Pengatur Suhu Pada Prototipe Inkubator Bayi Berbasis PLC ...i Tugas Akhir Pengatur Suhu Pada Prototipe Inkubator Bayi Berbasis PLC dengan Metode PID Diajukan untuk memenuhi salah satu

i

Tugas Akhir

Pengatur Suhu Pada Prototipe Inkubator Bayi Berbasis

PLC dengan Metode PID

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

Memperoleh gelar sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh:

BISMAR HASUDUNGAN SIMANJUNTAK

NIM: 145114031

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

FINAL PROJECT

Temperature regulator on the prototype Baby Incubator

Based PLC with PID Method

In a partial fulfillment of the requirements

For the degree of Sarjana Teknik

Depertment of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

Arranged by:

BISMAR HASUDUNGAN SIMANJUNTAK

NIM: 145114031

DEPERTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


iii


iv


v


vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

JADILAH BERKAT BAGI

SETIAP ORANG

DISEKITAR MU

SKRIPSI INI SAYA

PERSEMBAHKAN UNTUK TUHAN

YESUS KRISTUS, KEDUA ORANG

TUA, SAUDARA, KELUARGA, DAN

TEMAN TEMAN


vii


viii

INTISARI Inkubator bayi adalah alat bantu yang digunakan untuk mengatur dan menstabilkan

suhu. Pada penelitian prototipe pengatur suhu pada inkubator bayi dibuat untuk mengatur

dan menstabilkan suhu dan dilengkapi dengan HMI untuk menampilkan nilai suhu pada

layar sehingga user lebih mudah mengoperasikan inkubator bayi.

Suhu pada inkubator bayi akan dikontrol oleh PLC dengan metode PI, HMI

digunakan untuk menginputkan range nilai suhu yang akan diatur berdasarkan kategori berat

badan dan umur. Lampu digunakan sebagai pemanas untuk merubah nilai suhu pada

inkubator bayi, sesuai nilai set point.

Prototipe pengatur suhu pada inkubator bayi telah berhasil dibuat dan diuji. Prototipe

ini dapat mengatur dan menstabilkan suhu pada range suhu 32°C-35°C. Pengujian dilakukan

dengan mengamati grafik respon perubahan suhu, sistem dapat bekerja dengan baik pada

parameter kp=5 dan ki=1, error suhu pada setiap nilai yang diatur berbeda beda. Suhu 32°C

memiliki error sebesar 2,37%, dan pada suhu 33˚C error sebesar 1,63%. Error suhu yang

diatur masih dalam batas toleransi ±2,5%.

Kata kunci : Inkubator, PI, PLC, Pengatur suhu, HMI


ix

ABSTRACT Infant incubator is a tool that is used to organize and stabilize the temperature.

Research on prototype of temperature regulator on the baby's incubator was created to

regulate and stabilize the temperature and equipped with HMI for displaying temperature

values on the screen so the user more easily operate an incubator baby.

The temperature in the incubator babies will be controlled by a PLC with HMI, PI

method is used to value the temperature range of menginputkan will be organized based on

weight and age categories. The lamp is used as the value to change heater temperature

incubator baby, according to the value of the set point.

Temperature regulator on the prototype baby incubators have been successfully

created and tested. This prototype can be set up and stabilize the temperature in the

temperature range of 32 ° C – 35 ° C. Testing is done by observing the graph response to

temperature changes, the system can work well on the parameters of the kp = 5 and ki = 1,

temperature error on every value which is set differently. Temperature 32 ° C have the error

of 2.37%, and at a temperature of 33 C error amounting to 1.63%. The set temperature error

is still within the tolerance of ± 2.5%.

Keywords : Incubator, PID, PLC, temperature Regulator, HMI


x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia yang telah

diberikan selama ini sehingga dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir dengan judul

“PENGATUR SUHU PADA INKUBATOR BAYI BERBASIS PLC DENGAN METODE

PID” dengan lancar. Dalam pengerjaan tugas akhir ini penulis diberi dukungan moril dan

materi dari banyak pihak hingga tugas akhir ini selesai. Oleh karena hal tersebut, penulis

ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua Tercinta yang selalu memberikan sokongan moral dan materi.

2. Ibu Ir. Theresia Prima Ari Setiyani, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang

membimbing dengan penuh kesabaran, meluangkan waktu, memberikan ide, kritik

dan saran dalam masa pengerjaan tugas akhir ini.

3. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

4. Bapak Djoko Untoro Suwarno S.Si. M.T., selaku Dosen pembimbing akademik yang

selalu memberikan saran dan perhatiannya.

5. Keluarga, Abang Herland, Adik Natalia, Adik Novita, atas dukungan dan semangat

yang diberikan kepada penulis.

6. Seluruh dosen dan laboran Teknik Elektro yang dengan sabar mendidik serta

memberi wawasan lebih.

7. Sahabat-sahabat LAB. TA yang selalu menemani pagi, siang, sore dan malam

8. Teknik Elektro angkatan 2014 yang telah menjadi bagian dalam proses perkuliahan

dan hidup.

9. Jones Squad dan Betifake family untuk canda tawa, kebersamaan, bantuan, masukan,

dan pengalaman hidup.

10. Sahabat penulis yang berada di jogja Andri, Eko, Eki untuk kebersamaan, saran, dan

dukungan kepada penulis.

11. Seluruh pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu atas segala dukungan dan

kebaikan yang telah diberikan.

Dengan segala hormat dan rendah hati, penulis menyadari penulisan tugas akhir ini

jauh dari kata sempurna. Oleh karena hal tersebut, maka kritik dan saran yang

berkaitan dan membangun sangat diharapkan agar tugas akhir ini dapat


xi


xii

DAFTAR ISI

Pengatur Suhu Pada Prototipe Inkubator Bayi Berbasis PLC dengan Metode PID ..... i

Temperature regulator on the prototype Baby Incubator Based PLC with PID

Method .................................................................................................................................. ii

LEMBAR PERSETUJUAN TUGAS AKHIR ................................................................. iii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................... Error! Bookmark not defined.

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................................... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP .................................................. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ......................... Error! Bookmark not defined.

INTISARI ........................................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................................ ix

KATA PENGANTAR ......................................................................................................... x

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ xvi

DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xx

BAB I .................................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN ................................................................................................................ 1

1.1. Latar Belakang ........................................................................................................ 1

1.2. Tujuan dan Manfaat ................................................................................................ 2

1.3. Batasan Masalah ..................................................................................................... 2

1.4. Metode Penelitian ................................................................................................... 2

BAB II ................................................................................................................................... 4

DASAR TEORI ................................................................................................................... 4

2.1. Inkubator [11,13] .................................................................................................... 4

2.2. Programmable logic controller CPM2A[7] ............................................................ 5


xiii

2.2.1. Bagian Bagian Progarmmable Logic Controller .................................................. 5

2.2.2. Diagram Ladder ............................................................................................... 8

2.2.3. Logika dasar PLC ............................................................................................ 8

2.3. Pengendali PID pada PLC OMRON CPM2A[6] ................................................. 10

2.3.1. Aksi Pengendali PID ..................................................................................... 11

2.4. Pengendali PID[4,5] .............................................................................................. 12

2.4.1. Pengendali Proporsional ................................................................................ 13

2.4.2. Pengendali Integral ........................................................................................ 14

2.4.3. Pengendali Diferensial ................................................................................... 15

2.4.4. Pengendali Proporsional, Integral, dan diferensial ........................................ 16

2.5. Metode Penalaan PID[4] ....................................................................................... 18

2.6. Modul Analog Digital[6] ...................................................................................... 19

2.6.1. Penyambungan Modul Analog Digital .......................................................... 21

2.7. Human Machine Interface ( HMI ) ....................................................................... 22

2.8. RS232[12] ............................................................................................................. 23

2.9. Sensor Suhu .......................................................................................................... 24

2.10. Pengkondisi Sinyal ............................................................................................ 25

2.10.1. Rangkaian Penguat Non Inverting ................................................................. 25

2.11. Driver Current ................................................................................................... 26

2.11.1. Current Mirror[10] ......................................................................................... 26

2.11.2. Konfigurasi Darlinton[10] ............................................................................. 27

2.11.3. Konfigurasi Feed back Pair[10] ..................................................................... 28

BAB III ............................................................................................................................... 30

RANCANGAN PENELITIAN ......................................................................................... 30

3.1. Diagram Blok Sistem ............................................................................................ 30

3.2. Proses Penalaan ..................................................................................................... 30

3.3. Perancangan Perangkat Keras ............................................................................... 30


xiv

3.3.1. Perancangan Miniature Inkubator ................................................................. 31

3.3.2. Perancangan Pengkabelan ............................................................................. 32

3.3.3. Pengkondisi Sinyal Sensor ............................................................................ 32

3.3.4. Rangkaian Penguat Arus ............................................................................... 33

3.3.5. Metode Koneksi HMI dan PLC Omron CPM2A .......................................... 34

3.3.6. Metode Pengaturan Format MAD ................................................................. 34

3.3.7. Wiring Input/Output MAD ............................................................................ 34

3.4. Perancangan Perangkat Lunak .............................................................................. 34

3.4.1. Kerangka Utama Program ............................................................................. 35

3.4.2. Pengolahan PID ............................................................................................. 36

3.4.3. Perancangan Tampilan HMI .......................................................................... 36

BAB IV ............................................................................................................................... 40

ANALISIS DAN PEMBAHASAN ................................................................................... 40

4.1. Perubahan Perancangan ........................................................................................ 40

4.1.1. Rangkaian Driver Current ............................................................................. 40

4.1.2. Layout HMI ........................................................................................................ 41

4.1.3. Modul PID .......................................................................................................... 41

4.2. Implementasi Hardware ........................................................................................ 42

4.3. Menentukan nilai Kp dan Ki ................................................................................. 43

4.4. Hasil Pengamatan Sistem ...................................................................................... 43

4.4.1. Data Hasil Pengamatan Sistem ...................................................................... 44

4.5. Hasil implementasi software PLC dan HMI ......................................................... 51

4.5.1. Program pembacaan MAD01 ........................................................................ 52

4.5.2. Program Setpoint ........................................................................................... 52

4.5.3. Program Error ................................................................................................ 53

4.5.4. Program Proporsional .................................................................................... 54

4.5.5. Program Integral ............................................................................................ 54


xv

4.5.6. Program Output PI ......................................................................................... 55

4.5.7. Program Compare .......................................................................................... 56

4.5.8. Program HMI ................................................................................................. 56

4.5.8.1. Layer Home ..................................................................................................... 57

4.5.8.2. Layer Menu ..................................................................................................... 59

4.5.8.3. Layer Pilih Kategori Umur .............................................................................. 59

4.5.8.4. Layer Monitoring ............................................................................................ 60

4.6. Hasil Pengamatan Sub Sistem .............................................................................. 62

4.6.1 Hasil Pengamatan Sensor dan Pengkondisi Sinyal ....................................... 62

4.6.2. Hasil Pengamatan Driver current ....................................................................... 64

BAB V ................................................................................................................................. 66

KESIMPULAN dan SARAN ............................................................................................ 66

5.1. Kesimpulan ........................................................................................................... 66

5.2. Saran ..................................................................................................................... 66

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 67


xvi

DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 Blok diagram .................................................................................................... 3

Gambar 2. 1 PLC Omron CPM2A ........................................................................................ 5

Gambar 2. 2 Kontak normally open dan normally close [7] ................................................. 8

Gambar 2. 3 Diagram ladder logika NOT [7] ....................................................................... 9

Gambar 2. 4 Diagram ladder logika AND [7] ..................................................................... 10

Gambar 2. 5 Diagram ladder logika OR [7] ........................................................................ 10

Gambar 2. 6 Hubungan periode sampling dan proses PID [6] ............................................ 10

Gambar 2. 7 Diagram block kontroler proporsional [4] ...................................................... 13

Gambar 2. 8 Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada penguatan [4]

............................................................................................................................................. 14

Gambar 2. 9 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan nol [4]... 14

Gambar 2. 10 Perubahan keluaran sebagai akibat penguatan dan kesalahan[4] ................. 15

Gambar 2. 11 Blok diagram hubungan antara besaran kesalahan dengan pengontrol

integral[4] ............................................................................................................................ 15

Gambar 2. 12 Blok diagram pengontrol Derivative [4]....................................................... 16

Gambar 2. 13 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative [4] .................. 16

Gambar 2. 14 Blok diagram kontroler PID analog [4] ........................................................ 17

Gambar 2. 15 Sistem Closed Loop ...................................................................................... 17

Gambar 2. 16 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan masukan untuk

............................................................................................................................................. 18

Gambar 2. 17 Ilustrasi masukan / keluaran pada MAD01/11 [6] ........................................ 19

Gambar 2. 18 Bagian MAD01 ............................................................................................. 21

Gambar 2. 19 Koneksi Antara PLC dan MAD01 ................................................................ 22

Gambar 2. 20 HMI NB7W-TW00B tampak depan .............................................................. 22

Gambar 2. 21 HMI NB7W-TW00B tampak belakang ........................................................ 23

Gambar 2. 22 RS 232 .......................................................................................................... 23

Gambar 2. 23 Konfigurasi pin LM 35 ................................................................................. 24

Gambar 2. 24 Diagram blok rangkaian pengkondisi sinyal ................................................ 25

Gambar 2. 25 Rangkaian Penguat Non Inverting ................................................................ 25

Gambar 2. 26 Rangkaian Current Mirror[10] ...................................................................... 26

Gambar 2. 27 Arah arus untuk rangkaian current mirror[10].............................................. 26

Gambar 2. 28 Combinasi Darlington[10] ............................................................................ 27


xvii

Gambar 2. 29 Rangkaian dasar darlington[10] .................................................................... 27

Gambar 2. 30 Rangkaian Feedback pair[10] ....................................................................... 28

Gambar 2. 31 Pengoperasian Feedback pair[10] ................................................................. 28

Gambar 3.1 Diagram blok kontrol suhu pada prototype inkubator ..................................... 30

Gambar 3. 2 Desain Letak Sensor ....................................................................................... 31

Gambar 3. 3 Desain ruang inikubator .................................................................................. 31

Gambar 3. 4 Desain Tampilan Depan dan Tataletak Lampu Pemanas ............................... 31

Gambar 3. 5 Pengkondisi sinyal .......................................................................................... 32

Gambar 3. 6 Rangkaian Penguat Arus ................................................................................ 33

Gambar 3. 7 metode koneksi RS-232 .................................................................................. 34

Gambar 3. 8 Wiring Input/Output MAD ............................................................................. 34

Gambar 3. 9 Kerangka Umum Program .............................................................................. 35

Gambar 3. 10 Pengolahan PID ............................................................................................ 36

Gambar 3. 11 Tampilan Awal ............................................................................................. 37

Gambar 3. 12 Tampilan menu home ................................................................................... 37

Gambar 3. 13 Tampilan Input Nilai Suhu ........................................................................... 38

Gambar 3. 14 Tampilan Monitoring .................................................................................... 38

Gambar 3. 15 Tampilan Error.............................................................................................. 39

Gambar 4. 1 Rangkaian Driver Current .............................................................................. 40

Gambar 4. 2 Tampilan Awal HMI ...................................................................................... 41

Gambar 4. 3 Leader Program PID PLC CPM2A ................................................................ 41

Gambar 4. 4 MAD, PLC, power supply ............................................................................. 42

Gambar 4. 5 Bagian Maket Inkubator ................................................................................. 42

Gambar 4. 6 Tampak Atas Inkubator .................................................................................. 43

Gambar 4. 7 Grafik Kenaikan Suhu BB >2500Gr, Umur >2 Hari, SP=31,98˚C, KP=5,

KI=1 ..................................................................................................................................... 45

Gambar 4. 8 Grafik kenaikan suhu berdasarkan termometer .............................................. 46

Gambar 4. 10 Tampilan awal nilai suhu dan kondisi lampu ............................................... 47

Gambar 4. 9 Grafik perbandingan suhu pada set point 32, Kp=5, Ki=1 ............................. 47

Gambar 4. 12 Grafik kenaikan suhu BB 1500-2000gr, umur 11hari-4minggu, SP=33,15˚C

KP=5, KI=1 ......................................................................................................................... 48

Gambar 4. 11 Tampilan nilai suhu dan kondisi indikator lampu ........................................ 48

Gambar 4. 13 Grafik kenaikan suhu berdasarkan termometer ............................................ 50


xviii

Gambar 4. 14 Grafik perbandingan suhu pada set point 33, Kp=5, Ki=1 ........................... 51

Gambar 4. 15 Program pembacaan MAD01 ....................................................................... 52

Gambar 4. 16 Program Set point ......................................................................................... 53

Gambar 4. 17 Program Error ............................................................................................... 53

Gambar 4. 18 Program Proporsional ................................................................................... 54

Gambar 4. 19 Program I ...................................................................................................... 55

Gambar 4. 20 Program Output PI ........................................................................................ 55

Gambar 4. 21 Program Compare Output ............................................................................. 56

Gambar 4. 22 Tampilan Home HMI ................................................................................... 57

Gambar 4. 23 Setting pindah layer ...................................................................................... 57

Gambar 4. 24 Setting pengalamatan tombol ....................................................................... 58

Gambar 4. 25 Gambar tombol stop saat ditekan ................................................................. 58

Gambar 4. 26 Program Tombol Stop .................................................................................. 58

Gambar 4. 27 Pilih kategori Umur ...................................................................................... 59

Gambar 4. 28 Program Setpoint .......................................................................................... 59

Gambar 4. 29 Tampilan pilih umur ..................................................................................... 60

Gambar 4. 30 Setting pembacaan nilai suhu ....................................................................... 60

Gambar 4. 33 Tampilan perubahan nilai suhu dan indikator lampu ................................... 61

Gambar 4. 32 Tampilan awal nilai suhu dan indikator lampu ............................................. 61

Gambar 4. 31 Program tampilan nilai suhu dan indikator lampu ........................................ 61

Gambar 4. 34 Sensor suhu dan pengkondisi sinyal ............................................................. 62

Gambar 4. 35 Grafik percobaan driver current.................................................................... 64

Gambar L. 1 Grafik Data BB=2100-2500Gr, Umur=1-2 Hari, SP=34,32˚C, KP=5, KI=1 68

Gambar L. 2 Grafik Data BB=2100-2500Gr, Umur=1-2 Hari, SP=34,32˚C, KP=5, KI=1 68

Gambar L. 3 Grafik perbandingan suhu pada set point 34, Kp=5, Ki=1 ............................ 68

Gambar L. 4 Grafik Data BB <1500Gr, umur 1-10 Hari, SP=35,10˚C, KP=5, KI=1 ........ 68

Gambar L. 5 Grafik Data BB <1500Gr, umur 1-10 Hari, SP=35,10˚C, KP=5, KI=1 ........ 68

Gambar L. 6 Grafik perbandingan suhu pada setpoint 35, Kp=5, Ki=1 ............................. 68

Gambar L. 7 Grafik Data BB <1500Gr, Umur >5 Minggu, SP=31,98, KP=10, KI=5 ....... 68

Gambar L. 8 Garafik Data BB <1500Gr, Umur >5 Minggu, SP=31,98, KP=10, KI=5 ..... 68

Gambar L. 9 Grafik Perbandingan suhu pada setpoint 32, Kp=10, Ki=5 ........................... 68

Gambar L. 10 Grafik Data BB 2100-2500Gr, Umur 3 Hari – 3 Minggu, SP=33,15, KP=15,

KI=10 ................................................................................................................................... 68


xix

Gambar L. 11 Grafik Data BB 2100-2500Gr, Umur 3 Hari – 3 Minggu, SP=33,15, KP=15,

KI=10 ................................................................................................................................... 68

Gambar L. 12 Grafik perbandingan suhu pada set oint 33, Kp=15, Ki=10 ........................ 68


xx

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Nilai suhu berdasarkan berat dan umur bayi ........................................................ 4

Tabel 2. 2 Tabel intruksi PLC [6] .......................................................................................... 9

Tabel 2. 3 Setting dan fungsi pada PI[6] ............................................................................. 11

Tabel 2. 4 Spesifikasi masukan MAD01 ............................................................................. 19

Tabel 2. 5 Spesifikasi keluaran MAD01 ............................................................................. 20

Tabel 2. 6 Alokasi IR pada MAD01 .................................................................................... 20

Tabel 2. 7 Alokasi channel MAD01/11 ............................................................................... 20

Tabel 2. 8 Setting range MAD01......................................................................................... 21

Tabel 3. 1 Alamat Piranti Input ........................................................................................... 32

Tabel 3. 2 Alamat Piranti Output ........................................................................................ 32

Tabel 3. 3 Bagian Tampilan HMI ........................................................................................ 36

Tabel 4. 1 Bagian Inkubator ................................................................................................ 43

Tabel 4. 2 Data BB >2500Gr, Umur >2 Hari, SP=31,98, KP=5, KI=1 .............................. 44

Tabel 4. 3 Data BB 1500-2000gr, umur 11hari-4minggu, sp=33,15, kp=5,ki=1 ................ 49

Tabel 4. 4 Data Pembcaan Suhu Sensor dan Suhu Termometer ......................................... 62

Tabel 4. 5 Data percobaan driver current ............................................................................ 64

Tabel 4. 6 Ouput nilai tegangan dan lux lampu ................................................................... 65


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tingkat kematian pada bayi yang baru lahir semakin meningkat, salah satu

penyebabnya yaitu terjadinya persalinan prematur. Persalinan premature adalah persalinan

sebelum usia kehamilan standar lengkap yaitu pada usia kehamilan dari 20-36 minggu. Bayi

premature yang baru lahir sangat rentan terhadap penyakit karena belum dapat beradaptasi

dengan suhu lingkungan sekitarnya. Untuk mengoptimalkan kesehatan tubuh bayi premature

diperlukan beberapa cara dengan memperhatikan suhu tubuhnya, memperhatikan asupan

gizinya, memberikan ASI, memberikan imunisasi [1].

Pada umumnya pemberian suhu tubuh yang hangat pada bayi prematur adalah

dengan menggunakan metode KMC (Kangaroo Mother Care) yaitu sebuah metode

perawatan bayi prematur dengan cara meletakan bayi di pelukan ibunya untuk menyalurkan

kehangatan pada si bayi. Akan tetapi metode tersebut tidak dapat dilakukan saat ibu bayi

meninggalkan bayi. Jadi diperlukan suatu alat bantu [2].

Alat bantu yang digunakan adalah inkubator bayi. Inkubator bayi berfungsi untuk

mengatur dan menstabilkan suhu di sekitar bayi. Pada perkembangannya inkubator tidak

hanya berfungsi untuk mengatur suhu tapi dapat juga mengatur kelembaban. Pengendali nya

dapat menggunakan berbagai macam kontrol sistem dengan komunikasi yang berbeda-beda.

Penelitian tentang inkubator telah dilakukan oleh “FARIDA NURLANDI yaitu

DESAIN INKUBATOR BAYI DENGAN KONTROL OTOMATIS YANG EKONOMIS

UNTUK KLINIK PERSALINAN (ECOBATOR) Jurusan Desain Produk Industri, FTSP

ITS dan juga penelitian dari CHRISTIAN F GINTING dan KURNIA BRAHMANA yaitu

PERANCANGAN INKUBATOR BAYI DENGAN PENGATURAN SUHU DAN

KELEMBABAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega8535 Departemen Fisika,

Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara, Medan”. Inkubator yang dibuat memilki fitur

utama yaitu pengendalian suhu dan kelembaban. Sistem pengendali suhu dan kelembaban

berupa kontrol pengaturan on-off, dengan tampilan yang jelas dan tombol yang komunikatif

serta tambahan sistem sensor dan alarm sebagai antisipasi [3].

Pada penelitian yang telah dibuat tersebut inkubator menggunakan kontrol On/Off

dan juga menggunakan pengaturan secara manual. Kelemahan dari inkubator tersebut adalah


2

pemantauan harus dilakukan secara terus menerus, error suhu yang diberikan oleh user dan

suhu aktual masih besar.

Pada penelitian ini dibuat inkubator berbasis PLC PID, dimana PID adalah gabungan

dari kontroler proporsional, integral, dan derifatif. PID adalah metode pengendali

sederhana sehingga lebih cepat mengambil sebuah keputusan dengan penggunaan PID

performa sistem menjadi stabil dan reaksi sistem menjadi cepat keluaran sistem sesuai yang

diinginkan. PID memiliki kestabilan yang baik sebagai kontroler sehingga harapannya suhu

yang diatur pada inkubator ini dapat sesuai dengan masukan dan mempertahankan agar tetap

stabil. Penelitian ini juga menggunakan HMI sebagai tampilan dan juga masukan agar lebih

mudah digunakan dan dipahami, lampu sebagai pemanas agar lebih efisien dalam pembuatan

alat.

1.2. Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat pengontrol suhu pada prototype inkubator

bayi menggunakan kontrol PLC dengan metode PID dan juga HMI sebagai penampil suhu

dan masukan suhu sesuai dengan berat badan dan umur bayi.

Manfaat dari penelitian ini adalah membantu pengguna agar lebih mudah

memberikan masukan, mengurangi kerja dari pengguna agar tidak melakukan pemantauan

dan masukan ulang suhu yang telah diatur karena terjadi error.

1.3. Batasan Masalah

Agar penelitian ini mengarah pada tujuan dan menghindari kompleksnya masalah

yang muncul, maka dibutuhkan batasan masalah sebagai berikut :

1. Pengaturan Suhu dari 32˚-35˚C

2. Menggunakan sensor LM35 untuk sensor suhu

3. Mengatur dan menstabilkan suhu dengan PID pada PLC CPM2A

4. Menggunakan MAD sebagai alat untuk mengkonfersikan sinyal analog to digital

dan digital to analog

5. Menggunakan HMI sebagai penampil dan masukan sesuai dengan umur dan berat

badan bayi

6. Menggunakan 5 buah lampu DC sebagai pemanas

1.4. Metode Penelitian

Metode penelitian yang akan digunakan dalam pembuatan alat ini yaitu


3

1. Studi dan referensi tentang sensor suhu, PLC dengan metode PID, dan HMI yang

akan digunakan dalam penelitian ini

2. Perancangan dan pengujian PLC dengan metode PID untuk diaplikasikan sebagai

pengendalian suhu pada inkubator

3. Perancangan dan pengujian HMI untuk digunakan sebagai penampil dan

masukan sesuai dengan umur dan berat badan bayi

4. Perancagan dan pembuatan hardware dan software prototipe inkubator bayi

5. Pengambilan data suhu sesuai dengan masukan yang diberikan oleh user

berdsarkan berat badan dan umur bayi

6. Analisis dan kesimpulan hasil penelitian. Anlisis dilakukan dengan melihat

ketepatan, kestabilan dan kecepatan respon pada suhu yang diinginkan serta nilai

tegangan yang dihasilkan oleh lampu. Kesimpulan hasil percobaan dilihat dari

keberhasilan alat mengatur dan menstabilkan suhu sesuai dengan keinginan user.

Gambar 1. 1 Blok diagram


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Inkubator [11,13]

Persalinan prematur merupakan proses persalinan sebelum usia kehamilan mencapai

37 minggu lengkap atau kurang dari 259 hari, yang dihitung dari hari pertama haid terakhir.

Jika usia kehamilan tak diketahui dengan pasti, maka yang menjadi patokan adalah berat

bayi saat lahir yang hanya berkisar 1.000 - 2.500 gram (dr. Panji, SpA, 2012). Akibat sistem

pengaturan suhu dalam tubuh bayi prematur belum sempurna, maka suhunya bisa naik atau

turun secara drastis. Kondisi ini tentu bisa membahayakan kondisi kesehatannya. Selain itu,

otot-ototnya pun relatif lebih lemah.

Sementara cadangan lemaknya juga lebih sedikit dibanding bayi yang lahir normal.

Oleh karena itu, bayi membutuhkan Inkubator yang berfungsi menjaga suhu bayi supaya

tetap stabil. Dengan demikian diharapkan bayi tetap berada pada suhu yang sesuai seperti

saat bayi berada dalam kandungan. Pentingnya inkubator ini dalam penanganan bayi

prematur, membutuhkan suatu sistem pengaturan suhu yang mempunyai kualitas

pengukuran dan pengaturan yang baik pada rentang suhu 32˚C-35˚C.

Inkubator berfungsi untuk menjaga temperatur disekitar bayi supaya tetap stabil, atau

mempertahankan suhu tubuh bayi dalam batas normal, terutama pada bayi kurang dari 1500

gram untuk itu diklasifikasikan sebagai berikut dengan melihat dari berat badan dan umur

bayi tersebut sehingga didapat nilai suhu yang baik untuk bayi tersebut. Seperti pada tabel

2-1.

Berat Badan Bayi Umur Suhu

<1500 Gram

1-10 Hari 35˚C

11 Hari – 3 Minggu 34˚C

3 - 5 Minggu 33˚C

>5 Minggu 32˚C

1500 - 2000 Gram 1-10 Hari 34˚C

11- 4 Minggu 33˚C

>4 Minggu 32˚C

2100 – 2500 Gram 1 – 2 Hari 34˚C

3 Hari – 3 Minggu 33˚C

>3 Minggu 32˚C

>2500 Gram 1 - 2 Hari 33˚C

>2 Hari 32˚C

Tabel 2. 1 Nilai suhu berdasarkan berat dan umur bayi


5

2.2. Programmable logic controller CPM2A[7]

Sistem kontrol adalah serangkaian peralatan elektronik dan perlengkapannya yang

ditempatkan untuk menjamin stabilitas, keakuratan, dan kelancaran transisi dari suatu proses

atau aktivitas produksi [7]. Programmable Logic Controller (PLC) mempunyai bahasa

pemrograman yang digunakan dalam sebuah sistem pengendali, berisi fungsi-fungsi logika

yang ditulis dalam bentuk ladder diagram. Dalam sistem terotomatisasi, PLC berfungsi

sebagai jantung dari sistem kontrol. Program aplikasi kontrol disimpan dalam memori PLC.

Dalam pelaksanaannya, PLC secara terus menerus memonitor keadaan sistem melalui sinyal

arus balik dari peralatan masukan. Logika program merupakan dasar untuk menentukan

jalannya kegiatan untuk dibawa ke dalam peralatan keluaran.Seperti pada gambar 2.1 adalah

contoh PLC omron CPM2A

PLC dapat digunakan untuk mengontrol tugas yang sederhana dan berulang, atau

beberapa PLC dapat dihubungkan bersama-sama dengan pengatur yang lain atau komputer host

melalui sejenis jaringan komunikasi dengan tujuan untuk menggabungkan kontrol proses yang

komplek. Sistem otomatisasi tergantung pada kemampuan PLC untuk membaca sinyal dari

berbagai tipe pendeteksi otomatis (contohnya: proximity switch, limit switch, level sensor, flow

switch dan lain sebagainya) peralatan masukan manual. (contohnya: pushbutton, keypad,

toggle switch, dan saklar-saklar lainnya), serta peralatan keluaran (contoh: motor, selenoid,

relay, heater, kontaktor, lampu, buzzer dan lain sebagainya).

2.2.1. Bagian Bagian Progarmmable Logic Controller

2.2.1.1. Central Processing Unit (CPU)

Central Processing Unit adalah suatu mikroprosesor yang mengkoordinasi aktivitas-

aktivitas sistem PLC. CPU menjalankan program, memproses sinyal I/O dan

mengkomunikasikannya dengan peralatan eksternal.

Gambar 2. 1 PLC Omron CPM2A


6

2.2.1.2. Memory

Karakteristik terpenting dari PLC adalah kemudahan pemakai dalam menggantikan

program dengan mudah dan cepat. Tujuan ini dapat dicapai dengan membuat karakteristik

PLC yang dilengkapi dengan sistem memory. Sistem memori ini dimaksudkan untuk

menyimpan data-data urutan instruksi ataupun program yang dapat dieksekusi oleh prosesor

sesuai dengan perintah yang telah diberikan dalam program. Program ladder, nilai timer dan

counter disimpan di memori pengguna tergantung kebutuhan penggunaannya. Beberapa tipe

memory antara lain:

a. Read Only Memory ( ROM )

ROM adalah memory tetap yang dapat diprogram sekali. Memory ini paling tidak

populer jika dibandingkan dengan tipe memory yang lain.

b. Random Acces Memory ( RAM )

RAM adalah tipe memory yang umum digunakan untuk menyimpan program

pengguna dan data. Data pada RAM akan hilang jika sumber tenaga dipindahkan.

Tetapi, mendukung RAM dengan baterai dapat memecahkan masalah ini.

c. Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM)

EPROM, menyimpan data secara permanen seperti ROM. Memory ini tidak

membutuhkan baterai pendukung. Tetapi bila terkena sinar ultraviolet dapat

menghapus isinya. PROM writer dibutuhkan untuk memprogram ulang memory.

d. Ellecrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM)

EEPROM mengkombinasikan fleksibilitas akses dari RAM dan EPROM yang

tidak berubah menjadi satu. Isinya dapat dihapus maupun diprogram secara

elektrik, tetapi mempunyai batas waktu.

2.2.1.3. Struktur memory pada PLC CPM2A

Terdapat bermacam-macam struktur memori pada PLC CPM2A. Beberapa struktur

memori yang terdapat di dalam PLC CPM2A adalah sebagai berikut :

a. Internal Relay

Internal relay (IR) mempunyai pembagian fungsi seperti masukan IR, keluaran

IR, dan IR work area. Untuk pengolahan data pada program masukan IR dan

keluaran IR adalah IR yang berhubungan dengan terminal masukan dan

keluaran pada PLC. Sedangkan IR work area tidak dihubungkan ke terminal

PLC, tetapi terletak pada internal memori PLC dan berfungsi untuk pengolahan

logika program (manipulasi program).


7

b. Special Relay (SR)

Relay yang mempunyai fungsi khusus seperti untuk flags, misalnya pada

instruksi penjumlahan terdapat kelebihan digit pada hasilnya (carry flags),

control bit PLC, informasi kondisi PLC dan system clock.

c. Auxilary Relay (AR)

Auxilary relay terdiri dari flags dan bit dengan tujuan khusus dan dapat

menunjukkan PLC yang disebabkan oleh kegagalan sumber tegangan, kondisi

spesial I/O, kondisi I/O unit, kondisi CPU PLC, kondisi memori PLC, dan lain-

lain.

d. Holding Relay (HR)

Holding relay berfungsi untuk menyimpan data (bit-bit penting) karena tidak

akan hilang walaupun sumber tegangan PLC telah terputus (OFF).

e. Link Relay (LR)

Link relay digunakan untuk data link pada PLC link system. Relay ini berfungsi

untuk tukar menukar informasi antara dua PLC atau lebih dalam suatu system

control yang saling berhubungan satu dengan lainnya dan menggunakan

banyak PLC (minimum 2 PLC).

f. Temporary Relay (TR)

Temporary relay berfungsi untuk menyimpan sementara kondisi logika

program yang terdapat pada ladder diagram yang mempunyai titik percabangan

khusus.

g. Timer / Counter (TC)

Timer digunakan untuk mendefinisikan waktu sistem tunda (time delay)

sedangkan counter digunakan sebagai penghitung. Timer dalam PLC

mempunyai orde 100ms dan ada juga yang mempunyai orde 10ms seperti

TIMH (15). Untuk TIM 000 s/d TIM 015 dapat dioperasikan secara interrupt

untuk mendapatkan waktu yang lebih presisi.

h. Data memory (DM)

Data memori berfungsi untuk menyimpan data-data program karena isi DM

tidak akan hilang (reset) walaupun sumber tegangan PLC telah OFF. Ada

beberapa macam data relay (DM), diantaranya :

1. DM read/write: DM ini dapat dihapus dan ditulis oleh program yang dibuat,

jadi sangat berguna untuk manipulasi data program.


8

2. DM special I/O unit: DM ini berfungsi untuk menyimpan dan mengolah

hasil dari special I/O unit, mengatur dan mendefinisikan sistem kerja

special I/O unit.

3. DM history Log: DM ini dapat menyimpan informasi-informasi penting

pada saat PLC terjadi kegagalan sistem operasionalnya.

4. DM Link Test Area: DM ini berfungsi untuk menyimpan informasi-

informasi yang menunjukkan status dari sistem link PLC

5. DM setup: berfungsi untuk setup kondisi default (kondisi kerja saat 5 PLC

aktif).

2.2.1.4.Waktu Scan

Scan adalah proses membaca input, mengeksekusi program dan memperbaharui

keluaran [5]. Waktu scan adalah proses membaca status masukan, mengevaluasi logical

control dan memperbaharui keluaran secara terus menerus dan berurutan. Spesifikasi waktu

scan menunjukkan seberapa cepat alat kontrol bereaksi terhadap masukan dan memecahkan

logical control secara benar. Waktu yang dibutuhkan untuk satu waktu scan bervariasi dari

0.1ms sampai 10ms tergantung kecepatan proses CPU dan panjang program. Memonitor

program kontrol juga menambah waktu overhead dari scan karena CPU pengontrol harus

mengirimkan status kontak ke peralatan monitor lain.

2.2.2. Diagram Ladder

Program yang berupa kumpulan perintah untuk menjalankan suatu fungsi tertentu

dalam pemrograman PLC dituangkan dalam bentuk ladder [7]. Kontak merupakan suatu

komponen yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus. Ada dua jenis

kontak, yaitu kontak normally open (NO) dan kontak normally closed (NC).

Kontak NO merupakan kontak yang kondisi normalnya terputus. Kontak NC

merupakan kontak yang kondisi normalnya terhubung. Gambar 2.2 menunjukkan simbol

kontak NO dan NC.

2.2.3. Logika dasar PLC

PLC dapat melakukan instruksi-instruksi pemrograman data, pergerakan data, geser,

penambahan dan pengurangan, perhitungan biner / BCD, intruksi logika, intruksi konversi,

Gambar 2. 2 Kontak normally open

dan normally close [7]


9

intruksi unit I/O, intruksi subroutine, intruksi kontrol interrupt, dll [5]. Namun tidak semua

instruksi tersebut akan dibahas, tetapi hanyalah yang berkaitan dengan perangkat kerasnya

saja dan Tabel 2-2 adalah contoh instruksi yang akan digunakan.

2.2.3.1. Logika Not

Gambar 2.3 menunjukkan diagram ladder logika NOT. Logika NOT menggunakan

kontak NC. Logika NOT mempunyai satu masukan dan satu keluaran serta melakukan

operasi logika peniadaan (negasi). Keluaran logika NOT akan bernilai 1 (ON), jika

masukannya bernilai 0 (OFF).

Kode Intruksi Mnemonic Fungsi

21 Move (@)MOV Mengcopy sebuah

konstanta/isi dari

sebuah word ke

word

83 Movd (@)MOVD Mengcopy sebuah

konstanta/isi dari

sebuah digit

56 Mull (@)MULL Mengali sebuah

konstanta/isi dari

sebuah word (32

bit)

55 Subl (@)SUBL Menambah sebuah

konstanta/isi dari

sebuah word (32

bit)

- PID control PID(__1)2 Melakukan kontrol

PID berdasar pada

parameter tertentu

24 Binary to BCD (@)BCD Mengubah data

biner 4-digit ke data

BCD 4-digit

Tabel 2. 2 Tabel intruksi PLC [6]

Gambar 2. 3 Diagram ladder logika NOT [7]


10

2.2.3.2. Logika AND

Logika AND menggunakan sambungan secara seri, logika AND mempunyai dua

atau lebih masukan dan satu keluaran. Keluaran logika AND akan bernilai 1 (ON), jika

semua masukan bernilai 1 (ON). Gambar 2.4 menunjukkan diagram ladder logika AND.

2.2.3.3. Logika OR

Logika OR menggunakan sambungan secara paralel. Logika OR mempunyai dua

atau lebih masukan dan satu keluaran. Keluaran logika OR akan bernilai 1 (ON), jika satu

atau lebih masukannya bernilai 1(ON). Gambar 2.5 menunjukkan diagram ladder logika OR.

2.3. Pengendali PID pada PLC OMRON CPM2A[6]

PID akan melakukan perhitungan pada data masukan, bila kondisi eksekusi ON dan

periode sampling sudah berlalu [6]. Periode sampling adalah waktu yang harus tercapai

sebelum data masukan dibaca untuk diproses. Proces variabel (PV) pada pengendali PID

PLC CPM2A diletakkan pada word masukan (IW), Manipulated variabel (MV) diletakkan

pada word keluaran (OW) dan parameter-parameter kontrol PID diletakkan pada parameter

first (P1 sampai P1+6). Gambar 2.6 menunjukkan hubungan antara periode sampling dan

proses PID. Pengolahan PID dilakukan hanya ketika periode sampling (dalam hal ini 100

ms) sudah berlalu.

Gambar 2. 4 Diagram ladder logika AND [7]

Gambar 2. 5 Diagram ladder logika OR [7]

Gambar 2. 6 Hubungan periode sampling dan proses PID [6]


11

2.3.1. Aksi Pengendali PID

1. Kondisi Eksekusi Off

Semua data yang telah diatur ditahan. Bila kondisi eksekusi adalah OFF, manipulated

variabel (MV) dapat tertulis pada word keluaran (OW) untuk mencapai pengendali

manual.

2. Kondisi Eksekusi Naik Tepi

Daerah kerja diinisialisasikan berdasarkan parameter-parameter PID yang telah

diatur dan aksi pengendalian PID dimulai. Perubahan-perubahan radikal dan

mendadak di dalam keluaran manipulated variabel (MV) tidak dibuat bila aksi mulai

menghindari pengaruh kurang baik di sistem terkendali.

3. Kondisi Eksekusi On

PID dieksekusi pada interval yang didasarkan pada periode sampling, menurut

parameter-parameter PID yang telah diatur. Periode sampling adalah interval waktu

untuk mendapat kembali data pengukuran untuk menyelesaikan satu aksi PID. PID

dieksekusi menurut CPU cycle, sangat mungkin ada kasus-kasus periode sampling

terlewati. Pada kasus ini, interval waktu sampling berikutnya dikurangi. Seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Tabel 2. 3 Setting dan fungsi pada PI[6]

Words Bits Parameter

name

Fungsi

P1 00 to 15 Set Value

(SV)

Nilai target untuk pengendali

PID. Diatur bilangan biner

dengan banyaknya bit oleh

range parameter masukan

P1+1 00 to 15 Proportional

band width

Parameter ini menetapkan

proportional band. Range

masukan 0,1% sampai 999,9%.

Harus BCD dari 0001 sampai

9999

P1+2 00 to 15 Integral

Time (Ti)

Nilai ini yang meningkatkan

penguatan integral. Dalam BCD

dari 0001 sampai 8191, atau

9999. Pengaturan 9999 disables

kendali integral.

P1+3 00 to 15 Derivative

Time (Td)

Nilai ini yang meningkatkan

penguatan derivative. Harus

BCD dari 0001 sampai 8191,

atau 0000. (0000 disables

kendali derivative)


12

Lanjutan Tabel 2.3

Words Bits Parameter

name

Fungsi

P1+4 00 to 15 Periode

sampling

(τ)

Atur interval sampling data

masukan. Harus BCD dari 0001

sampai 1023. Periode sampling

akan diatur dari 0,1 sampai

102,3 s

P1+5 00 to 03 Operation

specifier

Atur operasi normal atau

kebalikan. Atur 0 untuk

menetapkan operasi kebalikan

atau I untuk menetapkan

operasi normal.

08 to 15 Masukan

filter

coefficient

(α)

Menentukan kekuatan masukan

filter. Pengaturan ini harus

BCD dari 100 sampai 199, atau

000. Pengaturan 000

menentukan nilai pengaturan

koefisien dari 0,00 sampai 0,09

P1+6 00 to 03 Range

keluaran

Menentukan banyaknya bit dari

data keluaran. Pengaturan ini

harus antara 00dan 08, dimana

range keluaran antara 8 dan 16

bit.

08 to 15 Range

masukan

Menentukan banyaknya bit dari

dua data masukan. Pengaturan

ini harus antara 00 dan 08,

dimana masukan range keluaran

antara 8 dan 16 bit

PID melakukan pengendalian PID didasarkan pada parameter-parameter yang telah

ditetapkan di dalam P1 sampai P1+6. Bila kondisi eksekusi OFF, maka PID tidak

dieksekusi. Bila kondisi eksekusi adalah ON, maka PID menyelesaikan pengendalian

menurut parameter-parameter yang ditunjuk. Kemudian mengambil range masukan

data biner yang ditetapkan dari word masukan (IW) dan menyelesaikan PID menurut

parameter-parameter yang diatur. Tabel 2-3 menunjukkan setting dan fungsi pada PI

untuk kontrol PID.

2.4. Pengendali PID[4,5]

Keberadaan pengendali dalam sebuah sistem kendali mempunyai kontribusi yang

besar dalam perilaku sistem [4,5]. Pada dasarnya hal itu terjadi karena tidak dapat diubahnya

komponen penyusun sistem tersebut, yang berarti karakteristik plant harus diterima

sebagaimana adanya, agar perubahan kinerja sistem hanya dapat dilakukan melaluai


13

penambahan suatu sub sistem, yaitu pengendali. Tugas dari komponen pengendali yaitu

mereduksi kesalahan, yaitu perbedaan antara nilai setting dan nilai aktual. Hal ini sesuai

dengan tujuan pengendalian sistem untuk mendapatkan nilai aktual sama dengan nilai

setting.

Semakin cepat reaksi sistem mengikuti nilai aktual dan semakin kecil kesalahan yang

terjadi, maka semakin baik kinerja sistem kendali yang diterapkan. Jika perbedaan anatara

nilai keluaraan dan nilai setting relatif besar, maka pengendali yang baik mampu mengamati

perbedaan tersebut agar segera menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant.

Sistem akan secara cepat mengubah keluaran plant sehingga diperoleh selisih antara nilai

setting dengan nilai besaran yang diatur menjadi sekecil mungkin.

2.4.1. Pengendali Proporsional

Pengendali proporsional (P) memiliki keluaran yang sebanding/proposional dengan

besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan nilai aktualnya).

Secara lebih sederhana dapat dikatakan, bahwa keluaran pengendali proporsional merupakan

perkalian antara konstanta proporsional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal

masukan akan segera menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluarannya sebesar

konstanta pengalinya. Pada persamaan 2.1 menunjukan persamaan matematis dan pada

persamaan 2.2 menunjukan konstanta Kp dalam laplace.

𝑃 = 𝐾𝑃 . 𝑒(𝑡) (2.1)

𝑃

𝐸(𝑠)= 𝐾𝑃 (2.2)

Gambar 2.7 menunjukkan diagram blok yang menggambarkan hubungan antara

besaran setting, besaran aktual dengan besaran keluaran pengendali proporsional. Sinyal

kesalahan (error) merupakan selisih antara besaran setting dengan besaran aktualmya.

Selisih ini akan mempengaruhi pengendali, untuk mengeluarkan sinyal positif (mempercepat

pencapaian harga setting) atau negatif (memperlambat tercapainya harga yang diinginkan).

Pengendali proporsional memiliki 2 parameter, pita proporsional (proportional

band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja pengendali efektif dicerminkan oleh pita

proporsional, sedangkan konstanta proporsional menunjukkan nilai faktor penguatan

Gambar 2. 7 Diagram block kontroler proporsional [4]

P

PV

SP


14

terhadap sinyal kesalahan, Kp. Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta

proporsional (Kp) ditunjukkan secara prosentase oleh persamaan 2.3 berikut :

𝑃𝐵 =1

𝐾𝑃× 100% (2.3)

Gambar 2.8 menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran pengendali dan kesalahan

yang merupakan masukan pengendali. Ketika konstanta proporsional bertambah semakin

tinggi, pita proporsional menunjukkan penurunan yang semakin kecil, sehingga lingkup

kerja yang dikuatkan akan semakin sempit.

2.4.2. Pengendali Integral

Pengendali integral (I) berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki

kesalahan keadaan mantap nol. Kalau sebuah plant tidak memiliki unsur integrator (1/s ),

pengendali proporsional tidak akan mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan

keadaan mantap nol. Dengan pengendali integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu

mempunyai kesalahan keadaan mantap nol.

Pengendali integral memiliki karakteristik seperti halnya sebuah integral. Keluaran

pengendali sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal

Gambar 2. 8 Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung

pada penguatan [4]

Gambar 2. 9 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada

pembangkit kesalahan nol [4]


15

kesalahan. Keluaran pengendali ini merupakan jumlahan yang terus menerus dari perubahan

masukannya. Kalau sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga

keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan.

Sinyal keluaran pengendali integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva

kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga sebelumnya ketika

sinyal kesalahan berharga nol. Gambar 2.9 menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang

diumpankan ke dalam pengendali integral dan keluaran pengendali integral terhadap

perubahan sinyal kesalahan tersebut.

𝐼 = 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡𝑡

0 (2.4)

𝐼

𝐸(𝑠)=

𝐾𝑖

𝑠 (2.5)

𝐾𝑖 =1

𝑇𝑖 (2.6)

Gambar 2.10 menunjukkan diagram blok antara besaran kesalahan dengan keluaran

suatu pengendali integral. Pengaruh perubahan konstanta integral terhadap keluaran integral

ditunjukkan oleh Gambar 2.11. Ketika sinyal kesalahan berlipat ganda, nilai laju perubahan

keluaran pengendali berubah menjadi dua kali dari semula. Jika nilai konstanta integrator

berubah menjadi lebih besar, maka sinyal kesalahan yang relatif kecil dapat mengakibatkan

laju keluaran menjadi besar. Pada persamaan 2.4 menunjukan persamaan matematis dan

persamaan 2.5 menunjukan konstanta Ki dalam laplace.

2.4.3. Pengendali Diferensial

Keluaran pengendali diferensial (D) memiliki sifat seperti halnya suatu operasi

derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengendali, akan mengakibatkan

perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 2.12 menunjukkan diagram blok yang

Gambar 2. 10 Perubahan keluaran sebagai akibat penguatan dan kesalahan[4]

Gambar 2. 11 Blok diagram hubungan antara besaran kesalahan dengan pengontrol integral[4]

I SP

PV


16

menggambarkan hubungan antara sinyal kesalahan dengan keluaran pengendali. Pada

persamaan 2.6 dan 2.7 menunjukan persamaan matematis dimana Kp adalah kepekaan

proporsional (penguatan) dan Td adalah waktu derifativ.

𝐷 = 𝐾𝑑. 𝑇𝑑𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡 (2.7)

𝐾𝑑 = 𝑇𝑑 (2.8)

Gambar 2.13 menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal keluaran

pengendali diferensial. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran

pengendali juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah

mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk

impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru

merupakan fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari

fungsi ramp dan faktor konstanta diferensialnya Td.

2.4.4. Pengendali Proporsional, Integral, dan diferensial

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengendali P, I dan D dapat

saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengendali

proposional plus integral plus diferensial (pengendali PID). Elemen-elemen pengendali P, I

dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah

istem,menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar. Gambar 2.14

menunjukkan diagram blok pengendali PID dan juga menunjukan sistem close loop pada

gambar 2.15.

𝑀(𝑠) = 𝐾𝑝(1 + 𝑇𝑑. 𝑠 +1

𝑇𝑖.𝑠) (2.10)

Gambar 2. 12 Blok diagram pengontrol Derivative [4]

Gambar 2. 13 Kurva waktu hubungan input-output

pengontrol Derivative [4]

PV

D SP


17

𝑚(𝑡) = 𝐾𝑝. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑝. 𝑇𝑑𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡+

𝐾𝑝

𝑇𝑖∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡

𝑡

0 (2.11)

𝑚(𝑡) = 𝐾𝑝. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 + 𝐾𝑑𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡 (2.12)

𝑀(𝑠) = (𝐾𝑝 + 𝐾𝑑. 𝑠 +𝐾𝑖

𝑠) (2.13)

Keluaran pengendali PID merupakan jumlahan dari keluaran pengendali

proporsional, keluaran pengendali integral dan keluaran pengendali diferensial. Gambar 2.16

menunjukkan hubungan tersebut. Karakteristik pengendali PID sangat dipengaruhi oleh

kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ti, dan Td akan

mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga

konstanta tersebut dapat diatur lebih menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang

Gambar 2. 15 Sistem Closed Loop

Gambar 2. 14 Blok diagram kontroler PID analog [4]


18

menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara

keseluruhan.

2.5. Metode Penalaan PID[4]

Penalaan parameter pengendali PID (Proporsional Integral Diferensial) selalu

didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant) [4]. Dengan demikian

betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu

sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena penyusunan model matematik plant

tidak mudah, maka dikembangkan suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada

reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Salah satu metode pendekatan eksperimental

penalaan pengendali PID, yakni metode heuristic (coba-coba).

Metode heuristic dilakukan dengan cara sebagai berikut:

1. Lakukan aksi proporsional saja, dengan cara:

a. Hilangkan pengaruh I dan D ( I dan D dalam kondisi disable ).

b. Mulailah dengan PB yang besar, kemudian dikurangi sehingga diperoleh

grafik yang stabil dan tidak ada offset.

2. Aksi I

Jika hasil ( 1 ) terdapat offset, hilangkan offset tersebut dengan menambah

pengendali integral:

a. Hilangkan pengaruh pengendali D.

b. Mulailah dengan Ti yang besar, kemudian dikurangi sehingga diperoleh

grafik yang stabil dan tidak ada offset.

Gambar 2. 16 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan masukan untuk

pengontrol PID [4]


19

3. Aksi D

Jika hasil keluaran ( 2 ) lambat, percepat responnya dengan menambah

pengendali D dengan cara:

a. Aktifkan pengendali D

b. Mulailah dengan Td yang rendah, kemudian dikurangi sehingga diperoleh

grafik yang diinginkan.

2.6. Modul Analog Digital[6]

Modul analog digital mempunyai dua fungsi, yaitu mengubah sinyal analog menjadi

sinyal digital dan mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog [6]. Dalam MAD01 dan

MAD11 terdapat 4 masukan analog, masing-masing dua masukan arus dan dua masukan

tegangan, kemudian juga terdapat dua keluaran analog, yaitu tegangan dan arus. Data

masukan atau keluaran 8 bit (MAD01) dan 16 bit (MAD11) yang dihubungkan dengan PLC

dapat diatur sebagai masukan atau keluaran, tergantung apakah MAD01 /MAD11

difungsikan sebagai pengubah analog ke digital atau sebaliknya. Gambar 2.17

memperlihatkan ilustrasi masukan / keluaran pada MAD01/11.

Pada MAD01 terdapat spesifikasi yang harus diketahui, seperti range sinyal

masukan, resolusi, akurasi dan sinyal masukan maksimal. Spesifikasi tersebut akan

ditunjukan pada tabel 2-5 dan tabel 2-6.

Tabel 2. 4 Spesifikasi masukan MAD01

Range sinyal

Masukan

Tegangan masukan 0V s/d 10V atau +1V s/d +5V

Arus masukan 4mA s/d 20mA

Resolusi Tegangan masukan 1/ 256

Arus masukan 1/ 256

Akurasi Tegangan masukan 1.0 % max (skala maksimum)

Arus masukan 1.0 % max (skala maksimum)

Sinyal masukan

maksimal

Tegangan masukan ± 15V kontinyu

Arus masukan 30m A kontinyu

Gambar 2. 17 Ilustrasi masukan / keluaran pada MAD01/11 [6]


20

Tabel 2. 5 Spesifikasi keluaran MAD01

Range sinyal

keluaran

Tegangan keluaran 0V s/d 10V atau -10V s/d +10V

Arus keluaran 4mA s/d 20mA

Resolusi Tegangan keluaran

1/ 256 (0V s/d 10V)

1/ 512 (-10V s/d 10V)

Arus keluaran 1/ 256

Akurasi Tegangan keluaran 1.0 % max (skala maksimum)

Arus keluaran 1.0 % max (skala maksimum)

Setelah diketahui spesifikasi masukan atau keluaran juga hal-hal yang berkaitan

dengan instalasi, perlu juga mengetahui alokasi bit Internal Relay (IR). Tabel 2-7

memperlihatkan alokasi Internal Relay (IR) pada MAD01.

Tabel 2. 6 Alokasi IR pada MAD01

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

s/b x x X x x x x d d d d d d d d

Bit 0 s/d 7 : bit data

Bit 8 s/d 14 : bit tidak digunakan

Bit 15 S : sign bit jika 0 tegangan keluaran positif, kalau 1 keluaran negatif.

Bit 15 B : broken wire bit jika 0 tidak ada kerusakan, kalau 1 ada kerusakan.

Untuk dapat membaca tegangan masukan, maka pada MAD01 perlu diketahui

alokasi channel yang akan digunakan. Set Analog Destination atau Alokasi channel MAD01

yang diberikan tergantung dengan jumlah I/O pada PLC yang digunakan, seperti yang

ditunjukkan pada Tabel 2-8.

Tabel 2. 7 Alokasi channel MAD01/11

Langkah selanjutnya menempatkan MAD01 tersebut pada range yang dikehendaki.

Setting range diberikan saat inisialisasi MAD01. Setting range MAD01 ditunjukkan pada

Tabel 2-9.

CPU PLC

(jml I/O)

Channel Out

MAD01/11

Channel In1 pd MAD01

atau In0 pd MAD11

Channel In2 pd MAD01

atau In1 pd MAD11

10CDx 11 1 2

20CDx 11 1 2

30CDx 12 2 3

40CDx 12 2 3


21

Tabel 2. 8 Setting range MAD01

Jika Kode Set range ditentukan #FF00, maka masukan tegangan analog antara 0 – 10V.

Tegangan analog masukan akan diubah menjadi nilai digital 8 bit, sehingga perubahan nilai

tegangan analog terkecil yang dapat dideteksi adalah : 10V / 28 = 39 mV. Seperti pada tabel

2-6 yaitu resolusi tegangan keluaran dan tabel 2-9 yang menunjukan kode set range yang

akan digunakan.

2.6.1. Penyambungan Modul Analog Digital

Data masukan atau keluaran MAD01 adalah 8 bit yang dihubungkan dengan PLC

dan dapat diatur sebagai masukan atau keluaran, tergantung apakah MAD01 difungsikan

sebagai pengubah analog ke digital atau sebaliknya. Gambar 2.18 memperlihatkan bagian-

bagian MAD01.

Pada modul MAD01 seperti gambar 2.18 terdapat expansion I/O connecting cabel

yang akan disambungkan ke expansion conector yang ada pada PLC. Seperti gambar 2.19

Expansion I/O connecting cabel berfungsi sebagai sarana untuk mengirim data dari modul

MAD ke PLC CPM2A untuk diolah.

Kode set range Keluaran Masukan1 Masukan2

FF00 0-10V / 4-20mA 0-10V 0-10V

FF01 -10-10V / 4-20mA 0-10V 0-10V

FF02 0-10V / 4-20mA 1-5V / 4-20mA 0-10V

FF03 -10-10V / 4-20mA 1-5V / 4-20mA 0-10V

FF04 0-10V / 4-20mA 0-10V 1-5V / 4-20mA

FF05 -10-10V / 4-20mA 0-10V 1-5V / 4-20mA

FF06 0-10V / 4-20mA 1-5V / 4-20mA 1-5V / 4-20mA

FF07 -10-10V / 4-20mA 1-5V / 4-20mA 1-5V / 4-20mA

Gambar 2. 18 Bagian MAD01


22

2.7. Human Machine Interface ( HMI )

Human Machine Interface (HMI) adalah unit kontrol terpusat untuk fasilitas

manufaktur yang dilengkapi dengan penerima data, event logging, video feed, dan pemicu.

HMI dapat digunakan untuk mengakses sistem setiap saat untuk berbagai tujuan, misalnya

untuk menampilkan kesalahan mesin, menampilkan status proses, menampilkan jumlah

produk, suhu ruangan dan tempat dimana operator melakukan pengendalian mesin. Dapat

dilihat pada gambar 2.20 dan 2.21 Penggunaan HMI memiliki beberapa keuntungan,

misalnya penggunaan kode warna sehingga memudahkan identifikasi, penggunaan ikon atau

gambar sehingga mudah dikenali, dan layar yang dapat dirubah – rubah sehingga

memungkinkan untuk pembuatan level akses masuk ke sistem. Pada sistem manufaktur HMI

harus bekerja secara terintegrasi dengan Programmable Logic Controller (PLC). PLC akan

mengambil informasi dari sensor, dan mengubahnya ke aljabar Boolean [4].

Gambar 2. 19 Koneksi Antara PLC dan MAD01

Gambar 2. 20 HMI NB7W-TW00B tampak depan


23

Gambar 2. 21 HMI NB7W-TW00B tampak belakang

2.8. RS232[12]

RS-232 adalah standar komunikasi serial yang didefinisikan

sebagai antarmuka antara perangkat terminal data (data terminal equipment atau DTE)

dan perangkat komunikasi data (data communications equipment atau DCE) menggunakan

pertukaran data biner secara serial. Di dalam definisi tersebut, DTE adalah

perangkat komputer dan DCE sebagai modem walaupun pada kenyataannya tidak semua

produk antarmuka adalah DCE yang sesungguhnya. Komunikasi RS-232 diperkenalkan

pada 1962 dan pada tahun 1997, Electronic Industries Association mempublikasikan tiga

modifikasi pada standar RS-232 dan menamainya menjadi EIA-232. Seperti pada gambar

2.22.

Standar RS-232 mendefinisikan kecepatan 256 kbps atau lebih rendah dengan jarak

kurang dari 15 meter, namun belakangan ini sering ditemukan jalur kecepatan tinggi

pada komputer pribadi dan dengan kabel berkualitas tinggi, jarak maksimum juga

ditingkatkan secara signifikan. Dengan susunan pin khusus yang disebut null modem cable,

standar RS-232 dapat juga digunakan untuk komunikasi data antara dua komputer secara

langsung.

Gambar 2. 22 RS 232


https://id.wikipedia.org/wiki/Komunikasi_serial

https://id.wikipedia.org/wiki/Antarmuka

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perangkat_terminal_data&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perangkat_komunikasi_data&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Biner

https://id.wikipedia.org/wiki/Komputer

https://id.wikipedia.org/wiki/Modem

https://id.wikipedia.org/wiki/1962

https://id.wikipedia.org/wiki/1997

https://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_pribadi

24

2.9. Sensor Suhu

Sensor suhu (LM35) adalah jenis sensor suhu yang presisi terhadap temperatur

dengan tegangan Output adalah linier poporsional terhadap derajat Celcius. Fitur-fitur yang

terdapat dalam sensor suhu LM 35 adalah sebagai berikut :

1. Beroperasi pada derajat Celsius

2. Skala kenaikan linier +10.0 mV/°C

3. Ketepatan 0.5 °C (pada +25°C)

4. Bekerja pada −55 °C sampai +150 °C

5. Bekerja mulai tegangan 4 sampai 30 volts

6. Penggunaan arus yang kurang dari 60 μA

7. Pemanasan diri yang rendah pada udara bebas yaitu 0.08 °C

8. Keluaran impedansi yang rendah 0.1 W untuk beban 1 mA

Konfigurasi sensor suhu LM 35 dapat dilihat pada gambar 2.23. sensor LM 35

berbentuk seperti transistor hitam kecil berkaki tiga. Masing – masing kaki memiliki fungsi

sebagai berikut [8]:

1. Kaki paling kiri adalah kaki untuk memberi masukan atau VCC. Tegangan VCC

mempunyai jangkauan antara 4V s/d 30V.

2. Kaki bagian tengah adalah kaki Output yaitu berupa keluaran tegangan antara 0V

s/d 1.5V. Keluaran tegangan ini berbanding lurus atau linier dengan perubahan

suhu dengan range +2 ºC s/d 150 ºC.

3. Kaki paling kanan adalah kaki untuk ground.

Gambar 2. 23 Konfigurasi pin LM 35


25

Gambar 2. 24 Diagram blok rangkaian

pengkondisi sinyal

Gambar 2. 25 Rangkaian Penguat Non

Inverting

2.10. Pengkondisi Sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal digunakan untuk memperoleh tegangan refrensi yang

disesuaikan dengan karakteristik ADC (CPM2A-MAD01). Rangkaian pengkondisi sinyal

merupakan suatu rangkaian penguat non inverting. Diagram blok dari rangkaian pengkondisi

sinyal dapat dilihat pada gambar 2.24.

Input rangkaian penguat non inverting berasal dari Output sensor LM 35. Output yang

dihasilkan dari rangkaian penguat non inverting akan diumpamakan kebagian ADC

(CPM2A-MAD01). Bagian ADC (CPM2A-MAD01) berfungsi untuk mengubah data analog

menjadi data digital.

2.10.1. Rangkaian Penguat Non Inverting

Rangkaian penguat non inverting berupa rangkaian Op-Amp. Skematik dari

rangkaian Op-Amp ditunjukan pada gambar 2.25.

Besarnya penguatan (Av) dari rangkaian penguat non inverting ditentukan oleh

perbandingan tegangan Output (V0) dengan tegangan Input (Vi). Persamaan penguatan (Av)

dari rangkaian penguat Non inverting adalah sebagai berikut :

𝐴𝑉 =𝑉𝑜

𝑉𝑖= 𝑅𝑖 +

𝑅𝑓

𝑅𝑖= 1 +

𝑅𝑓

𝑅𝑖 (2.13)


26

2.11. Driver Current

2.11.1. Current Mirror[10]

Current mirror adalah salah satu rangkaian yang menyediakan arus konstan dan

digunakan pada rangkaian integral. Arus konstan diperoleh dari arus keluaran yang

merupakan refleksi atau cerminan dari arus konstan yang dikembangkan dari satu sisi

rangkaian. Pada gambar 2.26 Ix saat ini detentukan pada trnsistor Q1 dan resistor Rx

tercermin dalam arus I melalui transistor Q2.

Arus Ix dan I dapat di peroleh dengan menggunakan rangkian arus yang terdapat pada

gambar 2.27, di asumsikan bahwa arus emittor (Ie) pada kedua transistor sama.

𝐼𝐵 =𝐼𝐸

𝛽+1≅

𝐼𝐸

𝛽 (2.14)

Arus collector pada setiap transistor menjadi

𝐼𝐶 ≅ 𝐼𝐸 (2.15)

Maka arus Ix yang melalu Rx adalah

𝐼𝑥 = 𝐼𝐸 +2𝐼𝐸

𝛽=

𝛽𝐼𝐸

𝛽+

2𝐼𝐸

𝛽=

𝛽+2

𝛽𝐼𝐸 ≈ 𝐼𝐸 (2.16)

Gambar 2. 26 Rangkaian Current Mirror[10]

Gambar 2. 27 Arah arus untuk rangkaian current

mirror[10]


27

Arus konstan yang diberikan pada collector Q2 mencerminkan Q1 karena Ix yang

ditetapkan oleh Vcc dan Rx dicerminkan pada arus collector Q2. Transistor Q1 disebut

terhubung dioda karena basis dan collector dihubung bersama.

2.11.2. Konfigurasi Darlinton[10]

Darlington adalah rangkaian yang populer dari dua transistor bipolar junction untuk

operasi sebagai satu transistor “super-beta” yang ditunjukan pada gambar 2.28.

Fungsi utama dari rangkaian darlington adalah transistor komposit yang bertindak

sebagai unit tunggal dengan gain arus yang dihasilkan oleh arus gain pada setiap transistor.

Jika rangkian tersusun dari dua transistor yang masing-masing memiliki arus gain. Maka

arus gain yang dihasilkan dari rangkaian darlington menjadi

𝛽𝐷 = 𝛽1 × 𝛽2 (2.17)

Jika dua transistor terhubung maka β1=β2=β, rangkaian darlington menghasilkan arus gain

𝛽𝐷 = 𝛽2 (2.18)

Rangkaian darlington transistor menghasilkan sebuah transistor yang memiliki arus

gain yang besar, biasanya beberapa ribu. Rangkaian dasar darlington ditunjukan pada

gambar 2.29

Transistor darlington mempunyai arus gain βD untuk digunakan. Arus basis dapat

dihitung dari persamaan

𝐼𝐵 =𝑉𝐶𝐶−𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵+𝛽𝐷.𝑅𝐸 (2.19)

Meskipun persamaan ini sama dengan transistor biasa, nilai βD lebih besar dan nilai

VBE lebih besar. Maka persamaan arus emitter

Gambar 2. 28 Combinasi Darlington[10]

Gambar 2. 29 Rangkaian dasar

darlington[10]


28

𝐼𝐸 = (𝛽𝐷 + 1)𝐼𝐵 ≈ 𝛽𝐷. 𝐼𝐵 (2.20)

Persamaan tegangan dc

𝑉𝐸 = 𝐼𝐸. 𝑅𝐸 (2.21)

𝑉𝐵 = 𝑉𝐸 + 𝑉𝐵𝐸 (2.22)

2.11.3. Konfigurasi Feed back Pair[10]

Rangkaian feedback pair tersusun dari dua buah transistor yang bekerja seperti

rangkaian darlington. Seperti pada gambar 2.30

Feedback pair menggunakan transistor pnp yang menggerakkan transistor npn, kedua

transistor bekerja efektif seperti satu transistor pnp. Seperti pada rangkaian darlington,

feedback pair juga memberikan arus gain yang tinggi. Aplikasi digunakan dengan rangkaian

darlington dan feedback pair untuk menyediakan operasi transistor komplementer. Rangkain

sederhana menggunakan feedback pair pada gambar 2.31

Perhitungan dc bias yang mengikuti penyederhanaan praktis mungkin dapat

memberikan hasil yang sederhana. Loop basis-emitter diperoleh persamaan

𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐶. 𝑅𝐶 − 𝑉𝐸𝐵1 − 𝐼𝐵1. 𝑅𝐵 = 0 (2.23)

𝑉𝐶𝐶 − (𝛽1. 𝛽2. 𝐼𝐵1). 𝑅𝐶 − 𝑉𝐸𝐵1 − 𝐼𝐵1. 𝑅𝐵 = 0 (2.24)

Persamaan arus pada basis

𝐼𝐵1 =𝑉𝐶𝐶−𝑉𝐵𝐸1

𝑅𝐵+𝛽1.𝛽2.𝑅𝐶 (2.25)

Gambar 2. 30 Rangkaian Feedback

pair[10]

Gambar 2. 31 Pengoperasian Feedback

pair[10]


29

Persamaan arus pada collector Q1 yang juga merupakan arus basis Q2.

𝐼𝐶1 = 𝛽1. 𝐼𝐵1 ≈ 𝐼𝐵2 (2.26)

Persamaan arus pada collector Q2

𝐼𝐶2 = 𝛽2. 𝐼𝐵2 ≈ 𝐼𝐸2 (2.27)

Sehingga Arus yang melalui Rc adalah

𝐼𝑐 = 𝐼𝐸1 + 𝐼𝐶2 ≈ 𝐼𝐵2 + 𝐼𝐶2 (2.28)

𝐼𝐶 ≅ 𝐼𝐶2 (2.29)


30

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Diagram Blok Sistem

Kondisi yang diinginkan dari kontrol suhu inkubator ini adalah menstabilkan suhu

pada inkubator, sesuai dengan suhu yang diinginkan. Pengontrolan suhu pada inkubator

dilakukan dengan metode PID, yang dijalankan oleh PLC CPM2A, seperti pada gambar 3.1.

Untuk menciptakan suhu yang diinginkan, PLC mengatur redup terangnya lampu dengan

metode PID.

HMI sebagai piranti input untuk memasukan range suhu yang akan diatur, nilai

masukan akan diproses oleh PLC dengan metode PID. Output dari PLC berupa sinyal digital

yang akan dikonfersikan menjadi sinyal analog oleh Modul analog to digital/Modul digital

to analog (MAD). Output dari MAD berupa tegangan atau pun arus perlu dikuat akan agar

dapat menjalankan aktuator, yaitu dengan menggunakan Driver current. Sensor suhu LM35

adalah inputan yang akan diterima oleh PLC dan dibandingkan nilainya dengan nilai

masukan user.

3.2. Proses Penalaan

Proses penalaan adalah proses yang dilakukan untuk mendapatkan nilai Kp, Ki, Kd,

dengan menggunakan metode heuristic (coba-coba) seperti yang sudah dijelaskan pada sub

bab 2.5. Metode penelaan PID. Nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah didapat akan dimasukan

dalam program yang akan digunakan.

3.3. Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras adalah bentuk fisik dari alat yang akan dibuat beserta rangkaian-

rangkaian elektronika yang disusun agar alat dapat berjalan sebagaimana mestinya.

Perancanagan perangkat keras ini terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan pertama yaitu

Gambar 3.1 Diagram blok kontrol suhu pada prototype inkubator


31

Gambar 3. 3 Desain ruang inikubator Gambar 3. 2 Desain Letak Sensor

Gambar 3. 4 Desain Tampilan Depan dan Tataletak Lampu

Pemanas

perancangan prototipe inkubator sebagai objek pengaturan dan penstabilan suhu di

dalamnya, rangkaian pengkondisi sinyal, rangkaian penguatan arus (driver current).

3.3.1. Perancangan Miniature Inkubator

Perancangan Prototipe inkubator bayi beserta tata letak dapat dilihat pada gambar

3.3, 3.4, dan 3.5.

a. Sebagai sirkulasi udara yang ada pada inkubator

b. Ruang utama inkubator

c. Letak sensor suhu yang akan digunakan

d. Letak lampu yang akan digunakan

e. Ruang pemanas

Dimensi dari prototype inkubator yang akan dibuat yaitu berbentuk balok dengan

ukuran yang di minimalkan dari ukuran aslinya karena ini adalah prototype. Ukuran

inkubator bayi pada umumnya yaitu 80 x 60 x 85cm, prototype ini akan diminimalkan dari

ukuran pada umunya sehingga menjadi 26,7 x 10 x 28,3cm. Ruang utama adalah ruang untuk

a b

c

d e


32

mengukur suhu dan menstabilkan suhu, ruang pemanas adalah tempat untuk pengaturan

suhu yang diinginkan, dimana terdapat lampu sebagai pemanas, sirkulasi udara dibutuhkan

untuk keluar masuk udara pada kubah utama.

3.3.2. Perancangan Pengkabelan

Pada penelitian ini PLC yang digunakan adalah omron CPM-2A yang berfungsi

sebagai kontroler, CPM-2A yang digunakan memiliki 30 port, 18 port input dan 12 port

output.

Tabel 3. 1 Alamat Piranti Input

Input

No Nama Alamat Keterangan

1 Tombol

Emergensi 0.00 IN PLC CPM2A

2 LM 35 2 MAD

Tabel 3. 2 Alamat Piranti Output

Output

No Nama Keterangan

1 Lampu Out MAD

3.3.3. Pengkondisi Sinyal Sensor

Seperti yang tercantum dibatasan masalah, sensor suhu yang digunakan adalah

Lm35. Untuk pembacaan dihubungkan dengan rangkaian pengkondisi sinyal agar

didapatkan Output yang cukup untuk pembacaan pin analog pada modul MAD. Proses

pengukuran suhu menggunakan LM35 dengan rentang suhu yang dibutuhkan adalah 32˚C

sampai 35˚C dengan interval kenaikan 10mV/˚C. sehingga untuk suhu 32˚C tegangan yang

dihasilkan adalah 320mV dan untuk suhu 35˚C tegangan yang dihasilkan adalah 350mV.

Sedangkan Input analog MAD dapat membaca tegangan dari 0V sampai 10V, sehingga

diperlukan penguatan tegangan sebesar 10x. Om-amp yang digunakan yaitu Lm741.

Gambar 3. 5 Pengkondisi sinyal


33

Supaya didapatkan penguatan 10 kali maka dibutuhkan rangkaian non inverting

seperti pada gambar 3.5. Pada rangkaian pengkondisi sinyal ini terdapat dua buah resistor

R1 dan R2. R1 ditetapkan 1k sehingga didapatkan R2 = 9k dari persamaan 2.13.

AV = (R2/R1) + 1

10 = (R2/1k) + 1

R2 = 9k

3.3.4. Rangkaian Penguat Arus

Rangkaian Driver Current digunakan untuk meningkatkan arus sehingga lampu yang

digunakan dapat menyala seperti pada gambar 3.6. Pada rangkaian driver current terdapat

beberapa komponen yang digunakan, untuk menetukan nilai dari komponen tersebut

diperlukan perhitungan. Nilai dari tiap komponen atau tipe komponen yang diguakan

mempengaruhi nilai keluaran dari rangkaian driver current. Seperti pada perhitungan berikut

dimisalkan nilai resistor yang digunakan adalah 10KΩ.

𝐼𝑥 =𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅=

10𝑉 − 0,7𝑉

10𝐾Ω= 0,9𝑚𝐴

𝐼𝐶1 = 𝛽1 × 𝐼𝐵1 = 50 × 0,9𝑚𝐴 = 45𝑚𝐴

𝐼𝐶2 = 𝛽2 × 𝐼𝐵2 = 1000 × 45𝑚𝐴 = 4,5𝐴

Gambar 3. 6 Rangkaian Penguat Arus


34

Gambar 3. 7 metode koneksi RS-232

3.3.5. Metode Koneksi HMI dan PLC Omron CPM2A

HMI (Human Machine Interface) yang digunakan pada tugas akhir ini adalah Seri

NB7W-TW01B. HMI ini dapat terhubung dengan PLC Omron melalui Ethernet, dan

antarmuka Serial. Untuk mengghubungkan HMI dan PLC dapat menggunakan metode

koneksi RS-232, RS-485, RS-422, maupun Ethernet. Pada perancangan ini digunakan

metode koneksi RS-232. Metode koneksi RS-232 menggunakan port serial COM1/COM2.

3.3.6. Metode Pengaturan Format MAD

MAD01 akan digunakan untuk mengubah masukan berupa tegangan analog dari

sensor suhu menjadi data digital. Langkah pertama harus menghitung Kode range/ Format

data yang akan dikirim ke MAD01 menggunakan tabel 2-9. Tegangan analog out range yang

dibutuhkan adalah 0V sampai 10V.

3.3.7. Wiring Input/Output MAD

Pada MAD01 terdapat pin Vout, Vin dan COM, yang memiliki fungsi masing-

masing, pin Vout dari MAD01 akan dihubungkan ke driver current, pin Vin dihubungkan

ke pengkondisi sinyal, COM dihubungkan sebagai grond.

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Sistem pada prototype inkubator bayi ini diprogram dengan bahasa pemrograman

ladder diagram. Pemrograman PLC ini menggunakan perangkat lunak CX programmer

Gambar 3. 8 Wiring Input/Output MAD


35

yang berfungsi sebagai ladder dalam penulisan baris-baris perintah dan proses pengiriman

program ke PLC. Perancangan perangkat lunak pada prototype inkubator meliputi

pengaktifan indikator start/stop, pembacaan nilai suhu, perhitungan dalam proses

pengendalian menggunakan exspansion intructions PID, dan tampilan data pada HMI.

3.4.1. Kerangka Utama Program

Program utama dimulai dari pembacaan data suhu, selanjutnya, sistem membaca

nilai suhu untuk dibandingkan dengan set point yang diberikan. Selisih set point dengan suhu

aktual inkubator adalah kesalahan (error). Kesalahan tersebut akan digunakan untuk

perhitungan sinyal kendali dengan metode PID. Input nilai suhu dan masukan parameter

PID, kemudian keluaran dari perhitungan tersebut dikeluarkan melalui modul keluaran

analog.

Gambar 3. 9 Kerangka

Umum Program


36

3.4.2. Pengolahan PID

Subrutin masukan parameter PID berfungsi untuk memasukkan data-data yang

diberikan untuk proses pengendalian. Untuk mendapat nilai dari parameter PID dilakukan

dengan metode yang sudah dijelaskan pada sub bab metode penelaan PID yaitu heuristic.

Nilai Kp, Ki, Kd akan dimasukan dalam program kemudian akan diolah oleh PLC sehingga

menghasilkan jumlahan dari pengendali proporsional, integral, dan diferensial.

3.4.3. Perancangan Tampilan HMI

HMI (human Machine Interface) akan mempermudah dalam pengoprasian alat dan

akan membantu untuk memonitoring suhu serta tingkat gas di dalam pabrik. Perangkat lunak

HMI yang digunakan untuk menunjang pemrograman hardware HMI Omron NB7W-

TW00B yang digunakan pada tugas akhir ini adalah software NBDesigner versi 1.35 yang

merupakan software HMI milik Omron yang digunakan untuk membuat layout HMI. Pada

tabel 3.4. merupakan bagian isi hmi dengan screen layout, sedangkan pemrograman pada

perangkat keras PLC Omron CPM2A-NA20DR-A menggunakan software CXProgrammer

versi 9.2.

Tabel 3. 3 Bagian Tampilan HMI

NO. Screen Layout Isi

1. Screen 1 Tampilan Awal

2. Screen 2 Home

3. Screen 3 Input Nilai Suhu

4. Screen 4 Monitoring

5. Screen 5 Error

Gambar 3. 10

Pengolahan PID


37

Tampilan awal seperti Gambar 3.11. merupakan rancangan tampilan awal sebelum

masuk kemenu utama. Tampilan awal berisi salam pembuka serta ucapan selamat

mengoperasikan

Pada menu HOME terdapat beberpa pilihan yaitu untuk monitoring, start, stop.

Monitoring adalah pilihan untuk menampilkan nilai dari suhu yang sedang terukur dan

keadaan suhu pada inkubator tersebut. Start untuk memulai mengoperasikan inkubator dan

stop untuk menghentikan kerja dari sistem. Seperti pada gambar 3.12.

SELAMAT DATANG

SELAMAT

MENGOPERASIKAN

HOME

Gambar 3. 12 Tampilan menu home

Pengaturan Suhu Inkubator

Bayi

Monitoring Start Stop

Gambar 3. 11 Tampilan Awal


38

Tampilan berikut adalah tampilan setelah tombol start di klik maka akan muncul tampilan

untuk memasukan nilai suhu yang akan diatur sesuai dengan berat badan dan umur bayi.

Maka user hanya akan memilih sesuai berat badan dan usia. Seperti pada gambar 3.13.

Monitoring berfungsi untuk mengetahui tingkat suhu yang ada di ruang utama

ikubator, sehingga dapat menjadi acuan sistem dalam mengontrol suhu. Selain itu fungsi dari

monitoring juga dapat digunakan sebagai pendeteksi kerusakan pada sistem dan pada alat.

Seperti gambar 3.14.

Gambar 3. 13 Tampilan Input Nilai Suhu

Gambar 3. 14 Tampilan Monitoring

Input Nilai Suhu

BACK

32˚

Monitoring

Suhu Suhu

Aktual

34˚

40˚C

20˚C

40˚C

20˚C


39

Pada sistem yang dibuat ada kalanya terjadi error sistem maka pada HMI akan muncul

tampilan seperti gambar 3.15.

Warning

ERROR SISTEM

CHECK YOUR SISTEM

HARDWARE

Gambar 3. 15 Tampilan Error


40

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN Suatu alat atau program dapat dikatakan bekerja dengan baik apabila disertai dengan

pembuktian fungsi kerja dari alat tersebut. Bab ini akan menjelaskan mengenai hasil

implementasi rancangan perangkat keras, perangkat lunak, dan hasil pengujian sistem. Hasil

dan pembahasan kontrol suhu yaitu sensor suhu dengan menggunkaan rangkaian PLC, serta

membahas program yang digununakan pada PLC. Hasil pengamatan berupa suhu pada

inkubator, ketepatan dan kestabilan sistem.

4.1. Perubahan Perancangan

4.1.1. Rangkaian Driver Current

Rangkaian penguat arus yang dirancang di bab 3 gambar tidak dapat menyalakan

lampu karena arus keluaran pada rangkaian draiver current pada perancangan tidak cukup

untuk menyalakan lampu sehingga rangkaian diubah agar dapat menaikan arus pada lampu

dengan daya yang lebih besar. Perubahan juga dilakukan pada lampu, karena lampu yang

digunakan yaitu 10W 12V tidak dapat menyala, sehingga diubah dengan menggunakan

lampu yang memiliki beban yang besar yaitu 35W 12V dengan perubahan watt yang lebih

besar akan menghasilkan cahaya lampu yang lebih terang serta lebih panas, sehingga dapat

mencapai suhu yang diinginkan. Perubahan rangkaian dapat dilihat pada gambar 4.1

Persamaan yang digunakan untuk mendapatkan nilai komponen pada raingkaian

driver current, yang pertama menghitung arus pada beban atau lampu ( IL ), kemudian

menghitung arus yang akan masuk ke transistor melalui R1 (IR1), dan kemudia menghitung

niali R1

Gambar 4. 1 Rangkaian Driver Current

MAD01


41

𝐼𝐿 = 35𝑊

12𝑉= 2,9𝐴 (4.1)

𝐼𝑅1 =𝑉𝑎−𝑉𝑏𝑒(𝑇2+𝑇3)

𝑅1 (4.2)

𝑅1 =𝑉𝑎−𝑉𝑏𝑒(𝑇2+𝑇3)

𝐼𝑅1=

(9,3−(0,7+0,7)

2,42= 3,3𝐾Ω (4.3)

4.1.2. Layout HMI

Pada proses pembuatan layout HMI terdapat perubahan rancangan pada desain

layout. Perubahan ini dilakukan untuk membuat tampilan HMI menjadi lebih simpel dan

user frendly sehingga lebih mudah untuk digunakan. Seperti pada gambar 4.2

Pada tampilan awal tidak ada perubahan yang signifikan hanya mengganti warna layar,

warna text, dan warna tombol. Terdapat penambahan layer untuk menu pilihan umur dan

berat badan bayi.

4.1.3. Modul PID

Instruksi PID pada PLC OMRON CPM2A tidak dapat melakukan komputasi dengan

baik sehingga PLC CPM2A tidak dapat melakukan intruksi PID dengan baik, Seperti Pada

gambar 4.3.

Gambar 4. 2 Tampilan Awal HMI

Gambar 4. 3 Leader Program PID PLC CPM2A


42

Intruksi PID pada PLC CPM2A dirubah dengan menggunakan perhitungan

matematis metode PI. Metode PI adalah gabungan dari pengontrol proporsional dan

pengontrol integrtor seperti pada persamaan 4.1, untuk persamaan matematis pengontrol

proporsional dan integrator 2.1 dan 2.4.

𝑃𝐼 = 𝐾𝑝. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡 (4.1)

4.2. Implementasi Hardware

Hasil implementasi prototipe inkubator bayi secara umum dapat dilihat pada gambar

4.3 dengan keterangan pada tabel 4.1.Pada bagian depan inkubator terdapat terdapat pintu

yang digunkan untuk mengatur keadaan bayi dalam ruang utama dan juga HMI. Dapat

dilihat pada gambar 4.3.

Gambar 4. 5 Bagian Maket Inkubator

D

E

Gambar 4. 4 MAD, PLC, power supply


43

Tampak atas inkubator menunjukan ruang utama inkubator yang terdapat sensor untuk

mendeteksi suhu pada ruangan tersebut gambar 4.4 menunjukan MAD, Power supply, dan

juga PLC.

Tabel 4. 1 Bagian Inkubator

Huruf Keterangan

A Pengkondisi Sinyal

B Penguat Arus

C Lampu

D MAD01

E Power Supply

4.3. Menentukan nilai Kp dan Ki

Pada bab 2 telah dijelaskan bahwa kontrol P dan I memiliki konstanta P dan

konstanta I. Nilai Kp dan Ki didapat dengan cara melakukan percobaan pada beberapa nilai

seperti pada lampiran, nilai Kp dan Ki memiliki pengaruh pada respon sistem seperti yang

sudah dijelaskan pada bab 2 dan dilihat pada lampiran gambar L.1 sampai gambar L.12 .

Nilai Kp dan Ki yang terbaik yaitu pada Kp=5 dan Ki=1.

4.4. Hasil Pengamatan Sistem

Pengamatan sistem dilakukan pada sistem dan sub sistem. Sistem data berupa

mekanisme sistem secara keseluruhan dan tampilan status pada HMI. Sedangkan pada sub

data yang diambil berupa nilai tegangan pada setiap komponen utama yang digunakan.

Gambar 4. 6 Tampak Atas Inkubator

C

A

B


44

Pada pengamatan sistem utama data yang diambil berupa respon sistem terhadap

kontroler PI yaitu dengan cara memberikan tegangan yang berfariasi terhadap sistem, serta

status yang akan muncul di HMI. Ketika sistem dinyalakan, sistem akan mengirimkan data

hasil pemgolahan sistem.

4.4.1. Data Hasil Pengamatan Sistem

Data pengamatan sistem dilakukan dengan pegujian berdasarkan set point berupa

nilai suhu yang akan diatur. Penalaan dengan metode huristic dilakukan untuk mencari

respon sistem terbaik. Percobaan pertama yaitu pada BB>2500gr dengan umur >2hari

setpoint 31,98˚C. Seperti pada tebel 4.1

Tabel 4. 2 Data BB >2500Gr, Umur >2 Hari, SP=31,98, KP=5, KI=1

No Waktu (Detik) Suhu Pada Monitor (˚C ) Suhu Termometer (˚C )

1 0 s 26,1 ˚C 27,6 ˚C

2 20 s 27,3 ˚C 28,4 ˚C

3 40 s 28,0 ˚C 29 ˚C

4 60 s 28,4 ˚C 29,3 ˚C

5 80 s 28,8 ˚C 29,8 ˚C

6 100 s 29,2 ˚C 30,2 ˚C

7 120 s 29,6 ˚C 30,6 ˚C

8 140 s 30,0 ˚C 30,9 ˚C

9 160 s 30,4 ˚C 31,2 ˚C

10 180 s 30,8 ˚C 31,6 ˚C

11 200 s 31,4 ˚C 31,9 ˚C

12 220 s 31,5 ˚C 32,1 ˚C

13 240 s 31,5 ˚C 32,2 ˚C

14 260 s 31,5 ˚C 32,3 ˚C

15 280 s 31,5 ˚C 32,4 ˚C

16 300 s 31,7 ˚C 32,6 ˚C

17 320 s 31,7 ˚C 32,5 ˚C

18 340 s 32,3 ˚C 32,5 ˚C

19 360 s 31,9 ˚C 32,7 ˚C

20 380 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C

21 400 s 31,5 ˚C 32,7 ˚C

22 420 s 31,2 ˚C 32,7 ˚C

23 440 s 31,5 ˚C 32,8 ˚C

24 460 s 31,5 ˚C 32,8 ˚C

26 500 s 32,3 ˚C 32,8 ˚C

27 520 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C

28 540 s 32,9 ˚C 32,9 ˚C

29 560 s 31,9 ˚C 32,7 ˚C

30 580 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C

31 600 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C


45

Lanjutan Tabel 4.2

No Waktu Suhu Pada Mnitor (˚C ) Suhu Termometer (˚C )

1 620 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C

2 640 s 32,3 ˚C 32,6 ˚C

3 660 s 32,3 ˚C 32,5 ˚C

4 680 s 31,9 ˚C 31,6 ˚C

5 480 s 32,7 ˚C 32,7 ˚C

6 700 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C

7 720 s 31,2 ˚C 32,6 ˚C

8 740 s 32,7 ˚C 32,6 ˚C

9 760 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C

10 780 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C

11 800 s 31,2 ˚C 32,5 ˚C

12 820 s 31,2 ˚C 32,6 ˚C

13 840 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C

14 860 s 31,5 ˚C 32,5 ˚C

15 880 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C

16 900 s 32,7 ˚C 32,6 ˚C

17 920 s 32,3 ˚C 32,5 ˚C

18 940 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C

19 960 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C

Data hasil pengamatan perubahan suhu pada gambar 4.7 dilihat mealui perubahan

suhu yang tertampil pada monitor. Pada gambar 4.7 dapat dilihat bahwa terjadi overshoot

pada sistem dan sistem akan berosi lasi samapai pada titik kestabilan, sensistifitas sensor

membuat respon dari sistem terus berosilasi dan berubah-ubah, nilai perubahan suhu masih

dalam range toleransi yang diberikan yaitu sebesar ±2,5%

Gambar 4. 7 Grafik Kenaikan Suhu BB >2500Gr, Umur >2 Hari, SP=31,98˚C, KP=5, KI=1


46

Nilai Tr, Ts, Tp, dapat dilihat pada gambar 4.7 Nilai tr dicari saat waktu sistem

mencapai 0% dan 100% dari nilai akhir tanggapan sistem dimulai dari nilai awalnya yaitu

26,13˚C, dari gambar 4.7 dapat diketahui bahwa nilai Tr=320 detik.

Nilai tp adalah waktu yang diperlukan tanggapan untuk mencapai puncak pertama

overshoot. Jika dilihat dari grafik, maka nilai Tp adalah 340 detik.

Dari grafik gambar 4.7 diperoleh :

1. Tr= 320 detik

2. Tp= 340 detik

3. Ts= 820 detik

4. % Os= 1,2%

5. Ess= 2,37%

Suhu yang diatur dikatakan stabil karena nilai error suhu tidak melebihi ±2,5% dari

nilai yang diinginkan.

Grafik perubahan suhu berdasarkan pengamatan pada termometer dapat dilihat

bahwa suhu dapat stabil dan tidak ada osilasi ataupun overshoot yang terjadi sama seperti

pada hasil pengamatan perubahan suhu pada monitor. Nilai tr dicari saat waktu sistem


27,6˚C, dari gambar 4.8 dapat diketahui bahwa nilai Tr=220 detik,. Error pada suhu yang

diatur adalah 1,56% tidak melebihi dari batas toleransi ±2,5% suhu yang dinginkan.

Gambar 4. 8 Grafik kenaikan suhu berdasarkan termometer


47

Pada gambar 4.9 menunjukan perbedaan garfik antara hasil pengamatan pada

monitor dan termometer. Suhu pada monitor mengalami osilasi sedangkan suhu pada

termometer cenderung lebih stabil.

Nilai perubahan suhu akan tertampil pada HMI dan menunjukan batas kenikan suhu

dengan menggunakan indikator lampu, lampu akan hijau jika nilai suhu yang terbaca masih

dibawah nilai suhu inptan dan akan berubah merah jika nilai tersebut terlewati. seperti pada

gambar 4.10 dan 4.11

Gambar 4. 9 Grafik perbandingan suhu pada set point 32, Kp=5, Ki=1

Gambar 4. 10 Tampilan awal nilai suhu dan indikator lampu


48

Percobaan pada BB 1500-2000gr dengan umur 11hari–4minggu, KP=5,

KI=1,setpoint 33,15˚C. Menunjukan grafik seperi pada gambar 4.12. Suhu mengalami

perubahan dan terus berosislasi dan masih dalam batas maksimal range yang ditentukan.

Data percobaan pada BB 1500-2000gr dengan umur 11hari-4minggu, setpoint

33,15˚C, KP=5, KI=1. Seperti pada tabel 4.3.

Pada gambar 4.12 adalah grafik perubahan suhu yang menunjukan nilai perubahan

suhu masih dalam batas toleransi yang errornya tidak melebihi ±2,5%. Pada grafik ini juga

dapat dilihat nilai Tr, Ts, Tp, %Os, dan Ess.

Gambar 4. 11 Grafik kenaikan suhu BB 1500-2000gr, umur 11hari-

4minggu, SP=33,15˚C KP=5, KI=1

Gambar 4. 12 Tampilan perubahan nilai suhu dan indikator lampu


49

Nilai tr dicari saat waktu sistem mencapai 0% dan 100% dari nilai akhir tanggapan

sistem dimulai dari nilai awalnya yaitu 25,79˚C, dari gambar 4.8 dapat diketahui bahwa nilai

Tr=4000 detik. Nilai tp adalah waktu yang diperlukan tanggapan untuk mencapai puncak

pertama overshoot. Jika dilihat dari grafik, maka nilai Tp adalah 420 detik. Dari grafik 4.11

diperoleh :

1. Tr= 400 detik

2. Tp= 420 detik

3. Ts= 460 detik

4. %Os = 1,2%

5. Ess = 1,63%

Tabel 4. 3 Data BB 1500-2000gr, umur 11hari-4minggu, sp=33,15, kp=5,ki=1

No Waktu ( Detik ) Suhu Pada Monitor ( ˚C ) Suhu Termometer (˚C )

1 0 s 25,7 ˚C 27,4 ˚C

2 20 s 26,9 ˚C 27,9 ˚C

3 40 s 27,6 ˚C 28,6 ˚C

4 60 s 28,0 ˚C 28,9 ˚C

5 80 s 28,8 ˚C 29,2 ˚C

1 100 s 29,2 ˚C 29,6 ˚C

2 120 s 29,6 ˚C 29,8 ˚C

3 140 s 30,0 ˚C 30,1 ˚C

4 160 s 30,4 ˚C 30,3 ˚C

5 180 s 30,4 ˚C 30,8 ˚C

6 200 s 30,4 ˚C 30,9 ˚C

7 220 s 30,8 ˚C 31,3 ˚C

8 240 s 31,2 ˚C 31,5 ˚C

9 260 s 30,8 ˚C 31,7 ˚C

10 280 s 31,2 ˚C 31,8 ˚C

11 300 s 31,5 ˚C 32,3 ˚C

12 320 s 31,5 ˚C 32,4 ˚C

13 340 s 31,5 ˚C 32,7 ˚C

14 360 s 31,9 ˚C 33 ˚C

15 380 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C

16 400 s 32,3 ˚C 32,7 ˚C

17 420 s 33,5 ˚C 32,9 ˚C

18 440 s 32,8 ˚C 32,9 ˚C

19 460 s 32,5 ˚C 32,8 ˚C

20 480 s 33,3 ˚C 32,6 ˚C

21 500 s 33,5 ˚C 32,8 ˚C

22 520 s 33,5 ˚C 32,8 ˚C

23 540 s 32,9 ˚C 32,9 ˚C


50

Lanjutan Tabel 4.3

No Waktu ( Detik ) Suhu Pada Monitor (˚C) Suhu Termometer (˚C )

1 560 s 32,5 ˚C 32,8 ˚C

2 580 s 33,3 ˚C 32,6 ˚C

3 600 s 33,5 ˚C 32,5 ˚C

4 620 s 33,5 ˚C 32,7 ˚C

5 640 s 33,1 ˚C 32,9 ˚C

6 660 s 32,7 ˚C 32,9 ˚C

7 680 s 32,7 ˚C 32,7 ˚C

8 700 s 33,2 ˚C 32,6 ˚C

9 720 s 33,5 ˚C 32,6 ˚C

10 740 s 33,1 ˚C 32,8 ˚C

11 760 s 32,3 ˚C 32,9 ˚C

12 780 s 32,3 ˚C 32,9 ˚C

13 800 s 33,3 ˚C 32,9 ˚C

14 820 s 33,4 ˚C 32,9 ˚C

15 840 s 33,5 ˚C 32,8 ˚C

16 860 s 33,4 ˚C 32,8 ˚C

17 880 s 32,8 ˚C 32,7 ˚C

18 900 s 32,3 ˚C 32,7 ˚C

19 920 s 33,5 ˚C 32,7 ˚C

20 940 s 33,1 ˚C 32,8 ˚C

21 960 s 33,1 ˚C 32,7 ˚C

Grafik perubahan suhu berdasarkan pengamatan pada termometer dapat dilihat

bahwa suhu dapat stabil dan tidak ada osilasi ataupun overshoot yang terjadi sama seperti

pada hasil pengamatan perubahan suhu pada monitor. Nilai tr dicari saat waktu sistem


Gambar 4. 13 Grafik kenaikan suhu berdasarkan termometer


51

27,4˚C, dari gambar 4.8 dapat diketahui bahwa nilai Tr=340 detik. Error pada suhu yang

diatur adalah 1,51% tidak melebihi dari nilai batas toleransi ±2,5% suhu yang dinginkan.

Pada gambar 4.14 menunjukan perbedaan garfik antara hasil pengamatan pada

monitor dan termometer. Suhu pada monitor mengalami osilasi sedangkan suhu pada

termometer cenderung lebih stabil.

Nilai suhu dapat stabil ketika error bernilai nol dan ouput dari komputasi PI

menghasilkan nilai nol, output nilai tertentu dikirim ke MAD01 sebagai nilai untuk

mempertahankan kestabilan. Output dari PI diberikan batas atas dan batas bawah, sehingga

output dari MAD01 tidak mengalami perubahan secara terus menerus, ketika program PI

melakukan komputasi.

Dari semua data sempel yang diambil, grafik kenaikan suhu dapat mencapai nilai

yang ingin diatur oleh user, namun karena suhu yang berada pada inkubator tidak di turunkan

oleh suatu aktuator tambahan, maka suhu pada inkubator akan tetap dan bahkan bertambah

dikarenakan sistem akan bekerja terus dan berosilasi.

4.5. Hasil implementasi software PLC dan HMI

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan program yaitu resolusi yang

digunakan dalam melakukan konversi, range masukan dan keluaran MAD01, alamat

channel masukan dan channel keluaran perlu diperhatikan dalam penggunaan MAD01.

Alamat channel masukan dan keluaran MAD01 akan menyesuaikan alamat channel

Gambar 4. 14 Grafik perbandingan suhu pada set point 33, Kp=5, Ki=1


52

masukan dan keluaran dari PLC yang digunakan. Alamat penyimpanan data perlu

diperhatikan dalam menampilkan data dari PLC atau dari HMI.

Program yang dibuat yaitu program PI, dikarenakan instruksi PID yang terdapat pada

PLC OMRON CPM2A tidak dapat dijalankan maka progrom dibuat berdasarkan persamaan

matematis motode PI. Tahap pembuatan program dimulai dengan pembcaan MAD01 dan

kemudia pembuatan program matematis metode PI dengan beberapa instruksi yang ada pada

PLC CPM2A.

4.5.1. Program pembacaan MAD01

Hasil pembacaan dari MAD01 berasal dari sensor suhu yang dikuatkan melalui pengkondisi

sinyal dan dibaca oleh MAD01 dengan kode range #FF00 sebagai kode pembacaan nilai

tegangan mulai dari 0-10V. Hasil pembacaan dari MAD01 akan dikonversi kedalam bentuk

decimal yang tersimpam didalam memori DM7. Seperti pada gambar 4.12 menunjukan

listning program pembacaan MAD01, terlihat bahwa program telah berjalan dengan benar.

4.5.2. Program Setpoint

Pada program ini nilai setpoint berupa suhu yang akan diatur, nilai suhu diberikan

berfariasi seusai dengan umur dan berat badan bayi. Nilai suhu tersebut dikonversikan

kedalam bentuk decimal, setiap nilai yang akan diatur disimpan ke dalam memori DM37.

Gambar 4. 15 Program pembacaan MAD01


53

Niali yang tersimpan pada DM32 akan berganti sesuai dengan setpoint atau suhu yang diatur.

Seperti pada gambar 4.13 menunjukan program masukan setpoint.

4.5.3. Program Error Program error adalah program pengurangan antara setpoint dan PV (pengkondisi

sinyal). Nilai set point pada memori DM37 dikurangi nilai pengkondisi sinyal yang

Gambar 4. 16 Program Set point

Gambar 4. 17 Program Error


54

tersimpan pada memori DM7, setelah melalui perhitungan matematis kemudia hasilnya akan

disimpan pada memori DM13. Seperti pada gambar 4.14 menunjukan listning program error

4.5.4. Program Proporsional Pada program ini merupakan implementasi dari persamaan matematis kontrol

proporsional, dimana menetapkan suatu konstanta Proporsional dan akan dikalikan dengan

error. Nilai Kp ditentukan dan akan dikonversi kemudian disimpan kedalam memori DM15

setalah itu akan dilakukan perhitungan matematis sesuai dengan instruksi yang ada pada

PLC CPM2A, seperti pada gambar 4.15

4.5.5. Program Integral Program integral berdasarkan instruksi yang ada pada PLC CPM2A menggunakan

persamaan matematis dari kontrol I yaitu dengan menetapkan konstanta integral dan

kemudian menetapkan time integral. Nilai yang telah ditentukan dikonversikan kemudian

disimpan kedalam memori DM15, dilakukan perhitungan matematis sesuai dengan instruksi

dan disimpan kedalam memori DM47. Seperti dapat dilihat pada gambar 4.16

Gambar 4. 18 Program Proporsional


55

4.5.6. Program Output PI Pada program ini hasil dari program Proporsional dan Program Integral akan

kerjakan sesuai dengan perhitungan matematis kontrol PI, menggunakan instruksi pada PLC

CPM2A. Hasil dari program PI akan dikonversikan kemudian akan disimpan pada memori

DM49 dan dikonversikan menjadi data analog sehingga dapat menjalankan aktuator.

Program PI dapat dilihat pada gambar 4.17

Gambar 4. 19 Program I

Gambar 4. 20 Program Output PI


56

4.5.7. Program Compare

Pada program ini akan diberikan nilai batas dan dan batas bawah hasil dari

komputasi program PI, hasil dari program PI tidak langsung dikirim ke MAD01. Sepeti pada

gambar 4.18

4.5.8. Program HMI Pemrograman yang dibuat untuk setiap tombol dan layer akan tertampil pada HMI.

Tombol memasukan nilai suhu, tombol stop, monitoring.

Gambar 4. 21 Program Compare Output


57

4.5.8.1. Layer Home

Pada layer home terdapat tombol monitoring, menu, dan stop, masing masing tombol

memiliki fungsi dan program yang berbeda. Gambar 4.22 menunjukan tampilan Home.

Tombol monitoring dan tombol menu memiliki fungsi yang sama yaitu hanya

untuk mengganti ke layer selanjutnya dengan menggunakan fitur function key pada bagian

function parts. Cara mensetting tombol untuk melakukan instruksi pindah layer dapat dilihat

seperti pada gambar 4.23.

Gambar 4. 22 Tampilan Home HMI

Gambar 4. 23 Setting pindah layer


58

Tombol stop berfungsi untuk menghentikan kerja dari sistem yang sedang berjalan,

tombol stop pada HMI mengikuti program yang ada pada PLC, maka pada setting tombol

dimasukan alamat dari memori tombol stop pada PLC. Pada HMI tombol stop dapat di

setting dengan menggunakan fitur Bit state switch yang ada pada bagian PLC parts, dapat

dilihat pada gambar 4.24.

Pada layar HMI tombol stop bekerja sesuai dengan instruk yang ada pada PLC, seperti pada

gambar 4.22 dan 4.23, dimana ketika tombol stop ditekan maka program PLC juga bekerja

Gambar 4. 24 Setting pengalamatan tombol

Gambar 4. 26 Program Tombol Stop

Gambar 4. 25 Gambar tombol stop saat ditekan


59

4.5.8.2. Layer Menu

Pada layer menu terdapat beberapa tombol pilihan kategori berat badan, tombol

tombol tersebut hanya untuk pilihan dan fungsinya hanya untuk pindah ke layer yang lain

dan tidak terhubung dengan program PLC. Proses setting tombol pindah layer telah

dijelaskan pada gambar 4.23. Gambar pilih kategori berat badan bayi seperti pada gambar

4.27.

4.5.8.3. Layer Pilih Kategori Umur

Pada layer ini terdapat tombol unutk memilih umur, dimana umur yang akan dipilih

disesuaiakan dengan suhu yang diatur seperti pada tabel 2.1 atau sama dengan setpoint.

Tombol umur yang akan ditekan bekerja sesuai dengan program pada PLC, maka alamat

pada tombol disetting sesuai dengan memori pada PLC, tombol ini juga menggunakan fitur

Bit state switch yang ada pada bagian PLC parts . Proses setting tombol dapat dilihat pada

gambar 4.23. Menu pilihan kategori umur dapat dilihat pada gambar 4.27 dan program pada

PLC sesuai dengan tombol pada gambar 4.28

Gambar 4. 27 Pilih kategori Umur

Gambar 4. 28 Program Setpoint


60

4.5.8.4. Layer Monitoring

Pada layer monitoring HMI akan menampilkan nilai suhu yang terdeteksi oleh sensor

dan diprogram oleh PLC. Tampilan monitoring ini menggunakan fitur direct window pada

bagian PLC parts. Tampilan tersebut terhubung dengan program PLC, nilai pembcaan pada

HMI akan berubah ubah, setting alamat tampilan tersebut dibuat sama dengan alamat

memori pembacaan sensor sehingga nilai yang terbaca sensor dapat langsung tertampil, cara

setting dapat dilihat pada gambar 4.23.

Gambar 4. 29 Tampilan pilih umur

Gambar 4. 30 Setting pembacaan nilai suhu


61

Proses pembacaan nilai suhu dan program dapat dilihat pada gambar 2.28 dan 2.29 pada

tampilan HMI lampu indikator akan menyala ketika nilai telah melewati batas dari nilai suhu

input.

Gambar 4. 31 Tampilan perubahan nilai suhu dan indikator lampu

Gambar 4. 32 Tampilan awal nilai suhu dan indikator lampu

Gambar 4. 33 Program tampilan nilai suhu dan indikator lampu


62

4.6. Hasil Pengamatan Sub Sistem

4.6.1 Hasil Pengamatan Sensor dan Pengkondisi Sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal digunakan sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor

suhu karena setiap kenaikan 1˚ C, sensor suhu mengirim sinyal tegangan sebesar 10mV

sedangkan modul analog to digital disetting untuk pembacaan rentang tegangan 1-10 volt.

Sehingga pengkondisi sinyal berfungsi untuk menguatkan tegangan yang akan masuk ke

modul analog to di digital. Pengkondisi sinyal dibuat dengan penguatan sebesar 10 kali

Rangkaian pengkondisi sinyal yang digunakan terdiri dari komponen ic lm741 dan 3

buah resistor masing-masing 1K dan 8K sehingga didapat penguatan sebesar 10 kali. Hasil

pengamatan yang didapat sama dengan hasil yang diinginkan, pengujian dilakukan dengan

melihat pada suhu yang tertampil pada monitor, dan dibandingkan dengan suhu pengukuran

dengan menggunakan termometer. Percobaan dilakukan pada BB>2500gr dengan umur

>2hari setpoint 31,98˚C. Seperti pada tabel 4.5 dan 4.6.

𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 =𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 − 𝑇𝑒𝑟𝑚𝑜

𝑇𝑒𝑟𝑚𝑜 × 100%

Tabel 4. 4 Data Pembcaan Suhu Sensor dan Suhu Termometer

No Waktu (Detik) Suhu Monitor (˚C ) Suhu Termometer (˚C ) Error %

1 0 s 26,1 ˚C 27,6 ˚C 5,6 %

2 20 s 27,3 ˚C 28,4 ˚C 4,0 %

3 40 s 28,0 ˚C 29 ˚C 3,2 %

4 60 s 28,4 ˚C 29,3 ˚C 2,9%

5 80 s 28,8 ˚C 29,8 ˚C 3,2 %

6 100 s 29,2 ˚C 30,2 ˚C 3,2 %

7 120 s 29,6 ˚C 30,6 ˚C 3,2 %

8 140 s 30,0 ˚C 30,9 ˚C 2,8 %

9 160 s 30,4 ˚C 31,2 ˚C 2,5 %

Gambar 4. 34 Sensor suhu dan pengkondisi sinyal


63

Lanjutan Tabel 4.4

No Waktu (detik) Suhu Pada Monitor (˚C ) Suhu Termometer ( ˚C ) Error %

1 180 s 30,8 ˚C 31,6 ˚C 2,5 %

2 200 s 31,4 ˚C 31,9 ˚C 1,5 %

3 220 s 31,5 ˚C 32,1 ˚C 1,6 %

4 240 s 31,5 ˚C 32,2 ˚C 1,9 %

5 260 s 31,5 ˚C 32,3 ˚C 2,2 %

6 280 s 31,5 ˚C 32,4 ˚C 2,5 %

7 300 s 31,7 ˚C 32,6 ˚C 2,5 %

8 320 s 31,7 ˚C 32,5 ˚C 2,2 %

9 340 s 32,3 ˚C 32,5 ˚C 0,4 %

10 360 s 31,9 ˚C 32,7 ˚C 2,2 %

11 380 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C 2,5 %

12 400 s 31,5 ˚C 32,7 ˚C 3,5 %

13 420 s 31,2 ˚C 32,7 ˚C 4,8 %

14 440 s 31,5 ˚C 32,8 ˚C 3,8 %

15 460 s 31,5 ˚C 32,8 ˚C 3,8 %

16 480 s 32,7 ˚C 32,7 ˚C 0,1 %

17 500 s 32,3 ˚C 32,8 ˚C 1,3 %

18 520 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C 2,5 %

19 540 s 32,9 ˚C 32,9 ˚C 0,2 %

20 560 s 31,9 ˚C 32,7 ˚C 2,2 %

21 580 s 31,9 ˚C 32,8 ˚C 2,5 %

22 600 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C 1,9 %

23 620 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C 3,4 %

24 640 s 32,3 ˚C 32,6 ˚C 0,7 %

25 660 s 32,3 ˚C 32,5 ˚C 0,4 %

26 680 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C 1,9 %

27 700 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C 1,9 %

28 720 s 31,2 ˚C 32,6 ˚C 4,4 %

29 740 s 32,7 ˚C 32,5 ˚C 0,7 %

30 760 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C 1,6 %

31 780 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C 1,6 %

32 800 s 31,2 ˚C 32,6 ˚C 4,4 %

33 820 s 31,2 ˚C 32,6 ˚C 4,4 %

34 840 s 31,5 ˚C 32,5 ˚C 2,8 %

35 860 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C 3,1 %

36 880 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C 3,1 %

37 900 s 32,7 ˚C 32,5 ˚C 0,7 %

38 920 s 32,3 ˚C 32,5 ˚C 0,4 %

39 940 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C 1,6 %

40 960 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C 1,6 %


64

Grafik kenaikan suhu berdasar pengamatan melalui termometer meliki perbedaan

dengan grafik kenaikan suhu melalui monitor seperti pada gambar 4.7 dan 4.9 untuk grafik

pengamatan melalui monitor dan gambar seperti pada gambar 4.32 degan percobaan pada

BB>2500gr dengan umur >2hari setpoint 31,98˚C

Pada data hasil pengamatan terdapat selisih antara data pembacaan sensor dan

pembacaan termometer karena sesitifitas dari sensor dan termometer yang berbeda, terlihat

bahwa sensor lebih sensitif terhadap perubahan suhu dibandingkan dengan termometer.

4.6.2. Hasil Pengamatan Driver current

Percobaan driver current dilakukan dengan memberikan tegangan inputan bervariasi

ke driver current. Keluaran dari driver current berupa kenaikan tegangan yang bervariasi

sesuai dengan tegangan inputan. Data hasil percobaan dapat dilihat pada tabel 4.8 dan pada

gambar 4.33. Pada Gambar 4.33 terlihat bahwa hasil dari percobaan ini telah sesuai dengan

perancangan dimana tegangan output akan berubah sesuai dengan perubahan tegangan input

yang akan linear naik jika tegangan inputnya diperbesar.

Tabel 4. 5 Data percobaan driver current

Data tegangan input

driver current

Data tegangan output

driver current

2,06 V 2,8 V

2,06 V 3,8 V

2,4 V 5,1 V

2,6 V 8,2 V

3 V 9,7 V

3,4 V 10,5 V

3,8 V 10,7 V

4,1 V 10,9 V

Gambar 4. 35 Grafik percobaan driver current


65

Driver current digunakan untuk meningkatkan arus, karena arus keluaran pada PLC

terlalu kecil (20mA) untuk menyalakan lampu, dibutuhkan driver current untuk menaikan

arus agar dapat menyalakan lampu yang membutuhkan arus masukan sebesar 3A. Saat

proses uji coba output dari plc dapat menyalakan lampu. Namun pada percobaan diperoleh

tegangan minimal untuk mengaktifkan rangkaian driver yaitu sebesar 2,1 V, yang diperoleh

dari penjumlahan ke 3 Vbe pada transistor. Seperti dilihat pada tabel

Tabel 4. 6 Ouput nilai tegangan dan lux lampu

No Niliai

decimal

Tegangan

Output

MAD01

Tegangan

Output

Perhitungan

Lampu Lux

1 0 0 V 0 V Mati 0 lux

2 5 0,4 V 0,195 V Mati 0 lux

3 10 0,6 V 0,390 V Mati 0 lux

4 15 0,85 V 0,585 V Mati 0 lux

5 20 1,243 V 0,781 V Mati 0 lux

6 25 1, 432 V 0,976 V Mati 0 lux

7 30 1,867 V 1,171 V Mati 0 lux

8 35 2,062 V 1,367 V Mati 0 lux

9 40 2,487 V 1,562 V Nyala 250 lux

10 45 2,682 V 1,757 V Nyala 580 lux

11 50 3,110 V 1,953 V Nyala 1130 lux

12 55 3,309 V 2,148 V Nyala 1350 lux

13 60 3,73 V 2,343 V Nyala 1560 lux

14 65 3,930 V 2,539 V Nyala 1580 lux

15 70 4,35 V 2,734 V Nyala 1590 lux

16 75 4,55 V 2,929, V Nyala 1590 lux

17 80 4,98 V 3,125 V Nyala 1600 lux

18 85 5,19 V 3,320 V Nyala 1600 lux

19 90 5,61 V 3,515 V Nyala 1600 lux

20 95 5,81 V 3,710 V Nyala 1620 lux

21 100 0 V 0 V Mati 0 lux


66

BAB V

KESIMPULAN dan SARAN

5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :

a. Suhu dapat diatur dan distabilkan sesuai dengan nilai inputan dengan toleransi error

±2,5%

b. Sistem PI dapat bekerja dengan baik pada para meter Kp=5 dan Ki=1

c. Semua menu pada HMI dapat bekerja dengan baik

d. HMI dapat menampilkan nilai suhu sesuai dengan keadaan plan

e. Lampu dapat menyala sesuai dengan tegangan output MAD01

f. Terdapat perbedaan responsistem berdasarkan pengamatan melalui monitor dan

termometer

5.2. Saran Untuk pengembangan alat lebih lanjut penulis menyarankan hal hal berikut:

a. Menggunakan metode penalaan PID yang lainnya, sehingga dapat diketahui respon

sistem yang paling baik.

b. Pengembangan kontol PID pada PLC CPM2A untuk aplikasi yang lain.

c. Untuk sistem akan lebih maksimal jika prototipe dibuat dengan ukuran yang lebih

besar serta tata letak sensor dibuat agar dapat menjangkau seluruh ruangan.


67

DAFTAR PUSTAKA 1. Manjoer, Arif. 2000. Kapita Selekta Kedokteran Edisi Ketiga.FKUI. Jakarta

2. Soetrisno, Eddy. 2001. Pendekatan Baru tentang Perawatan Bayi

Hingga Umur 3 Tahun.Jakarta : Progres.

3. Sugimatmoko, Jefry. Aplikasi Kontrol PID dalam Pengendalian Suhu Inkubator Bayi

Prematur berbasisi Pikrokontroler Atmega2560. Fakultas Teknik, Jurusan Teknik

Elektro. Malang 2015.

4. Cahyono, Eri. Dc Kontrol Drive In Mini Distributed Control Sistem Based On

Omron PLC CPM2A. Fakultas Sains dan Teknilogi, Jurusan Teknik Elektro.

Yogyakarta 2009.

5. Ogata, K., 1997. teknik Kontrol Automatik 1, Penerbit Erlangga.

6. …., 2001. Sysmac Programmable Controllers CPM1 /CPM1A /CPM2A

/CPM2C /SRM1(-V2) Programming Manual, OMRON.

7. Suhendar, “programmable Logic Controller”, yogyakarta : penerbit graha ilmu,

2005.

8. ------, 2000, Data Sheet LM35, Texas Instruments

9. http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/548/jbptitbpp-gdl-suryadinim-27355-3-2007ta-

2.pdf diakses tanggal 27-2-2018 jam 23:18

10. Boylestad, Robert L. Nashelsky, Louis. 2009. Electronic Devices And Circuit

Theory Tenth Edition. New Jersey:Person Eduction.

11. NS. ZUZUN NAZILA, S.KEP PERAWATAN BAYIDALAM INKUBATOR

12. https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeevel/Class/e91/Lectures/E91(10)Serial.pd

f diakses tanggal 11-3-2018 jam 20:15

13. http://repo.unand.ac.id/1017/3/bab%25201.pdf diakses tanggal 16-3-2018 jam 19.10


http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/548/jbptitbpp-gdl-suryadinim-27355-3-2007ta-2.pdf%20diakses%20tanggal%2027-2-2018

http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/548/jbptitbpp-gdl-suryadinim-27355-3-2007ta-2.pdf%20diakses%20tanggal%2027-2-2018

https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeevel/Class/e91/Lectures/E91(10)Serial.pdf

https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeevel/Class/e91/Lectures/E91(10)Serial.pdf

http://repo.unand.ac.id/1017/3/bab%25201.pdf

68

LAMPIRAN


L-1

Tebel L. 1 Data BB=2100-2500Gr, Umur=1-2 Hari, SP=34,32˚C, KP=5, KI=1

No Waktu Suhu Monitor (˚C ) Suhu Termometer ( ˚C )

1 0 s 25,7 ˚C 27,3 ˚C

2 20 s 26,5 ˚C 28 ˚C

3 40 s 27,3 ˚C 28,4 ˚C

4 60 s 27,6 ˚C 28,8 ˚C

5 80 s 28,0 ˚C 29,2 ˚C

6 100 s 28,4 ˚C 29,6 ˚C

7 120 s 28,8 ˚C 30,1 ˚C

8 140 s 29,2 ˚C 30,4 ˚C

9 160 s 29,6 ˚C 30,8 ˚C

10 180 s 30,0 ˚C 31,1 ˚C

11 200 s 30,0 ˚C 31,4 ˚C

12 220 s 30,4 ˚C 31,8 ˚C

13 240 s 30,8 ˚C 32,1 ˚C

14 260 s 30,8 ˚C 32,3 ˚C

15 280 s 31,2 ˚C 32,7 ˚C

16 300 s 31,5 ˚C 33 ˚C

17 320 s 31,9 ˚C 33,2 ˚C

18 340 s 32,3 ˚C 33,5 ˚C

19 360 s 32,7 ˚C 33,8 ˚C

20 380 s 32,7 ˚C 34 ˚C

21 400 s 33,1 ˚C 34,2 ˚C

22 420 s 33,5 ˚C 34,4 ˚C

23 440 s 33,1 ˚C 34,6 ˚C

24 460 s 33,5 ˚C 34,6 ˚C

25 480 s 33,5 ˚C 34,8 ˚C

26 500 s 33,5 ˚C 34,8 ˚C

27 520 s 33,1 ˚C 34,9 ˚C

28 540 s 33,5 ˚C 34,9 ˚C

29 560 s 33,5 ˚C 34,9 ˚C

30 580 s 33,5 ˚C 35 ˚C

31 600 s 33,5 ˚C 35 ˚C

32 620 s 33,5 ˚C 35,1 ˚C

33 640 s 33,9 ˚C 35,1 ˚C

34 660 s 33,5 ˚C 35,1 ˚C

35 680 s 33,5 ˚C 35,2 ˚C

36 700 s 33,9 ˚C 35,2 ˚C

37 720 s 33,9 ˚C 35,2 ˚C

38 740 s 33,9 ˚C 35,3 ˚C

39 760 s 33,9 ˚C 35,3 ˚C

40 780 s 34,4 ˚C 35,4 ˚C

41 800 s 34,4 ˚C 35,5 ˚C

42 820 s 34,3 ˚C 35,4 ˚C


L-2

Lanjutan tabel L.1

No Waktu (detik) Suhu Monitor (˚C ) Suhu Termometer ( ˚C )

1 840 s 34,3 ˚C 35,3 ˚C

2 860 s 34,4 ˚C 35,3 ˚C

3 880 s 34,3 ˚C 35,2 ˚C

4 900 s 34,1 ˚C 35,1 ˚C

5 920 s 34,3 ˚C 35 ˚C

6 940 s 34,0 ˚C 34,9 ˚C

7 960 s 34,3 ˚C 34,9 ˚C

Dari grafik pada gambar L.1 dan dilihat pada data Tabel L.1 diperoleh :

1. Tr = 640 detik

2. Tp = 780 detik

3. %Os = 1,44%

4. Ess = 1,44 %

Gambar L. 1 Grafik Data BB=2100-2500Gr, Umur=1-2 Hari,

SP=34,32˚C, KP=5, KI=1


L-3

Dari grafik pada gambar L.2 dan dilihat pada data diperoleh :

1. Tr = 380 detik

2. Ess = 2,64%

Tebel L. 2 Data BB <1500Gr, umur 1-10 Hari, SP=35,10˚C, KP=5, KI=1

No Waktu ( Detik ) Suhu Monitor (˚C ) Suhu Termometer (˚C)

1 0 s 26,1 ˚C 28,1 ˚C

2 20 s 27,3 ˚C 28,6 ˚C

3 40 s 27,6 ˚C 29 ˚C

4 60 s 28,0 ˚C 29,3 ˚C

5 80 s 28,8 ˚C 29,6 ˚C

6 100 s 29,2 ˚C 30,1 ˚C

Gambar L. 2 Grafik Data BB=2100-2500Gr, Umur=1-2 Hari,

SP=34,32˚C, KP=5, KI=1

Gambar L. 3 Grafik perbandingan suhu pada set point 34, Kp=5, Ki=1


L-4

Lanjutan Tabel L.2

No Waktu (detik) Suhu Monitor (˚C ) Suhu Termometer (˚C)

1 120 s 29,6 ˚C 30,3 ˚C

2 140 s 30,0 ˚C 31,3 ˚C

3 160 s 30,4 ˚C 31,2 ˚C

4 180 s 30,8 ˚C 31,6 ˚C

5 200 s 31,2 ˚C 31,9 ˚C

6 220 s 31,5 ˚C 32,2 ˚C

7 240 s 31,5 ˚C 32,4 ˚C

8 260 s 31,5 ˚C 32,8 ˚C

9 280 s 31,9 ˚C 33,1 ˚C

10 300 s 32,3 ˚C 33,3 ˚C

11 320 s 32,3 ˚C 33,6 ˚C

12 340 s 32,7 ˚C 33,8 ˚C

13 360 s 33,1 ˚C 34,1 ˚C

14 380 s 33,1 ˚C 34,3 ˚C

15 400 s 33,5 ˚C 34,6 ˚C

16 420 s 33,9 ˚C 34,8 ˚C

17 440 s 33,9 ˚C 35 ˚C

18 460 s 33,9 ˚C 35,2 ˚C

19 480 s 34,7 ˚C 35,3 ˚C

20 500 s 35,1 ˚C 35,3 ˚C

21 520 s 34,5 ˚C 35,3 ˚C

22 540 s 34,9 ˚C 35,3 ˚C

23 560 s 35,4 ˚C 35,6 ˚C

24 580 s 35,1 ˚C 35,4 ˚C

25 600 s 34,9 ˚C 35,3 ˚C

26 620 s 34,4 ˚C 35,4 ˚C

27 640 s 35,4 ˚C 35,6 ˚C

28 660 s 35,1 ˚C 35,4 ˚C

29 680 s 34,9 ˚C 35,2 ˚C

30 700 s 34,3 ˚C 35,3 ˚C

31 720 s 34,7 ˚C 35,5 ˚C

32 740 s 35,4 ˚C 35,5 ˚C

33 760 s 35,1 ˚C 35,3 ˚C

34 780 s 34,5 ˚C 35,2 ˚C

35 800 s 34,3 ˚C 35,4 ˚C

36 820 s 35,4 ˚C 35,6 ˚C

37 840 s 35,1 ˚C 35,3 ˚C

38 860 s 35,1 ˚C 35,2 ˚C

39 880 s 34,9 ˚C 35,3 ˚C

40 900 s 35,2 ˚C 35,5 ˚C

41 920 s 35,2 ˚C 35,5 ˚C

42 940 s 35,1 ˚C 35,5 ˚C


L-5

Lanjutan tabel L.2

No Waktu (detik) Suhu Monitor (˚C ) Suhu Termometer (˚C)

1 960 s 35,1 ˚C 35,2 ˚C

Dari grafik pada gambar L.3 dan pada data tabel L.2 diperoleh :

1. Tr = 500 detik

2. Tp = 560 detik

3. Ts = 620 detik

4. %Os = 1,4%

5. Ess = 1,4%

Dari grafik pada gambar L.4 dan data pada tabel L.2 diperoleh :

Gambar L. 4 Grafik Data BB <1500Gr, umur 1-10 Hari, SP=35,10˚C, KP=5,

KI=1

Gambar L. 5 Grafik Data BB <1500Gr, umur 1-10 Hari, SP=35,10˚C, KP=5, KI=1


L-6

1. Tr = 420 detik

2. Ess = 1,71 %

Tebel L. 3 Data BB <1500Gr, Umur >5 Minggu, SP=31,98, KP=10, KI=5

No Waktu (Detik) Sehu Monitor ( ˚C ) Suhu Termo ( ˚C )

1 0 s 26,9 ˚C 27,2 ˚C

2 20 s 27,3 ˚C 27,9 ˚C

3 40 s 28,0 ˚C 28,4 ˚C

4 60 s 28,4 ˚C 28,8 ˚C

5 80 s 28,8 ˚C 29,3 ˚C

6 100 s 29,2 ˚C 29,6 ˚C

7 120 s 29,6 ˚C 30,1 ˚C

8 140 s 30,0 ˚C 30,4 ˚C

9 160 s 30,1 ˚C 30,9 ˚C

10 180 s 30,4 ˚C 31,2 ˚C

11 200 s 30,4 ˚C 31,4 ˚C

12 220 s 31,2 ˚C 31,7 ˚C

13 240 s 31,4 ˚C 31,9 ˚C

14 260 s 31,5 ˚C 32,1 ˚C

15 280 s 31,2 ˚C 32,2 ˚C

16 300 s 31,2 ˚C 32,3 ˚C

17 320 s 31,2 ˚C 32,4 ˚C

18 340 s 31,2 ˚C 32,5 ˚C

19 360 s 31,2 ˚C 32,6 ˚C

20 380 s 31,2 ˚C 32,8 ˚C

21 400 s 31,5 ˚C 32,8 ˚C

22 420 s 31,5 ˚C 32,5 ˚C

23 440 s 31,5 ˚C 33 ˚C

Gambar L. 6 Grafik perbandingan suhu pada setpoint 35, Kp=5, Ki=1


L-7

Lajutan Tabel L.3

No Waktu (Detik) Sehu Monitor ( ˚C ) Suhu Termo ( ˚C )

1 460 s 32,7 ˚C 32,9 ˚C

2 480 s 32,3 ˚C 32,8 ˚C

3 500 s 32,3 ˚C 32,8 ˚C

4 520 s 32,3 ˚C 32,7 ˚C

5 540 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C

6 560 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C

7 580 s 31,1 ˚C 32,6 ˚C

8 600 s 31,3 ˚C 32,6 ˚C

9 620 s 31,9 ˚C 32,4 ˚C

10 640 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C

11 660 s 31,5 ˚C 32,6 ˚C

12 680 s 32,3 ˚C 32,6 ˚C

13 700 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C

14 720 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C

15 740 s 32,3 ˚C 32,6 ˚C

16 760 s 32,3 ˚C 32,4 ˚C

17 800 s 31,5 ˚C 32,5 ˚C

18 820 s 31,2 ˚C 32,5 ˚C

19 840 s 31,5 ˚C 32,4 ˚C

20 860 s 31,9 ˚C 32,3 ˚C

21 880 s 31,5 ˚C 32,5 ˚C

22 900 s 32,3 ˚C 32,3 ˚C

23 920 s 31,9 ˚C 32,5 ˚C

24 940 s 31,2 ˚C 32,3 ˚C

25 960 s 31,5 ˚C 32,3 ˚C

Gambar L. 7 Grafik Data BB <1500Gr, Umur >5 Minggu, SP=31,98,

KP=10, KI=5


L-8

Dari grafik pada gambar L.5 dan pada tabel L.3 diperoleh :

1. Tr = 440 detik

2. Tp = 460 detik

3. Ts = 600

4. %Os = 3,7%

5. Ess = 1,16%


1. Tr = 240 detik

2. Ess = 1,81%

Gambar L. 8 Garafik Data BB <1500Gr, Umur >5 Minggu,

SP=31,98, KP=10, KI=5

Gambar L. 9 Grafik Perbandingan suhu pada setpoint 32, Kp=10, Ki=5


L-9

Tebel L. 4 Data BB 2100-2500Gr, Umur 3 Hari – 3 Minggu, SP=33,15, KP=15, KI=10

No Waktu

(Detik)

Suhu Pada Monitor

(˚C) Suhu Termometer (˚C)

1 0 s 26,9 ˚C 28,4 ˚C

2 20 s 28,4 ˚C 29,1 ˚C

3 40 s 28,8 ˚C 29,6 ˚C

4 60 s 29,6 ˚C 29,9 ˚C

5 80 s 30,0 ˚C 30,04 ˚C

6 100 s 30,4 ˚C 31,1 ˚C

7 120 s 30,8 ˚C 31,4 ˚C

8 140 s 30,8 ˚C 31,8 ˚C

9 160 s 31,2 ˚C 32 ˚C

10 180 s 31,5 ˚C 32,3 ˚C

11 200 s 31,9 ˚C 32,6 ˚C

12 220 s 31,9 ˚C 32,9 ˚C

13 240 s 31,5 ˚C 33,1 ˚C

14 260 s 31,9 ˚C 33,2 ˚C

15 280 s 32,3 ˚C 33,3 ˚C

16 300 s 32,7 ˚C 33,4 ˚C

17 320 s 33,1 ˚C 33,5 ˚C

18 340 s 32,9 ˚C 33,5 ˚C

19 360 s 32,8 ˚C 33,6 ˚C

20 380 s 32,7 ˚C 33,7 ˚C

21 400 s 32,5 ˚C 33,8 ˚C

22 420 s 33,5 ˚C 33,8 ˚C

23 440 s 33,1 ˚C 33,8 ˚C

24 460 s 33,3 ˚C 33,7 ˚C

25 480 s 32,7 ˚C 33,8 ˚C

26 500 s 33,5 ˚C 33,8 ˚C

27 520 s 33,1 ˚C 33,8 ˚C

28 540 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C

29 560 s 32,3 ˚C 33,7 ˚C

30 580 s 32,3 ˚C 33,9 ˚C

31 600 s 33,3 ˚C 33,8 ˚C

32 620 s 33,5 ˚C 33,7 ˚C

33 640 s 33,1 ˚C 33,9 ˚C

34 660 s 33,1 ˚C 33,8 ˚C

35 680 s 32,7 ˚C 33,7 ˚C

36 700 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C

37 720 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C

38 740 s 33,1 ˚C 33,8 ˚C

39 760 s 32,7 ˚C 33,6 ˚C

40 780 s 32,7 ˚C 33,6 ˚C

41 800 s 32,7 ˚C 33,7 ˚C


L-10

Lanjutan Tabel L.4

No Waktu

(Detik)

Suhu Pada Monitor

(˚C) Suhu Termometer (˚C)

1 820 s 33,1 ˚C 33,3 ˚C

2 840 s 33,1 ˚C 33,3 ˚C

3 860 s 33,5 ˚C 33,6 ˚C

4 880 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C

5 900 s 32,7 ˚C 33,6 ˚C

6 920 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C

7 940 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C

8 960 s 33,1 ˚C 33,6 ˚C


1. Tr = 300 detik

2. Tp = 420 detik

3. Ts = 580 detik

4. %Os = 1,17%

5. Ess = 1,63%

Gambar L. 10 Grafik Data BB 2100-2500Gr, Umur 3 Hari – 3 Minggu,

SP=33,15, KP=15, KI=10


L-11


1. Tr = 220 detik

2. Ess = 1,81%

Gambar L. 11 Grafik Data BB 2100-2500Gr, Umur 3 Hari – 3

Minggu, SP=33,15, KP=15, KI=10

Gambar L. 12 Grafik perbandingan suhu pada set oint 33, Kp=15, Ki=10


Documents

Pengatur Suhu Pada Prototipe Inkubator Bayi Berbasis PLC ...i Tugas Akhir Pengatur Suhu Pada Prototipe Inkubator Bayi Berbasis PLC dengan Metode PID Diajukan untuk memenuhi salah satu