TUGAS AKHIR RE 1599 DESAIN DAN IMPLEMENTASIKONTROLER PID DAN FUZZY PADA PENGATURAN CONTROL VALVE BERBASIS PLC Nurhidayat Wahid NRP 2204 100 187 Dosen PembimbingIr.Joko Susila, MTImam Arifin, ST, MT JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009 TUGAS AKHIR RE 1599 DESAIN DAN IMPLEMENTASIKONTROLERPIDDANFUZZYPADAPENGATURANCONTROL VALVE BERBASIS PLC Nurhidayat Wahid NRP 2204 100 187 Dosen PembimbingIr.Joko Susila, MTImam Arifin, ST, MT JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009 FINAL PROJECT RE 1599 DESIGN AND IMPLEMENTATIONOF PID AND FUZZY CONTROL FOR CONTROL VALVE BASED ON PLC Nurhidayat Wahid NRP 2204 100 187 SupervisorIr.Joko Susila, MT Imam Arifin, ST, MT DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Industrial TechnologySepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2009 DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROLER PID DAN FUZZY PADA PENGATURAN CONTROL VALVE BERBASIS PLC TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Menyetujui: Dosen Pembimbing I Ir. Joko Susila, MT.NIP. 131 933 298 Dosen Pembimbing II Imam Arifin, ST. MT. NIP. 132 301 043 SURABAYA JULI, 2009 DESAIN DAN IMPLEMENTASIKONTROLER PID DAN FUZZY PADA PENGATURAN CONTROL VALVE BERBASIS PLC Nama: Nurhidayat Wahid.NRP : 2204 100 187 Pembimbing I: Ir.Joko Susila, MTNIP: 131 933 298 Pembimbing II: Imam Arifin, ST,MTNIP: 132 301 043 ABSTRAK Controlvalvemerupakanperalatanyangbanyakdigunakan dalamprosesindustridanmemilikiperanyangsangatpenting.Pada prosesyangadadiindustri,seringkalicontrolvalvebekerjatidak didukungdengansistempengaturanyangbaik,sehinggacontrolvalve tidakmampu bekerjasecaraoptimal. Permasalahanyang sering terjadi padapengaturancontrol valveadalahkarakteristikyang dimiliki dapat berubahakibatadanyaperubahankondisiprosessepertiperubahan aliranfluidaatautekanan.Dengandemikian,controlvalvetidakmampumengimbangiadanyagangguansertatetapmenjagavariabel proses tetap berada pada set point yang diinginkan.Padatugasakhirinidirancangsuatusistempengendalian control valve menggunakan kontroler PID dan fuzzy yang berbasis pada ProgrammableLogicController(PLC).PLCyangakandigunakan adalahPLCSiemensS7-300yangmemilikimodulI/OAnalog. Performansicontrolvalveyangakandianalisaadalahmencakup karakteristikyangdimiliki,deadbanddanhysteresis,sertaflow calculation.Darieksperimenyangdilakukan,aplikasikontroler menggunakan PLC menghasilkan respon dari control valve yang cukup lambat,tetapiuntukimplementasi,controlvalvepadasistemmampu berada pada daerah kestabilan. Kata Kunci:Control Valve, PID, Fuzzy, Programmable Logic Controller. DESIGN AND IMPLEMENTATIONOF PID AND FUZZY CONTROL FOR CONTROL VALVE BASED ON PLC Name: Nurhidayat Wahid.NRP : 2204 100 187 Supervisor I: Ir.Joko Susila, MTNIP: 131 933 298 Supervisor II: Imam Arifin, ST,MTNIP: 132 301 043 ABSTRACT Controlvalveisadevicethatisusedinmanyindustrial processesandhaveanimportantroletoplay.Thequalityofthe resulting productdepends on thelevel precision of a control valve. In manyindustrial,sometimescontrolvalvedidntworksogood.This problem usually happen is the control valve can not to controlthe fluid flow, so that the fluid flow can not reach setpoint. Inthistask,thewriterwilldesignofcontrolvalvebyusing ProgrammableLogicControler(PLC).ThePLCwillbeuseisSiemensS7-300whichI/Oanalogmodul.Thesystemwillbe controlledisaboutcharacteristic,deadband,hysteresis,andflow calculation.Theperformanceofcontrolvalvethatwillbecontrolledisthe percentage of valve opening of the various input conditions given as the amountofairflow.Expectedfromthisdesignwillbetheresponseofa better control of the valve so that it can be applied so close possible with the actual conditions Keywords:Control Valve, PI D, Fuzzy, Programmable Logic Controller. KATA PENGANTAR MahaSuciAllahSWTatassegalakasihsayangdan cobaanNya,sehingga penulis dapat menyelesaikanlaporantugas akhir ini dengan judul: DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROLER PID DAN FUZZY PADA PENGATURAN CONTROL VALVE BERBASIS PLC Tugasakhirinimempunyaibeban4SKS(SatuanKredit Semester)dandisusungunamemenuhipersyaratanuntukmencapai GelarSarjanaTeknikpadaBidangStudiTeknikSistemPengaturan, JurusanTeknikElektroFakultasTeknologiIndustri,InstitutTeknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya. Tidakadagadingyangtakretak,begitupundenganlaporan tugas akhir ini yang masih jauh dari sempurna. Baik dalam penyusunan, maupundalampembahasanmasalah,karenaketerbatasanpengetahuan penulis. Untuk itu, dalam kesempatan ini pula penulis mohonmaaf atas segalaketidaksempurnaanyangada.Penulismengharapkankritikdan saran membangun dari semua pihak agar dapat lebih baik di masa yang akan datang. Padakesempataninidisampaikanterimakasihkepadasemua pihak, khususnya pada : 1.Bapak dan Ibuku di Makassar.2.Bapak Joko Susila dan Bapak Imam Arifin selaku pembimbing tugasakhiratassegalabimbinganhinggaterwujudnyaTugas Akhir ini. 3.Teman - temanku yang selalu memberi motivasi.. 4.U26 Big Family dan seluruh anak smudama di Surabaya. 5.Sertaberbagaipihakyangturutmembantudalampengerjaan tugasakhirinibaikyangsecaralangsungmaupuntidak langsung,yangpenulistidakdapatmenyebutkannyasatu persatu. BesarharapanpenulisbahwabukuTugasAkhirinidapat memberikaninformasidanmanfaatbagipembacapadaumumnya dan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro pada khususnya.

Surabaya, Juli 2009 Penulis DAFTAR ISI Halaman JUDULi PENGESAHAN.iii ABSTRAK..v ABSTRACTvii KATA PENGANTAR...ix DAFTAR ISI..xi DAFTAR GAMBAR. xv DAFTAR TABEL xvii BAB IPENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 2 1.2 Permasalahan ..2 1.3 Batasan Masalah .....2 1.4 Tujuan .2 1.5 Sistematika Buku2 1.6 Relevansi..3 BAB IIKAJIAN PUSTAKA .. 2.1Control Valve ...5 2.2Perangkat Lunak.12 2.2.1 Step7Lite... 2.2.2 WinCC.. 12 16 2.3PLC Siemens S7-300...............................................................19 2.4Kontroler PID.. 2.4.1 Kontroler Proportional.................................................... 21 22 2.4.2 Kontroler Proportional Integral...................................... 2.4.3 Kontroler Proportional Derivative.................................. 2.4.4 Kontroler Proportional Integral Derivative................... 22 23 23 2.5 Perancangan Kontroler......................24 2.5.1Perancangan Kontroler PID.........24 2.5.2Perancangan Kontroler Fuzzy ...25 BAB III PERANCANGAN SISTEM..................................................31 3.1Perancangan Plant dan Struktur Sistem....................................31 3.2 Koneksi PLC dengan Perangkat Lunak..............................32 3.2.1Koneksi PLC dengan Perangkat Lunak Step7Lite........................................... 32 3.2.2 Koneksi PLC dengan Perangkat Lunak WinCC.........33 3.3 Proses Identifikasi Sistem .34 3.3.1Diagram Instalasi ..........................................................37 3.3.2Metode Pembebanan ....................................................39 3.3.3Metode Identifikasi .......................................................39 3.4 Perancangan Kontroler .........................................................40 3.4.1 Desain Kontroler PID.............. ....................................42 3.4.2Penentuan Parameter Kontroler PID ............................48 BAB IVIMPLEMENTASI DAN ANALISA DATA .......................51 4.1Hasil Implementasi Kontroler 52 4.1.1Hasil dan Analisa Plant Tanpa Kontroler.....................52 4.1.2Hasil dan Analisa Plant Menggunakan Kontroler... 53 BAB VKESIMPULAN DAN SARAN ..............................................57 5.1Kesimpulan ..57 5.2Saran .57 DAFTAR PUSTAKALAMPIRAN RIWAYAT HIDUP DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1. Control Valve sebagai Final Element .......................... 5 Gambar 2. 2. Struktur Dasar Control Valve ...................................... 6 Gambar 2. 3. Tampilan dan Struktur Dasar Aktuator ....................... 6 Gambar 2. 4. Katup Tipe Ball ........................................................... 7 Gambar 2. 5. Model dan Rangkaian Intelligent Control Valve ......... 7 Gambar 2. 6. Kurva Karakteristik Control Valve .............................. 8 Gambar 2. 7. Kurva Deadband Control Valve .................................. 9 Gambar 2. 8. Kurva Respon Time Control Valve .............................. 10 Gambar 2. 9. Kurva Valve Gain Control Valve ................................ 10 Gambar 2.10. Skema Perhitungan Aliran Fluida pada Valve ............ 11 Gambar 2.11. Tampilan Awal Perangkat Lunak Step7Lite .............. 12 Gambar 2.12. Tampilan Window Inisialisasi Perangkat PLC ........... 13 Gambar 2.13. Tampilan Library pada Step7Lite .............................. 12 Gambar 2.14. Program Ladder Diagram pada Step7Lite13 Gambar 2.15. Program Ladder Diagram pada Step7Lite untukFungsi Penjumlahan .................................................. 14 Gambar 2.16. Program Ladder Diagram pada Step7Lite untukFungsi Pengurangan .................................................. 15 Gambar 2.17. Program Ladder Diagram pada Step7Lite untukFungsi Perkalian ........................................................ 15 Gambar 2.18. Program Ladder Diagram pada Step7Lite untukFungsi Pembagian ..................................................... 15 Gambar 2.19. Program Ladder Diagram pada Step7Lite untukFungsi Comparator ................................................... 16 Gambar 2.20 Tampilan Awal WinCC ............................................... 17 Gambar 2.21. Proses Interkoneksi WinCC 5.1 dengan PLCSiemens S7-300 ......................................................... 18 Gambar 2.22. Tampilan Graphic Designer ....................................... 18 Gambar 2.23. PLC Siemens S7-300.................................................. 20 Gambar 2.24. Modul Analog PLC Siemens S7-300 ......................... 20 Gambar 2.25. Diagram Blok Kontroler ............................................. 21 Gambar 2.26. Diagram Blok Kontroler ............................................. 22 Gambar 2.27. Diagram Blok Kontroler ............................................. 22 Gambar 2.28. Diagram Blok Sistem Kontrol Umpan Balik .............. 23 Gambar 2.29. Diagram Blok Kontroler Modifikasi tipe ................... 24 Gambar 2.30 Struktur Internal Kontroler Logika Fuzzy ................... 25 Gambar 2.31 Fungsi Keanggotaan Triangular ................................. 27 Gambar 2.14 Fungsi Keanggotaan Trapezoid ................................... 14 Gambar 3.1.Skema Plant control valve ........................................... 31 Gambar 3.2.Skema Instalasi Sistem ................................................ 32 Gambar 3.3.Tool pada Step7Lite ..................................................... 32 Gambar 3.4.Tampilan window Inisialisasi hardware PLC .............. 33 Gambar 3.5.Tampilan beberapa Fungsi Step7Lite .......................... 33 Gambar 3.6.Tampilan window WinCC explorer.. 34 Gambar 3.7.Tampilan Window create a new project ...................... 34 Gambar 3.8. Tampilan Window untuk Status Koneksi dengan PLC............................................................................ .... 35 Gambar 3.9.Konfigurasi Fisik Identifikasi Plant..... 36 Gambar 3.10. Diagram Instalasi Sistem Proses Identifikasi ............. 36 Gambar 3.11. Proses Pembebanan pada Plant .................................. 36 Gambar 3.12. Respon control valve terhadap masukan sinyal Step.. 39 Gambar 3.13. Perbandingan respon control valve dengan Model 40 Gambar 3.14. Ladder Diagram PID dengan Step7Lite ..................... 42 Gambar 4.1.Tampilan Layout Pengaturan control valve ................. 44 Gambar 4.2.Respon plant tanpa kontrolermenggunakan Step7LiteWinCC...45 Gambar 4.3.Respon plant menggunakan kontroler MenggunakanStep7Lite...46 DAFTAR TABEL Tabel 3.1.Variasi Pembebanan plant37