JUS TEKNO ( JURNAL SAINS DAN TEKNOLOGI )
https://journal.
ANALISIS KESTABILAN SISTEM KONTROL
TEKANAN ALAT UJI KEBOCORAN MENGGUNAKAN
ARDUINO UNO R3 ATMEGA 328
Gede Yudharma Program Studi Teknik Mesin.
Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa Kalibaru Timur Kel.
Kalibaru Medan Satria Kota Bekasi Email: gyudharma123@gmail.
AbstrakAi Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan mengembangkan sistem alat uji kebocoran untuk tube Plastic Barrier Laminate (PBL).
Pengembangan sistem ini Mikrokontroller yang dipasang di papan arduino uno menggunakan keluarga Atmega328p.
Sistem kontrol meliputi berbagai komponen diantaranya komponen sensor, sistem kontrol, serta komponen buzzer dan LCDArduino Uno ATMega328, sensor pressure, serta valve solenoid yang dapat mendukung optimalisasi dari fungsi alat.
Rangkaian sensor digunakan untuk membaca tekanan ( pressure ).
Sensor yang digunakan adalah sensor Wisner WPT-83G-E4G4 (Pressure Transmitte.
Dalam melakukan pengontrolan tekanan untuk memseteksi kebocoran tube skin, dibuat dengan membuat lagoritma dengan PID kontroller.
Input dan output kontroller dihubungkan dengan mikrokontroller Arduino.
Analisis kestabilan sistem kontrol tekanan ini dilakukan dengan memakai software open modelica.
Hasil pengujian dan simulasi memperlihatkan bahwa kendali PID pada pengontrolan tekanan mempu menghasilkan keluaran yang stabil sesuai dengan set point, serta memiliki nilai settling time yakni 435 s waktu Terdapat overshoot sebesar 20,13%, di mana keluarannya stabil setelah waktu settling time.
Hasil pengujian untuk menentukan tekanan tube skin secara riil menunjukkan bahwa dengan memanfaatkan PID controller, kestabilan sistem tersebut juga menunjukkan bahwa tube skin tidak bocor.
Kalau tube skin terjadi kebocoran, maka sistem kontrol ini akan tidak stabil atau berosilasi terus.
Hasil perancangan menunjukkan bahwa alat uji kebocoran ini dapat mendeteksi kebocoran dengan akurat, baik pada produk yang lolos uji maupun yang bocor.
Dalam proses produksi Tube skin care, banyak terdapat produk reject bocor pada saat proses filling bulk maupun pada saat pembuatan tube.
Saat ini methode pengontrolan kualitas yang banyak dipakai adalah sampling kebocoran dengan bubble test .
Test ini hanya bisa digunakan untuk test sampling saja, dan tidak bisa untuk melakukan cek kebocoran di proses produksi semuanya.
Tube akan terkontaminasi air dan harus di buang karena produk tidak memenuhi syarat hygiene.
Perkembangan teknologi kontrol proses saat ini, juga sangat membantu dalam meningkatkan effisiensi proses produksi dengan memakai mikrokontroler Arduino UNO.
Arduino UNO merupakan sebuah board yang berbasis mikrokontroler pada ATmega328, dapat digunakan untuk mengembangkan obyek interaktif dengan cara mengambil masukan dari berbagai switch atau sensor.
Microkontroller Arduino sudah banyak diaplikasikan seperti dalam design and development of a PV-T test bench based on Arduino .
A low cost controller of PV system based on Arduino board and INC algorithm .
dan Development of a Prototype Test Rig for Leak Detection in Pipelines .
Discrete PID Controller Kontrol PID merupakan kontrol dengan mekanisme umpan balik yang sering digunakan di dunia industri.
PID berfungsi untuk mengatur putaran motor yaitu kontrol proporsional yang memiliki kelebihan rise time yang cepat, kontrol integral untuk memperkecil nilai error dan kontrol derivatif untuk meredam overshoot .
Kendali PID digunakan dalam sistem loop tertutup yang memiliki umpan balik dari output sistem untuk mencapai respon yang diinginkan.
Kontrol PID terdiri dari proporsional, integral dan derivatif dan saling memiliki pengaruh terhadap yang lain .
KeywordsAi PID kontroller, sensor tekanan.
Alat Uji Kebocoran Tekanan.
Arduino UNO R3 Pada Gambar 1 ditunjukkan bahwa jika ketiga parameter tersebut dikombinasikan secara optimal akan menghasilkan respons keluaran yang baik.
PID memiliki masukan berupa sinyal kesalahan e.
dan keluaran pengendali merupakan sinyal kontrol u.
Hubungan antara masukan dan keluaran pengendali PID pada .
PENDAHULUAN Tube skin care merupakan kemasan yang biasa dipakai untuk kebutuhan produk perawatan tubuh atau perawatan kulit.
Kemasan ini biasanya digunakan untuk produk yang setengah cair seperti pasta gigi, lotion, hand cream, body butter atau cream gel.
Kemasan bisa terbuat dari alumunium atau plastik ( Plastic barier laminat.
Keunggulannya adalah isinya tidak mudah keluar kecuali kita menekan atau memencetnya.
Produk industri yang digunakan saat ini sudah melalui proses quality control agar memenuhi syarat hygiene.
= .
1 yc yccyce.
O yce.
yccyc yuaycc yccyc ) yuaycn yc Hasil Laplace pada .
JUS TEKNO ( JURNAL SAINS DAN TEKNOLOGI )
https://journal.
cI) = yaycy .
yuaycc y.
yuaycn yc Sehubungan dengan permasalahan ini, dilakukan perancangan peralatan test kebocoran produk Tube skin care dengan merancang sistem pengontrolan tekanan dengan PID kontroller.
Simulasi pengetesan kestabilan kontroller dilakukan dengan memakai software open modelica.
Pengembangan sistem ini menggunakan beberapa komponen utama seperti Arduino Uno ATMega328, sensor pressure, valve solenoid dan beberapa komponen lainnya yang dapat mendukung optimalisasi dari fungsi alat.
Pada .
, yaycy merupakan penguatan proporsional dan yuaycn merupakan waktu integral dan yuaycc adalah waktu diferensial.
Ketiga parameter tersebut dapat ditentukan nilainya.
Sehingga fungsi alih pengendali PID ditunjukkan oleh .
II.
METODOLOGI
Diagram blok sistem perancangan alat Gambar 2 merupakan diagram blok desain alat uji kebocoran tube skin care dengan sistem perbandingan presure udara ( dry leak test ) menggunakan Arduino uno R3 Atmega 328, tanpa melibatkan algoritman pengontrol tekanan dengan PID controller .
Gambar 1.
Blok diagram pengendali PID = yaycE .
yuaycc ycI) ya.
yuaycn ycI Tipe pengendali proporsional yaycy akan memberikan pengaruh pengurangan nilai rise time akan tetapi tidak menghapus nilai error steady state .
Kontrol integral akan memberikan pengaruh menghilangkan error steady state akan tetapi berakibat menurunkan respons transient.
Sedangkan pengendali derivatif Kd akan memberikan pengaruh meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi nilai overshoot.
Efek dari setiap pengendali dalam sistem closed loop hal ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar 2.
Diagram blok perancanagn alat Sensor pressure Sensor adalah alat yang digunakan untuk mengubah suatu besaran fisis menjadi besaran Listrik sehingga dapat dianalisis dengan rangkaian listrik tertentu .
Sensor yang digunakan pada sistem uji kebocoran ini adalah pressure transmitter.
Pemancar tekanan (Pressure transmitte.
adalah jenis sensor atau perangkat yang sangat cocok untuk mengukur Tingkat tekanan dalam system proses.
Dimana rentang pengukuran tekanan antara 0 bar dan 12 bar .
Tabel 1.
Konstanta PID kontroller Respons Rise Time Ovetshoot Naik Meningkat Menurun Meningkat Perubah Menurun an Kecil Settling Error Steady Time State Perubahan Menurun Kecil Meningk Hilang Menurun Perubahan Kecil Transduser tekanan berfungi untuk menghubungkan sistem kontrol dengan faktor fisik yang mengatur sistem.
Ini mengubah tekanan yang dibangun dalam sistem menjadi sinyal listrik melalui deformasi fisik strain gages, yang diikat ke dalam diafragma dan dihubungkan ke konfigurasi kontrol elektronik.
Transduser tekanan 5 V DC yang rentang tekanan kerja dan arusnya masing-masing antara 0-1,2 MPa dan O10 mA.
Pada pengendali PID memiliki tiga parameter yang mempengaruhi hasil dari kontrol yang dirancang.
Berdasarkan Tabel 1 didapatkan hasil pengaruh beberapa parameter seperti parameter Kp ditambahkan nilainya atau diperbesar maka akan berpengaruh meningkatkan nilai rise time dan overshoot pada hasil kontrol.
Sebaliknya pada nilai settling time dan nilai error steady state akan menurun.
Jika menambahkan nilai parameter Ki maka nilai overshoot dan settling time akan meningkat, sedangkan nilai rise time akan menurun dan nilai error steady state akan hilang.
Terakhir jika menambahkan nilai Kd jika ditambahkan akan memberikan pengaruh pada nilai overshoot dan settling time akan menurun, sedangkan nilai rise time dan error steady state akan berubah sedikit.
Methode pengujian kebocoran Ada dua jenis metode umum yang digunakan untuk pengujian kebocoran .
n Pengujian kering n Pengujian basah Pengujian Kering- metode ini paling banyak digunakan dan merupakan metode awal pengujian komponen tertutup.
Dalam metode ini, komponen yang akan diuji terlebih dahulu ditutup seluruhnya dan udara bertekanan dilewatkan melaluinya, udara
JUS TEKNO ( JURNAL SAINS DAN TEKNOLOGI )
https://journal.
bertekanan di dalam komponen dipantau.
Perlu diperhatikan bahwa jika tekanan meningkat secara merata pada komponen tertutup, berarti komponen tersebut baik-baik saja.
Namun jika tekanan tiba-tiba turun berarti komponen tersebut retak, maka komponen tersebut ditolak.
yang terjerebak dalam tube.
Pengujian Basah- metode ini paling banyak digunakan dan merupakan metode sekunder untuk menguji komponen tertutup apa pun.
Pada metode ini, komponen yang akan diuji terlebih dahulu ditutup seluruhnya dan udara bertekanan dilewatkan melaluinya, udara bertekanan pada komponen dipantau setelah dimasukkan ke dalam bak air atau bejana yang berisi air.
Perlu diperhatikan bahwa jika tekanan meningkat secara merata pada komponen tertutup, berarti komponen tersebut baik-baik saja.
Namun jika tekanan tiba-tiba turun dan terjadi gelembunggelembung berarti komponen tersebut retak, maka komponen tersebut ditolak.
Metode uji kebocoran yang paling umum digunakan adalah under water bubble test, bubble soap paint, pressure and vacuum decay, and tracer gas detectors .
alogen, helium and hydroge.
Gambar 4.
Rangkain wiring system perancanagn alat Apabila tekanan dibawah nilai yang sudah ditentukan maka buzzer berbunyi dan secara bersamaan pada display akan tertera judgement OK atau Reject dari produk tersebut.
Flow diagram perancangan pressure kontroller dapat dilihat pada gambar 5.
Input kontroller didapat dari prosesor Arduino, sedangkan output juga masuk ke prosesor Arduino.
Arduino uno R3 Arduino Uno merupakan salah satu Arduino yang murah, mudah didapat, dan sering digunakan.
Arduino Uno versi R3 merupakan tipe terbaru yang dilengkapi mikrokontroler ATMEGA328P agar dapat bekerja secara maksimal.
Arduino Uno memiliki kelebihan terutama menjadi lebih mudah dan menyenangkan.
Pendekatan kontrol kecepatan motor dc dengan menggunakan arduino menjadi sangat mudah.
Gambar 3, menunjukkan modul board arduino yang dapat digunakan untuk melakukan kontrol pompa air sehingga debit pompa dapat diatur sesuai dengan keinginan .
ARDUINO
Gambar 3.
Modul Board Arduino Gambar 5.
Flow diagram perancangan algoritma kontroller Gambar 4 merupakan desain wiring alat uji kebocoran tube skin care dengan system perbandingan presure udara ( dry leak test ) menggunakan Arduino uno R3 Atmega 328.
Rangkaian sensor digunakan untuk membaca tekanan ( pressure ).
Sensor yang digunakan adalah sensor Wisner WPT-83G-E4G4 (Pressure Transmitte.
Sensor ini akan merubah dari besaran tekanan menjadi tegangan output yang akan dibaca ke dalam Arduino.
Besar kecilnya tekanan yang dibaca akan dibandingkan dengan data tekanan yang diset sebagai parameter pembanding ( standard minimum tekanan ) .
Desain keseluruhan alat merupakan gabungan dari rangkaian tiap komponen sehingga tercipta suatu sistem kontrol.
Udara yang masuk kedalam tube selama beberpa waktu akan terbaca oleh sensor akan ditampilkan pada LCD I2C.
Setelah Valve tertutup sensor akan membaca kembali besarnya tekanan JUS TEKNO ( JURNAL SAINS DAN TEKNOLOGI ) https://journal.
Untuk mengendalikan tekanan, dibutuhkan suatu sistem kendali.
Kendali yang diimplementasikan pada sistem ini adalah kendali proportiona-integral (PI) dan proportional-integral-derivative (PID), dimana hasilnya merupakan hasil simulasi dengan software open modelica.
Gambar 6.
Desain Blok Diagram Closed Loop Control System Desain elektrikal pada sistem kontrol ini adalah sistem closed loop dimana terdapat empat blok utama yaitu input, controller, processing dan feedback yang menggunakan sensor pressure sebagaimana Gambar 6, yang didisain dengan software open Input yang masuk ke sistem kontrol in teridiri dari input pressure dan disturbance .
Error yang keluar dari feedback dikontrol dengan PID kontroller.
Kendali PI: Kendali PI ini menggunakan nilai konstanta proporsional .
sebesar 1000 dan konstanta integral .
sebesar 0,01.
Kendali PI pada pengontrolan tekanan mempu menghasilkan keluaran yang stabil sesuai dengan set point namun memiliki nilai settling time yang cepat yakni 450 s waktu Terdapat overshoot sebesar 20,13%, di mana keluarannya stabil setelah waktu settling time, seperti terlihat pada gambar 8.
HASIL DAN PEMBAHASA
Uji fungsi rangkaian catu daya Untuk memastikan tegangan dari catu daya ini stabil maka akan dilakukan uji tegangan output catu daya baik dalam keadaan tanpa beban maupun dengan keadaan ada beban.
Dari hasil percobaan, selisih yang pembacaan yang besar .
5 vol.
akan berpengaruh terhadap kestabilan pembacaan pada sistem.
Hasil pengujian catu daya dengan adalah seperti table 2 berikut:
Tabel 2.
Pengujian output rangkaian catu daya Test Tanpa Beban Dengan beban / ( Volt ) dijalankan ( Volt ) Selisih Gambar 8.
Respon waktu PI kontroller Uji fungsi program pembacaan tekanan Uji fungsi program pembacaan sensor tekanan dilakukan dengan membandingkan pembacaan alat ukur yang sudah terkalibrasi dengan hasil baca dari sensor tekanan.
Tujuan uji ini untuk memastikan kestabilan pembacaan dari sensor yang sebelumnya sudah dilakukan kalibrasi.
Dari data yang didapat tercatat antara sensor dengan pembanding ( regulator ) memiliki selisih ratarata -0,005 bar.
Pada regulator udara jika tercatat tekanan 1 bar maka pembacaan tekanan disensor yaitu 1,008 bar .
Sehingga diasumsikan data yang terbaca sudah sesuai.
Pada Gambar 7 dapat dilihat hasil kalibrasi sensor dan regulator tekanan dengan nilai y=1.
0018 dan RA = 0.
Gambar 9.
Respon waktu PID kontroller Tabel 3.
Perbandingan nilai konstanta kendali PI, dan PID
Kendali yuai yuad
PID
0,01
0,01
Data hasil pengukuran riil terhadap kebocoran tube dengan mengatur tekanan dengan PI kontroller, didapat data seperti tabel 4 berikut.
Dengan PI kontroller terlihat stabil artinya tidak terdapat kebocoran tube skin, dimana fungsi kontrol masih berfungsi dengan baik.
Tabel 4.
Pembacaan Tegangan input dan output Tekanan input (Ba.
Pembacaan dari sensor (Outpu.
(Ba.
0,992 1,008 Gambar 7.
Koefisien korelasi
JUS TEKNO ( JURNAL SAINS DAN TEKNOLOGI )
https://journal.
1,008
1,507
2,006
2,004
2,004
memanfaatkan PID controller, memperlihatkan bahwa kontroller ini berfungsi dengan baik.
Dengan memakai system PID kontroller dengan input dan output menuju Arduino, memperlihatkan bahwa alat ini dapat menentukan bahwa tube skin tidak bocor.
Kalau terjadi kebocoran akan terjadi soilasi yang menyebabkan kondisi tidak stabil.
Kendali PID pada pengontrolan tekanan mempu menghasilkan keluaran yang stabil sesuai dengan set point, serta memiliki nilai settling time yakni 425 s waktu sampling.
Terdapat overshoot sebesar 20,03%, di mana keluarannya stabil setelah waktu settling time.
Kendali PID: Nilai konstanta proporsional .
, integral .
, dan derivatif .
yang digunakan berturut-turut adalah 1000, 0,01, dan 10.
Kendali PID pada pengontrolan tekanan mampu menghasilkan keluaran yang stabil sesuai dengan set point dengan nilai settling time yang mencapai 425 s waktu sampling.
Terdapat overshoot sebesar 20,03%, di mana keluarannya stabil setelat waktu settling time.
Hasil pengujian riil dari pembacaan tekanan memperlihatkan bahwa ketika tidak ada kebocoran tube skin, maka PID controller berfungsi dengan baik, seperti terlihat pada data table 5.
Referensi