mencoba menggunakan sensor LM35DZ karena percobaan sebelumnya

mengatakan bahwa sensor mampu mempertahankan suhu sesuai dengan yang

diinginkan.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-2

Penggunaan PLC dalam penelitian ini penulis akan memakai PLC dari merk

yang berbeda. Sebelumnya penelitian telat dilakukan oleh Ferdina, Ismail, dan

Yuliadi(2015) pada penelitian yang berjudul “Rancang Bangun Jaringan

Komunikasi Multi PLC dengan Platform Sistem SCADA-DCS Terintegrasi”, pada

penelitiannya peneliti menggunakan tiga buah PLC berbeda merk sebagai master-

slave, peneliti mengatakan sistem pengendalian plant yang dikendalikan dengan

multi PLC ini dapat mengetahui status koneksi PLC slave, dalam penelitiannya ini

peneliti membuat lampu lalu lintas pada slave 1 dan pemanas air pada slave 2.

Kedua slave hanya berupa simulasi menggunakan software Vijeo Citect yang juga

digunakan sebagai HMI (Human Machine Interface). Lalu peneliti memberi saran

untuk menggunakan sistem komunikasi multi PLC ini pada sistem pengendalian

plant yang asli dan lebih kompleks [5].

Untuk itu penulis akan membuat simulasi asli dari pemanas air seperti yang

telah disebutkan di paragraf sebelumnya. Slave 1 akan mengontrol pompa untuk

pengadaan air sebelum dipanaskan dengan PLC Schneider TM221CE16R dan slave

2 akan mengontrol heater dengan metode PI untuk mencapai dan mempertahankan

temperatur sesuai dengan yang diinginkan dengan PLC Omron CP1H dengan

menggunakan sensor LM35DZ.

2.2 Landasan Teori

Selain tinjauan pustaka, pada BAB II ini akan dibahas menganai beberapa teori

yang mendasari penelitian yang dilakukan oleh penulis. Dasar teori dilengkapi

dengan beberapa penjelasan yang lebih spesifik pada penelitian yang dilakukan.

2.2.1 PLC (Programmable Logic Control)

Programmable Logic Controller (PLC) merupakan perangkat komputer yang

dirancang untuk mengontrol dan mengawasi suatu proses. Pengontrolan dapat

berupa kontrol on-off atau kontrol kontinyu [11].

2.2.1.1 Prinsip Kerja PLC (Programmable Logic Control)

Cara kerja PLC ini dengan menghubungkan bagian input dengan sensor dan

bagian output dengan alat yang akan dikontrol. Program yang telah dibuat dan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-3

disimpan didalam memori akan bekerja sesuai dengan input dan output yang telah

dibuat. PLC juga memiliki memori dengan instruksi khusus seperti logika,

aritmatika, dan sekuensial. PLC juga memiliki input-output berupa digital dan

analog.

2.2.1.2 Bagian-bagian Dasar PLC (Programmable Logic Control)

Gambar II.1 Diagram Blok PLC

PLC memiliki bagian-bagian seperti berikut ini :

1. Central Processing Unit ( CPU )

CPU memiliki fungsi sebagai pengontrol dan pengawas jalannya operasi dan

menjalankan program yang tersimpan dalam memori.

2. Memori

Memori pada PLC memiliki fungsi untuk menyimpan program yang telah

dibuat dan memberi lokasi dari perhitungan yang disimpan pada memori.

3. Input/Output

Input dan output dari PLC ini memiliki nomor dan alamat khusus yang

digunakan dalam membuat program yang berfungsi untuk memonitor setiap

aktifitas input dan output tersebut.

4. Power Supply

Power Suplly berfungsi untuk merubah tegangan dari PLN yaitu 220V menjadi

tegangan yang dibutuhkan oleh PLC [11].

2.2.1.3 Jenis Konstruksi PLC

PLC dapat membuat kontrol dengan berbagai macam jenis instruksi yang dapat

dibagi ke dalam beberapa kelompok seperti berikut ini :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-4

1. Instruksi dasar, misalnya dasar logika seperti AND, NOT, OR dan lain-lain

2. Instruksi Perbandingan (Comparison)

3. Instruksi Timer / Counter

4. Instruksi Manipulasi Data

5. Instruksi Aritmatika

6. Instruksi Rotasi / Geser

7. Instruksi Konversi, yaitu yang berkaitan dengan mengubah tipe data.

8. Instruksi Sistem, yaitu yang berhubungan dengan deteksi kesalahan.

9. Instruksi Transfer Data, yaitu yang berhubungan dengan pengiriman,

pertukaran dan penyalinan data.

10. Kelompok instruksi Lompat / Interupsi

11. Kelompok instruksi Komunikasi

2.2.1.4 Keuntungan Penggunaan PLC

Keuntungan penggunaan PLC adalah sebagai berikut :

1. Penghematan komponen seperti timer, relay dan counter.

2. Tidak memerlukan pekerjaan wiring kabel yang rumit.

3. Kecepatan respon yang tinggi dan efisien.

4. Mudah untuk modifikasi sistem

5. Penyesuaian yang mudah pada berbagai sistem yang ada di industri

6. Memiliki fasilitas komunikasi yang memudahkan integrasi berbagai perangkat

di industri.

7. Dapat digunakan untuk sistem yang kompleks ( MMI atau HMI ) dan antar

PLC dapat berkomunikasi [12].

2.2.1.5 PLC Slave 1

PLC ini memiliki built-in digital I/O sebanyak 40 dan bisa diekspansi hingga

320 port menggunakan unit CPM1A Expansion I/O dan CJ1 Special I/O modules,

built-in power supply sebesar 220-240VAC, high-speed counter, relay output, dan

analog I/O mengintegrasikan data proses dengan kendali sekuensial. Komunikasi

CP1H dapat melalui Ethernet, DeviceNet atau Serial Link.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-5

Gambar II.2 Konfigurasi PLC Slave 1

PLC ini juga memiliki port USB, port peripheral, dan 2 plug port serial untuk

RS-232 dan RS-485/422. Untuk komunikasi serial perlu ditambahkan modul serial

CP1W-CIF01 sedangkan komunikasi Ethernet perlu ditambahkan CIF41 atau

dengan menggunakan konverter serial to ethernet. Pinout RS232 pada board ini

tidak menggunakan standar pinout RS-232C pada umumnya sehingga jika

menggunakan konverter perlu dibuar kabel khusus untuk menyesuaikannya.

Protokol komunikasi yang dapat digunakan diantaranya protokol Modbus RTU

Master, ProfiBus-DP, OMRON CompoBus/S, PC-Link, dan DeviceNet I/O.

Sedangkan komunikasi melalui Ethernet menggunakan protocol FINS/TCP atau

FINS/UDP.

2.2.1.6 PLC Slave 2

PLC ini memiliki built-in I/O sebanyak 16 yang terdiri dari 8 digital inputs

yaitu 4 regular inputs dan 4 fast inputs (HSC) dan 8 digital outputs. PLC ini juga

memiliki 2 analog inputs. PLC ini memiliki port serial, port USB mini-B

programming dan port ethernet. Bagian-bagian dari PLC akan dijelaskan pada

gambar II.3 dan tabel II.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-6

Gambar II.3 Konfigurasi PLC Slave 2

Tabel II.1 Deskripsi PLC Slave 2

No. Deskripsi

1 Status LEDs

2 Input removable terminal block

3 Output removable terminal block

4 Clip-on lock for 35 mm

5 USB mini-B programming port

6 24 Vdc power supply

7 Ethernet port / RJ45 connector

8 Serial line port 1 / RJ45 connector

9 Run/Stop switch

10 Removable analog inputs cover

11 2 analog inputs

12 SD card slot

13 I/O expansion connector

2.2.1.8 SoMachine Basic

SoMachine Basic merupakan salah satu bentuk perangkat lunak yang

digunakan untuk membuat diagram ladder dan memasukkan program ke dalam

PLC. Pada gambar II.5 dapat dilihat mengenai area status dari main window

SoMachine Basic.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-7

Gambar II.4 Area Status Main Window SoMachine Basic

1. Status Program, yaitu mengindikasi program memiliki error yang terdeteksi

atau tidak.

2. Status Koneksi, mengindikasi status koneksi antara SoMachine Basic dengan

kontroler logik atau simulasi kontroler logik.

3. Status Kontroler, mengindikasi keadaan terkini dari kontroler logik seperti

running, stopped, halted dan so on

4. Scan Time, mengindikasi waktu scan terakhir.

5. Eror terakhir kontroler yang terdeteksi, mengindikasi eror terbanyak yag

terdeteksi. Informasi disadap dari bit sistem dan word sistem jika kontroler

logik dalam keadaan stopped atau halted.

2.2.2 Pompa DC

Pompa merupakan alat yang digunakan untuk menggerakan fluida dari suatu

tempat ke tempat yang lain menggunakan pipa dengan menambahkan energi pada

cairan tersebut. Pompa bekerja dengan membuat perbedaan tekanan pada bagiam

hisap dan tekan. Perbedaan tekanan ini yang akan menghisap cairan agar berpindah

dari suatu tempat ke tempat lain. Pompa juga dapat diaplikasikan pada proses yang

memerlukan tekanan hidrolik yang cukup besar.

Terdapat dua jenis pompa dilihat dari cara kerja dan rancangannya, yaitu :

1. Pompa Sistem Rotari

Pompa sistem rotari ini merubah energi mekanis dari penggerak pompa

menjadi energi dinamis/potensial terhadap fluida yang dipindahkan, membuat

air yang dipindahkan bisa terus menerus menarik air ke pipa keluaran pompa.

Jenis pompa ini banyak digunakan untuk kebutuhan rumah tangga. Hampir

semua jenis pompa kecil menggunakan sistem kerja rotari.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-8

Gambar II. 5 Pompa Rotari

2. Pompa Sistem Sentrifugal

Pompa sistem sentrifugal ini mengubah energi kinetik (kecepatan) fluida

menjadi energi potensial (tekanan) melalui impeler yang berputar, biasanya

digunakan pada peralatan kapal laut yang berfungsi untuk membuang air dari

dok secara cepat. Jenis pompa ini bekerja dengan kecepatan tinggi, sehingga

volume air yang bergerak secara memutar dapat terlempar keluar [2].

Gambar II.6 Pompa Sentrifugal

2.2.3 Heater

Heater yaitu alat yang digunakan untuk menaikan temperatur. Elemen pemanas

listrik yang bersumber dari kawat bertahanan tinggi akan menghasilkan panas.

Kawat yang dialiri arus listrik tersebut akan membuat elektron sulit mengalir karena

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-9

hambatan yang tinggi, elektron-elektron tersebut akan mengalami tumbukan

dengan atom kawat yang akhirnya tumbukan itulah yang akan menghasilkan panas

pada kawat yang kemudian panas ini dipindahkan pada logam yang diletakan pada

kawat sehingga heater menjadi panas. Agar aman digunakan maka kawat tersebut

akan dilapisi isolator listrik yang mampu menghantarkan panas. Berikut adalah

jenis-jenis dari heater [7].

Tabel II.2 Jenis-jenis Heater

Jenis Aplikasi Gambar

Coil Heater Kompor listrik, oven,

dan furnace (tungku)

Infra Red Heater

Pengeringan

pengecatan atau

pewarnaan,

pengering sablon,

pembuatan foam

Silica & Infra Fara

Heater Pengeringan

Quartz Heater

Memanaskan cairan

kimia dengan suhu

tidak terlalu tinggi

Tubular Heater

- Immersion

Heater

- Finnied

Heater

- Water Heater

Memanaskan udara

atau cairan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-10

Stripe, Nozzle, dan

Band Heater

Hot Plate,

memanaskan tabung

atau pipa

Cast – in Heater Injection plastik

Catridge Heater Memanaskan cetakan

2.2.4 Sensor

Sensor merupakan sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk

mengkonversi suatu besaran tertentu menjadi besaran lain. Sensor merupakan jenis

transduser yang digunakan untuk merubah besaran magnetis, sinar, panas, kimia,

mekanis, dan lain-lain menjadi tegangan atau arus listrik. Sensor ini berfungsi untuk

mendeteksi suatu besaran ketika melakukan pengukuran atau pengendalian.

2.2.4.1 LM35

Sensor LM35 merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk

membaca suhu dan mengubah besaran suhu tersebut menjadi besaran listrik berupa

tegangan. Sensor ini mempunyai nilai keakuratan yang cukup baik dan perancangan

yang mudah dibandingkan dengan sensor suhu yang lainnya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-11

Gambar II.7 LM35

Sensor LM35 ini memiki range tegangan masukan 0-30 VDC, tetapi biasanya

pengguna memakai tegangan sebesar 5 volt, agar LM35 hanya membutuhkan arus

sebesar 60 µA. LM35 dapat menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang

dapat menimbulkan kesalahan pembacaan yang cukup rendah yaitu kurang dari 0,5

ºC pada suhu 25 ºC. Berikut ini adalah karakteristik Sensor LM35 :

1. Dikalibrasi dalam celcius dan linier antara suhu dan tegangan sebesar 10

mV/ºC.

2. Akurasi kalibrasi 0,5ºC pada suhu 25ºC.

3. Memiliki range suhu sebesar -55ºC - 150ºC untuk LM35 dan 0 - 100ºC untuk

LM35DZ, yaitu sensor LM35 yang digunakan didalam air (waterproof).

4. Sensor dapat bekerja pada tegangan 4 - 30 volt.

5. Arus yang rendah yaitu I < 60 µA.

6. Pemanasan sendiri yang rendah (low-self heating) yaitu < 0,1ºC pada udara

diam.

7. Impedansi keluaran pada sensor cukup rendah yaitu 0,1 W pada beban 1 mA.

8. Ketidaklinieran sekitar ± ¼ ºC.

Sensor LM35 dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit), yang memiliki

tegangan keluaran yang linear terhadap perubahan suhu. IC LM35 sangat mudah

digunakan, berfungsi sebagai kontrol dari indikator tampilan catu daya terbelah. IC

LM35 ini dapat dialiri arus 60 μA dari supply sehingga memiliki self-heating sangat

rendah kurang dari 0°C di dalam suhu ruangan [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-12

2.2.4.2 Sensor Level Switch

Level sensor merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian

suatu aliran. Sensor level switch termasuk ke dalam salah satu jenis dari level sensor.

Sensor ini melakukan pensaklaran biasa, ketika cairan kontak dengan sensor maka

switch akan tertekan dan akan menghubungkan kaki NO/NC dengan tegangan 24

VDC maupun 220 VAC, lalu sinyal tersebut diteruskan ke kontroler seperti PLC

(Programmable Logic Control).

Gambar II.8 Sensor Switch Level Air

2.2.5 Power Electronic Converter AC-AC

Konverter AC-AC adalah alat yang digunakan untuk mengontrol nilai tegangan,

arus dan daya rata-rata yang dikirim ke beban AC dari sumber AC.

2.2.5.1 TRIAC

TRIAC merupakan perangkat semikonduktor yang memiliki tiga terminal

memiliki fungsi sebagai pengendali arus listrik. TRIAC merupakan singkatan dari

TRIode for Alternating Current atau trioda untuk arus bolak – balik. TRIAC adalah

thyristor sebagai switching atau pengendali sama halnya dengan SCR.

Perbedaannya adalah TRIAC dapat mengalirkan dua arah arus listrik (bidirectional)

yaitu dari katoda ke anoda atau dari anoda ke katoda karena TRIAC terdiri dari dua

buah SCR yang arahnya berlawanan tetapi dijadikan satu gate, sedangkan SCR

hanya dapat mengalirkan arus dari satu arah (undirectional). Berikut ini adalah

simbol dan struktur dari TRIAC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-13

Gambar II.9 Struktur dan Simbol TRIAC

TRIAC tersambung (on) ketika arus positif kecil melalui terminal gate ke MT1

atau berasal pada quadran I dan polaritas MT1 lebih rendah dari MT2. Selama MT2

lebih tinggi dari MT1, TRIAC akan tetap tersambung meskipun TRIAC terhubung

dan rangkaian gate tidak memegang kendali dan arus yang mengalir lebih besar

dari arus genggamnya (holding current/Ih). TRIAC juga akan tetap terhubung

disaat arus negatif melewati gate ke MT1 dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2

dan TRIAC akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang

kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain memberi pemicu

melewati teminal gate, TRIAC juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara

memberikan tegangan yang tinggi sehingga TRIAC melebihi tegangan breakover-

nya terhadap terminal MT1 dan MT2, tetapi cara ini tidak diperbolehkan karena

dapat membuat TRIAC rusak. Ketika TRIAC tersambung (on) maka tegangan jatuh

maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu antara 0.5 volt - 2 volt [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-14

Gambar II.10 Kurva Karakteristik TRIAC

Berikut ini merupakan kelebihan yang dimiliki oleh TRIAC, kelebihan tersebut

adalah :

1. Dapat mengalirkan arus listrik dua arah.

2. Digunakan untuk mengendalikan tegangan listrik AC.

3. Dapat dipakai sebagai interface antara sistem kendali digital dengan beban

tegangan kerja AC.

2.2.5.2 IC TCA785

IC TCA785 adalah produk dari Siemen Semiconductor Group yang dirancang

untuk menghasilkan pulsa pemicu (trigger pulse) yang dapat mengontrol fasa pada

SCR, TRIAC dan transistor, antara 0º - 180º pada sumber tegangan AC. IC TCA785

ini membutuhkan sumber tegangan antara 8 Volt - 18 Volt dengan frekuensi kerja

10 Hz - 500 Hz, serta temperatur kerja antara –250ºC - 85ºC. Sinkronisasi sinyal

dibutuhkan dengan menggunakan resistansi tingkat tinggi dari tegangan sumber

(Vs).

IC TCA785 ini dapat digunakan pada kontrol tegangan AC terkontrol

(conventer) satu fasa dan tiga fasa, dan kontrol tegangan DC terkontrol (DC

chopper). IC TCA785 mempunyai kaki (pin) sejumlah 16.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-15

Gambar II.11 TCA785

Gambar II.12 Konfigurasi pin TCA785

Prinsip kerja dari IC TCA785 ini yaitu sinyal sinkronisasi dari tegangan sumber

terhubung dengan kaki nomor 5 (VSYNC) melalui resistor berhambatan tinggi.

Zero detector pada IC TCA785 akan menentukan posisi titik nol dan disimpan pada

memori sinkron. Lalu detector ini akan mengendalikan gelombang tegangan sesuai

dengan frekuensi dari sumber tegangan yang diberikan. Kapasitor C10 dan R9 akan

menentukan kemiringan bentuk gelombang yang dihasilkan. Lalu gelombang ini

akan dibandingkan dengan tegangan referensi (Vref) pada kaki nomor 11 oleh

comparator (pembanding). Setelah itu sinyal keluaran dari comparator ini akan

diteruskan ke rangkaian logika. Bila tegangan referensi (Vref) pada kaki 11

memiliki posisi terendah maka sudut penyulutan akan menunjukkan α = 0º.

Sehingga pengaturan sudut pemicu dilakukan dengan mengatur besar kecilnya

tegangan yang diberikan ke kaki nomor 11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-16

Gambar II.13 Gelombang pada TCA785

Zero crossing detector akan mendeteksi zero point sekaligus merubah suatu

sinyal sinusoidal menjadi sinyal kotak dan mendeteksi perpotongan gelombang

sinus tegangan AC agar dapat memberikan sinyal acuan saat dimulainya pemicuan

sinyal PWM (Pulse Width Modulation). PWM ini adalah salah satu teknik modulasi

yang akan merubah perbandingan lebar pulsa positif terhadap pulsa negatif ataupun

sebaliknya dalam frekuesi sinyal yang tetap, yang artinya satu perioda (T) pulsa

dalam PWM adalah tetap.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-17

Tabel II.3 Konfigurasi pin TCA785

Pin Simbol Fungsi

1 GND Netral (Ground)

2 Q2 Keluaran 2 terbalik (Output 2 inverted)

3 QU Keluaran U (Output 2)

4 Q2 Keluaran 1 terbalik (Output 1 inverted)

5 V SYNC Sinkronisasi tegangan (Synchronous Voltage)

6 I Penghalang (Inhibit)

7 QZ Keluaran Z (Output Z)

8 VREF Tegangan terstabilkan (Stabilized Voltage)

9 R9 Ramp resistor (Ramp resistance)

10 C10 Ramp kapasitor (Ramp capacitance)

11 V11 Kontrol Tegangan (Control voltage)

12 C12 Perpanjangan pulsa (Pulse extension)

13 L Pulsa panjang (Long pulse)

14 Q1 Keluaran 1 (Output 2)

15 Q2 Keluaran 2 (Output 2)

16 VS Tegangan sumber (Supply Voltage)

2.2.5.3 Op-Amp

Operational Amplifier atau yang dikenal dengan istilah Op-Amp merupakan

salah satu bentuk IC linear yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal listrik. Op-

Amp terdiri dari beberapa dioda, kapasitor, resistor dan kapasitor yang

teringintegrasi dan terkoneksi sehingga dapat menghasilkan gain (penguatan) yang

tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Op-Amp juga dikenal dengan sebutan

Penguat Operasional.

Op-Amp dibuat dalam bentuk IC, sebuah IC Op-Amp dapat terdiri dari satu

rangkaian Op-Amp atau dapat terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah

rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi single Op-

Amp, dual Op-Amp dan quad Op-Amp.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-18

Rangkaian Op-Amp mempunyai dua input (masukan) yaitu input inverting dan

input non-inverting dan memiliki satu output (keluaran). Op-Amp memiliki catu

daya positif dan negatif. Bentuk simbol Salah satu tipe IC Op-Amp yang populer

adalah IC741. Berikut ini adalah gambar dari

Gambar II.4 Op-Amp IC741

Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat

operasional) diantaranya adalah :

1. Masukan pembalik (Inverting) –

2. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +

3. Catu daya positif +V

4. Catu daya negatif -V

5. Keluaran (output)

Op-Amp terbagi menjadi beberapa jenis rangkaian, yaitu :

a. Penguat Inverting

Gambar II.15 Rangkaian Penguat Inverting

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-19

Berfungsi untuk merubah kutub tegangan keluaran menjadi berlawanan

dengan kutub tegangan masukan. Seperti masukan -10Volt akan

menghasilkan tegangan keluaran +10Volt dengan penguatan 1, hal ini terjadi

karena rangkaian terhubung dengan kutub negatif dari Op-Amp

Vout = - [( 𝑅𝑓

𝑅𝑖𝑛) . Vin]..............................................................................(1)

b. Penguat Non-Inverting

Gambar II.16 Rangkaian Penguat Non-Inverting

Berfungsi untuk penguatan tanpa merubah kutub antara masukan dengan

keluaran.

𝐾 = 1 +𝑅𝑓

𝑅𝑔...............................................................................................(2)

c. Penguat Differential

Gambar II.17 Penguat Differential

Rangkaian ini memiliki dua masukan pada setiap kutub Op-Amp, keluaran

yang dihasilkan merupakan penjumlahan dari masing-masing masukan

dikalikan dengan penguatan.

𝑉𝑜𝑢𝑡 = (𝑉2.𝑅𝑔

𝑅2 ) − (𝑉1.

𝑅𝑓

𝑅1)......................................................................(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-20

2.2.6 Sistem Kendali PI

Sistem kontrol (control system) adalah suatu cara atau metode yang dipelajari

dari kebiasaan manusia saat bekerja, dimana manusia mengamati kualitas dari apa

yang telah mereka kerjakan sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan apa

yang diharapkan pada awalnya. Seiring dengan berkembangnya teknologi maka

pengembangan dan pengoperasian pekerjaan-pekerjaan kontrol yang pada

awalnya dilakukan oleh manusia dibuat menjadi otomatis (dikendalikan oleh

mesin).

Dalam aplikasinya, sistem kontrol mempunyai tujuan dan sasaran tertentu.

Sasaran tersebut adalah mengatur keluaran (output) yang telah ditetapkan oleh

masukan (input) melalui elemen sistem kontrol.

Gambar II.18 Diagram Blok Sistem Kontrol

2.2.6.1 Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open Loop)

Sistem kontrol loop terbuka adalah suatu sistem kontrol yang mempunyai

karakteristik dimana nilai keluaran tidak berpengaruh pada aksi kontrol.

Gambar II.19 Diagram Blok Loop Terbuka

Sistem kontrol loop terbuka lebih sederhana, murah, dan mudah dalam

pembuatannya, tetapi keluaran sistem ini tidak stabil dan sering memiliki tingkat

kesalahan yang besar bila terjadi gangguan dari luar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-21

2.2.6.2 Sistem Kontrol Loop Tertutup (Close Loop)

Sistem kontrol loop tertutup atau disebut juga sistem kontrol umpan balik,

dimana nilai keluarannya akan ikut mempengaruhi aksi kontrolnya.

Gambar II.20 Diagram Blok Loop Tertutup

Dibandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka, sistem kontrol loop tertutup

memang lebih rumit, mahal, dan sulit dalam pembuatannya. Akan tetapi sistem ini

memiliki kelebihan yaitu tingkat kestabilannya yang relatif konstan dan tingkat

kesalahan yang kecil jika terjadi gangguan dari luar, hal itulah yang membuat

sistem kontrol loop tertutup ini lebih banyak menjadi pilihan.

2.2.6.3 PID

PID Controller terdiri dari tiga jenis cara pengaturan yang bisa saling

dikombinasikan, yaitu P (Proportional) Controller, D (Derivative) Controller, dan

I (Integral) Controller. Masing-masing kontroler tersebut mempunyai parameter

tertentu yang harus diset agar dapat beroperasi dengan baik dan maksimal yang

disebut sebagai konstanta. Berikut ini adalah tabel respon dari PID.

Tabel II.4 Respon PID

Respon Loop

Tertutup Waktu Naik Overshoot

Waktu

Turun Error

Proportional

(Kp) Menurun Meningkat

Perubahan

Kecil Menurun

Integral

(Ki) Menurun Meningkat Meningkat Hilang

Derivative

(Kd)

Perubahan

Kecil Menurun Menurun

Perubahan

Kecil

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-22

PID Controller memiliki transfer function sebagai berikut :

𝐻(𝑆) =𝐾𝑑 𝑠2+𝐾𝑝 𝑠+𝐾𝑖

𝑠3+𝐾𝑑 𝑠2+𝐾𝑝 𝑠+𝐾𝑖.....................................................................................(4)

2.2.6.4 Sistem Kendali Proporsional (P)

Keluaran Proporsional merupakan hasil perkalian antara konstanta

proporsional dengan nilai error nya. Perubahan yang terjadi pada sinyal masukan

akan membuat sistem secara langsung mengubah keluaran sebesar konstanta

pengalinya.

𝑈(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡).....................................................................................................(5)

Gambar II.21 Blok Diagram Kp

Jika nila Kp kecil, kontroler proporsional hanya dapat melakukan koreksi

kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat.

Gambar II.22 Nilai Kp Kecil

Jika nilai Kp besar, maka respon sistem akan semakin cepat mencapai keadaan

yang stabil, tetapi juga memungkinkan keluaran diatas set point.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-23

Gambar II.23 Nilai Kp Besar

2.2.6.5 Sistem Kendali Integral (I)

Kontroler proporsional tidak akan bisa menjamin keluaran dari sistem akan

sesuai seperti yang diharapkan jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator.

Pada kontroler integral, respon sistem akan meningkat secara kontinyu atau terus-

menerus kecuali nilai error yang diintegralkan memiliki batas atas (t) dan batas

bawah 0 (nol).

𝑈(𝑡) = 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑡

0................................................................................................(6)

Pada blok diagram kontroler integral dapat dilihat hubungan antara nilai error

dengan keluarannya. Kontroler integral dapat membantu menaikkan respon agar

menghasilkan keluaran sesuai yang diinginkan.

Gambar II.24 Blok Diagram Kontrol Integral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-24

Gambar II.25 Penggunaan Kp dan Ki

2.2.6.6 Sistem Kendali Proporsional Integral (PI)

Loop tertutup dapat ditentukan dengan beberapa parameter, yaitu rise time,

overshoot, settling time dan steady state error. Rise time merupakan waktu yang

dibutuhkan oleh keluaran plant yang melebihi 90% dari yang diinginkan saat

pertama kali sistem dioperasikan. Overshoot merupakan seberapa besar peak level

lebih tinggi dari steady state, yang berfungsi untuk membuat normal kembali steady

state . Settling time merupakan waktu yang diperlukan sistem untuk

mengkonvergenkan steady state. Steady state error merupakan perbedaan antara

keluaran steady state dengan keluaran yang diinginkan. Kp berfungsi untuk

mengurangi rise time dan Ki berfungsi untuk menghapuskan steady state error.

Berikut adalah gambar pada respon sistem [3].

Gambar II.26 Respon Sistem