Upload
vulien
View
259
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
PRESENTASI TUGAS AKHIR
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2011
PERANCANGAN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU)
PADA SIMULATOR PLANT GENERATOR
UNTUK PENGENDALIAN TEGANGAN
MENGGUNAKAN KONTROLER PI
DWI PRAMONO
2209106097
Latar Belakang
Tingkat kesulitan yang tinggi bila mempelajari real
plant karena akan kesulitan untuk akses ke pabrik,
selain itu juga bila kita menggunakan miniatur plant
harganya mahal, sehingga dirancanglah virtual plant
Tujuan
tujuan dari penelitian ini untuk merancang suatu
piranti yang menghungkan antara Virtual Plant
dengan HMI di mana piranti tersebut dapat
melakukan komunikasi dua arah antara Virtual
Plant dengan HMI
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Implemen
tasi
Kesimpul
an
Batasan Masalah:
Menggunakan simulator plant berupa
turbin generator dengan variabel yang
dikontrol adalah keluaran tegangan
generator.
Kontroler yang digunakan adalah
Kontroler PI dengan merancang algoritma
PI di dalam virtual plant pada MatLab.
Untuk media akuisisi data menggunakan
mikrokontroler AVR ATMega 128 dengan
komunikasi ethernet dengan PC. Dan
protokol komunikasi KEPServerEX untuk
komunikasi dengan HMI Wonderware
InTouch.
Perancan
gan
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan RTU
Perancangan perangakat keras atau hardware merupakan perancangan dari segi rangkaian elektronika yang mendukung dalam menyelesaikan sistem yang dibangun. Perancangan perangakat keras ini meliputi perancangan RTU(Remote Terminal Unit). Untuk gambar rangkaian RTU bias dilihat pada Gambar 3.1
.
Gambar 3.1.. Rangkaian RTU
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Mikrokontroler yang yang digunakan adalah
mikrokontroler yang diproduksi ATMEL, yaitu ATMega
128. Pemilihan ini didasarkan beberapa faktor yaitu:
Jumlah saluran masukan dan keluaran yang cukup
banyak, sekitar 53 saluran.
Memiliki ADC (Analog to Digital Converter) sebanyak 8
saluran.
Mikrokontroler AVR 8 bit berkemampuan tinggi dengan
daya rendah.
Dapat komunikasi secara serial dengan PC.
Memiliki pembangkit pulsa PWM sebanyak 6 saluran.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan modul Serial
Dalam merancang rangkaian ini komponen
yang paling penting adalah komponen IC
MAX 232 yang berfungsi sebagai
pengkonversi tegangan TTL (0-5 volt)ke
tegangan serial ( (-15) – (+15) volt) atau
sebaliknya. Komponen penyusun modul
serial ini antara lain:
IC MAX 232
4 kapasitor elektrolit 4.7 uF
Jack DB9 female
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
gambar pin konfigurasi dari IC Max 232 dapat dilihat pada gambar 3.2. dan skema rangkaian serial RS232 ke mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.2. Pin konfigurasi RS232
Gambar 3.3. Skema rangkaian serial RS232
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Modul Ethernet
Untuk dapat mengakses mikrokontroler dari sebuah
jaringan maka perlu perangkat tambahan yaitu modul
ethernet yang merupakan penghubung mikrokontroler ke
protokol TCP/IP. Tugas Akhir ini menggunakan modul
jaringan WIZ110SR. Fitur fitur yang ditawarkan dalam
modul Ethernet ini adalah sebagai berikut:
Berbasis W5100 & GC89L591A0.
Protokol TCP, UDP, IP, ARP, ICMP, MAC, PPPoE.
Antarmuka ethernet 10/100 Mbps (auto).
Antarmuka UART RS232, hingga 230 Kbps.
Catu daya 5V DC.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan modul DAC
dalam penelitian ini menggunakan DAC 0808N. Konfigurasi
pin ditunjukkan seperti pada gambar 3.6. dan penjelasan
untuk masing-masing pinnya adalah sebagai berikut:
Pin 1 tidak dipakai ( NC singkatan dari no connection).
Pin 2 adalah penghubung ke ground.
Pin 3 harus dipasang pada -12V.
Pin 5 s/d 12 merukan 8 bit masukan data.
Pin 13 harus dipasang pada catu daya +5V.
Pin 14 dihubungkan dengan catu daya positif melalui
hambatan R14
Pin 15 dihubungkan ke ground melalui hambatan R15.
Akhirnya sebuah kapasitor antar pin 16 dan pin 13
berfungsi untuk memberi kompensasi frekuensi bagi IC
ini.
Pendahul
uan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Gambar 3.6. Pin konfigurasi DAC 0808N
gambar 3.7. merupakan skema rangkaian DAC 0808N dengan IC Op Amp LF351N yang dirancang dalam tugas akhir ini.
Gambar 3.7. Skema rangkaian DAC
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan dan desain dari HMI Turbin generator
menggunakan Wonderware InTouch 10.1 dapat dilihat pada
Gambar 3.11.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Sedangkan untuk halaman Grafik trend generator dapat
dilihat pada gambar berikut:
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan HMI Kontroler dan beban
Perancangan HMI kontroler berupa desain
komponen-komponen kontroler, meliputi masukan
penguat proporsional dan integrator. Perancangan
HMI menggunakan software Wonderware InTouch.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan Virtual Plant
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Kesimpul
an
Perancangan Komunikasi Data
Perancangan Komunikasi Data Serial pada Omniserver
Untuk membangun suatu komunikasi data antara
perangakat dari luar, dalam hal ini mikrokontroler dengan
OmniServer., maka dalam OmniServer sudah terdapat
suatu protocol yang bisa dibuat sendiri sesuai dengan
format data yang diinginkan, tampak seperti pada Gambar
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Kesimpul
an
Kemudian melakukan pemilihan COM Port pada COM port configurasi seperti yang terlihat pada gambar 3.18. setelah itu melakukan setting protocol seperti pada gambar 3.19.
Gambar 3.18 Gambar 3.19.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Kesimpul
an
Pada protocol yang telah dibuat pada Omniserver, format
data yang akan di kirim ke mikrokontroler berupa A{ZR}
B{ZC} C{ZL}D{Kp}E{Ki}{$CR} dan data yang diterima dari
mikrokontroler ke Omniserver berupa data F{arus_jangkar}
G{arus_medan} H{tegangan_jangkar}
I{tegangan_medan}J{daya}{$CR}, dimana alphabet adalah
pemisah masing – masing data dan {$CR} adalah penanda
akhir data.
Setting pengiriman data untuk pengaktifan channel
terlihat pada gambar
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Pembuatan topik pada Omniserver
Hasil pembacaan data pada Omniserver
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Perancangan Komunikasi OPC Pada KepserverEX
Membuat Channel dan memilih Intouch Client Driver pada Device Driver seperti pada gambar a.
Kemudian masukkan nama Device dan model serta ID Device seperti gambar b. Agar bisa di koneksikan pada Wonderware Intouch
gambar a. gambar b.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Membuat Access Name
Langkah awalnya adalah dengan membuka menu special
kemudian pilih Access name, dan add Access name baru
seperti pada gambar di bawah, Kemudian masukkan nama
akses yang dikehendaki pada bagian Access, kosongkan
bagian Node name. pada bagian Application name tuliskan
servermain, yang mana akan menjalankan program
KEPServerEX
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Diagram Blok Generator
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Arus Medan
Untuk dapat terjadinya gaya gerak listrik (GGL)
diperlukan dua kategori masukan, yaitu:
Masukan tenaga mekanis yang akan dihasilkan oleh
penggerak mula(Prime mover)
Arus medan (If) yang berupa arus searah yang akan
menghasilkan medan magnet yang dapat diatur dengan
mudah.
Gambar Rangkaian Arus Medan
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
RfIf
Ef
Lf
)()(
)(
)()()(
1 sERsL
si
siRsLsE
iRd
dLE
f
ff
f
ffff
ff
t
if
ff
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Kumparan Jangkar
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
La Raiaeggl
ea
)()()(
)()()()(
)()()(
1
)(
sEsERsL
sI
sIRsLsEsE
tiRd
dLtete
ggla
aa
aaggla
aa
t
tia
aggla
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Pemodelan Plant Proses identifikasi dilakukan dengan menggunakan metoda open-loop secara simulasi dengan bantuan Matlab, dengan diagram blok fungsi alih plant telah didapatkan sebelumnya
Gambar Respon Plant Open Loop belum terpasang kontroler
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
61.0
1
]
]ln[
[1
1
8.6
14702
99.0
13800
13787
2
Tp
n
Yss
YssYp
sTp
Yp
Xss
YssK
Xss
Yss
Sehingga Model Respon Yang Didapat
Perancangan Kontroler PI
Dari diagram blok di atas, untuk memperoleh parameter
kontroler PI dilakukan metode tuning pada Matlab, akan
didapatkan parameter – parameter yaitu :
Kp = 5
Ki = 0.6 Sehingga
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
113.269.2
99.0)(
121
)(
2
2
2
ssG
s
KsG
s
ns
n
PV
SP +
_ )
11(
sKp
i
113.269.2
99.02
ss
67.11
k i
i
Dari hasil parameter – parameter yang telah didapatkan
pada plant, Maka akan didapat respon seperti gambar
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Implementasi
Untuk skema integrasi sistem tampak pada Gambar 4.1.
Sistem terdiri dari beberapa bagian, yaitu Matlab sebagai
masukan dari virtual plant beserta kontroler, selanjutnya
terdapat mikrokontroler yang merupakan media
komunikasi antara virtual plant dengan HMI plant Turbin-
generator yang dibangun dengan menggunakan
Wonderware InTouch.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Komunikasi Serial Omniserver antara Mikrokontroler dengan HMI monitoring Pada percobaan ini menggunakan Topic name HMI_MIKRO, yang mana pada topik ini Omniserver akan menerima data dari mikrokontroler dengan format data D{arus_jangkar} E{arus_medan} F{tegangan_jangkar} G{tegangan_medan}{$CR}, sedangkan data yang akan dikirim ke mikrokontroler berupa format data A{ZR} B{ZC} C{ZL}{$CR}.
Hasil percobaan I menunjukkan bahwa omniserver mengirim data satu kali terlebih dahulu baru menerima data dari mikrokontroler sebanyak satu kali.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Tabel 4.1 Data output tegangan generator setelah dipasang kontroler PI
Dari data tersebut diatas maka Prosentase Osilasi tegangan dapat diketahui yaitu sebesar 0.4 (55.2 V dari 13.800 V )
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Beban
Penuh
Tanpa
beban
Setengah
beban
Set Point
13796.51862 13854.08773 13804.86186 13800
13796.34996 13844.48732 13805.14248 13800
13795.30984 13834.60474 13812.09222 13800
13793.44773 13824.47858 13810.46229 13800
13790.81212 13814.14686 13801.72598 13800
13787.45049 13803.64696 13811.91841 13800
13783.40927 13793.01565 13813.43347 13800
13752.47592 13776.29562 13753.69872 13800
13752.9278 13776.41015 13748.63154 13800
13753.38646 13776.5365 13755.88206 13800
13753.85182 13776.67484 13753.62019 13800
13754.32375 13776.82527 13745.87966 13800
Perbandingan respon yang didapatpada beban penuh, tanpa beban, dan setengah beban penuh
dimana hasil dari ketiga respon tersebut hampir sama dan mendekati set point, ini menunjukkan bahwa kontroler PI yang dirancang pada virtual plant yang ada di MatLab peranannya sangat penting. Salah satunya mempercepat respon dan memperkecil OverShoot.
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
time sampling (0.1 s)
tegangan g
enera
tor
(V)
Beban Penuh
Tanpa beban
Setengah Beban penuh
Set Point
Dari percobaan-percobaan yang telah
dilakukan pada pengerjaan tugas akhir ini,
maka dapat diambil kesimpulan :
Dari analisa hasil implementasi, kontroler
PI pada matlab dapat mengurangi
Overshoot dan prosentase osilasi 0.4 dari
set point
Pendahu
luan
Dasar
Teori
Perancan
gan
Kesimpul
an
Implemen
tasi
Terima Kasih