pengaturan tekanan pada sandblasting dengan metode pid

JURNAL ELKOLIND, MEI 2018, VOL.05, N0. 1

23

Abstrak — Metode pada sandblasting yang digunakan

pada penelitian ini adalah metode PID yang digunakan untuk

mengatur putaran motor stepper dan motor DC pada proses

sandblast. Compressor akan mengatur tekanan menuju

sandblasting sedangkan sandblasting akan mengatur kedua

motor untuk keluaran pasir dan keluaran anginpada

compressor. Compressor diatur tekanan menurut set point dan

diatur dua motor yaitu motor DC untuk mengatur keluaran

pasir silica pada tabung dan motor stepper mengatur keluaran

angin yang di transfer melalui compressor menuju ke nozzle

untuk mengeluarkan pasir silica (steel grill). Ukuran pasir besi

yang digunakan diameter antara 0,5 mm – 0,8 mm dengan

dibantu udara bertekanan sesuai setpoint proses yang saya

buat adalah Dry Sandblasting. Hasil Tekanan sandblasting

dengan setpoint 80 psi dari Kp 40 Ki 7 Kd 20. Didapatkan

nilai nilai (Td)= 0 Detikt, (Tr)=83,5 Detik (Tp) = 4 Detik Ts =

81,5 DetikDari hasil pengujian sistemmenunjukkan bahwa

metode PID cukup berhasil digunakan untuk menstabilkan

tekanan dan putaran motor stepper dan motor DC.

Kata kunci : sensor mpx 5700 ap, metode PID, motor

Stepper, motor DC.

I. PENDAHULUAN

ndbalsting adalah proses penyemprotan material

dengan bahan abrasive (kasar), biasanya berupa

pasir silika atau steel grill dengan tekanan tinggi

pada suatu permukaan dengan tujuan untuk

menghilangkan suatu material – material seperti karat, garam,

cat dan oli yang menempel. Selain itu juga bertujuan untuk

membuat profile (kekasaran) pada permukaan metal sehingga

kekasarannya dapat disesuaikan dengan ukuran pasirnya dan

tekanannya. Blasting dapat dikategorikan sebagai

surfacetreatment yang dapat diaplikasikan pada dunia

keteknikan seperti pada pembuatan tangki.

Dalam suatu sandblasting, faktor yang mempengaruhi

Jules Dwi Yunantoko Abdillah adalah mahasiswa D4

Teknik Elektronika Politeknik Negeri Malang, email:

[email protected]

Totok Winarno dan Mila Fauziyah adalah dosen

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang

proses blasting adalah preessure (tekanan). Tekanan berfungsi

sebagai variable untuk memebersihkan permukaan

kontak.Tekanan yang . Oleh karena itu penentuan tekanan

yang tepat diharapkan dapat menunjang fungsi blasting

sehingga dapat meningkatkan hasil yang maksimal.

Pada pengaturan sandblasting yang diatur adalah tekanan

compressor menuju sandblasting, untuk mengatur keluar

masuk angin pada compressor diatur dengan motor stepper.

Dikarenakan motor stepper torsinya mencukupi memutar

valve, untuk mengatur keluaran pasir pada tabung agar pasir

keluar dari nozzle adalah motor DC biasa. Pada tekanan

sandblasting sangat dianjurkan memakai compressor tinggi

minimal 80 psi dikarenakan sudah mencukupi bila hanya

membersikan karat besi-besi biasa. Pada pemakaian

sandblasting sangat juga dianjurkan memakai baju yang safety

antara sepatu, masker, helm, dan kacamata. Pada bahan baku

pasir silika sangat berbahaya bagi kesehatan pernafasan

manusia.

Pengaturan tekanan pada sandblasting dengan metode PID

memiliki kemampuan antara lain untuk mengatur tekanan

yang kita sesuaikan dari karak tersebut, dengan pengaturan

tekananan ini kita dapat mengubah tekanan dari hight, medium

dan low yang kita sesuaikan dengan kondisi karak dari yang

tebal dan juga tipis. Dengan pengaturan tekanan tersebut kita

dapat meminimalisir kegunaan dari angin di compressor dan

pasir silika/steel grill.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mikrokontroler Arduinon Uno

Pada Arduino Uno ini sebenarnya adalah salah satu

mikrokontroler yang berbasis pada ATmega28. Modul ini

sudah dilengkapi dengan berbagai hal yang dibutuhkan untuk

mendukung mikrokontroler untuk bekerja, tinggal colokkan ke

power supply atau sambungkan melalui kabel USB ke PC

Arduino Uno ini sudah siap sedia. Arduino Uno ini

mempunyai 14 pin digital input/output, 6analog input, pada

sebuah resonator 16MHz, koneksi USB, colokan power input,

ICSP header, dan sebuah tombol reset.

2.2 Sensor MPX 5700 AP

Sensor MPX5700AP adalah alat elektronika yang bisa

mengetahui besaran tekanan udara dalam sebuah benda, baik

itu didalam botol, didalam ban, dan lainnya. Sensor ini bisa

mengukur dengan range 0 – 700 kPa (0 – 101.5 psi), 15 – 700

Pengaturan Tekanan pada Sandblasting dengan

Metode PID Berbasis Arduino

Jules Dwi Y A, Totok Winarno, Mila Fauziyah

s


24

kPa (2.18 –101.5 psi), serta tegangan outputnya berada

dirange 0,2to 4.7 volt. Berikut ini penjelasan gambar dan

detailnya.

Gambar 1Sensor MPX 5700 AP

2.3 Proses tekanan sandblasting

Gambar 2 Skema system Sandblasting

Sandbalsting adalah proses penyemprotan material

dengan bahan abrasive, bahan dasar yang digunkan adalah

berupa pasir silika atau steel grill dengan tekanan tinggi pada

suatu permukaan dengan tujuan untuk menghilangkan suatu

material – material seperti karat,garam,cat dan oli yang

menempel pada besi mobil.

Gambar 3Prinsip Kerja Sandblasting

2.4 Motor Stepper

Motor Stepper adalah perangkat elektromekanis yang

bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan

mekanis diskrit. Motor Stepper bergerak berdasarkan urutan

pulsa yang diberikan kepada motor karena itu, untuk

menggerakkannya diperlukan pengendali motor stepper yang

membangkitkan pulsa-pulsa periodic.

Ada perbandingan pada motor stepper yang di unggulkan

daripada motor DC biasa ialah :

1. Pada suatu sudut rotasi pada motor proporsional dengan

pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur dan di pahami

2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat

mulai bergerak

3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara

presisi

4. Memiliki suatu respon yang sangat baik dan akurat

terhadap mulai, berhenti dan berbalik pada suatu (putaran)

5. Sangat baik karena tidak adanya sikat yang bersentuh

dengan rotor seperti pada motor DC

6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga

beban dapat dikopel langsung

keporosnya

7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan

mudah pada range yang luas

2.5 PID ( Proportional Integral Derrivative )

PID adalah suatu sistem kendali untuk menentukan presisi

suatu system pada instrumentasi dengan karakteristik yang

adanya umpan balik pada sistem tesebut.

Gambar 4 Blok Diagram PID

Sistem kontrol PID memiliki tiga buah parameter

penyusun yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I

(Integral), yang setiap parameter tersebut memiliki kelebihan

dan kekurangan masing-masing. Dalam implementasinya

parameter PIDdapat dapat bekerja sendiri ataupun gabungan

diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID, hal yang

perlu dilakukan yaitu mengatur besarnya nilai parameter P, I

atau D agar tanggapan/respon sinyal keluaran system terhadap

masukan tertentu sesuai dengan sebagaimana yang diiginkan.

pembangkit udara bertekanan

pipa 2 menuju pada nozzle

pipa 1 menuju tabung pasir

udara bertekanan dan pasir keluar melalui nozzle

dilewatkan pada dua pipa


25

III. METODOLOGI

3.1 Diagram Blok Kontrol

Berikut merupakan diagram dari sistem ini ditunjukkan

pada Gambar 5.

KONTROL PID

SENSOR TEKANAN

PEMBENTUKAN MOTOR STEPPER

SET POINT TEKANANPWM

Gambar 5 Blok Diagram Kontrol

3.2 Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari alat ini adalah Pengontrolan tekanan

pada compressor menuju Sandblasting. setpoint yang akan

dikontrol tekananya maskimal 80 psi melalui compressor

menuju sandblasting. Pendeteksian akan dilakukan oleh

sensor mpx5700ap yang akan membaca besar tekanan untuk

dijadikan setpoint, data yang diperoleh oleh sensor tekanan

akan menjadi input controller PID yang akan diproses pada

Arduino UNO. Pada setpoint yang ditentukan yang di

inputkan memalui Push Button. Pada valve atas menggunakan

motor stepper untuk membuka menutup tekanan angin pada

compressor, Pada pembukaan valve bawah yang

menggunakan motor DC yang akan membuka/menutup pasir

yangakan dikeluarkan. Proses pengontrolan pembukaan

presentasi valve akan bekerja secara continew hingga

mencapai setpoint yang telah ditentukan. Indikasi dari

parameter tekanan akan ditampilkan pada LCD.

3.3 Spesifikasi Alat

Pada penelitian ini spesifikasi alat sebagai berikut :

a. Box Elektric

- Bahan : Plastik

- Ukuran : 10x20x8 cm

b. Mekanik

- Bahan : Besi

- Ukuran corong : 25x25 cm

- Ukuran tabung : 25 cm

- Ukuran kaki : 40 cm

- Alas box elektric : 20x35 cm

- Tinggi Alat : 65 cm

3.4 Desain Mekanik

Gambar 6 Tampak Belakang

Gambar 7 Tampak Atas

Gambar 8 Tampak Samping


26

3.5 Perancangan Rangkaian Elektrik

Pada perancangan rangkaian elektrik ini memiliki

spesifikasi sebagai berikut:

Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino

Uno

Pengukuran tekanan sensor MPX5700AP

Penggerak sensor tekanan menggunakan motor

stepper.

Motor DC geared 12V torsi 10 kg

Penampilan display LCD 16x2.

Power supply 12V

Gambar 9 Skematik Keseluruan

3.6 Perancangan Driver Motor L298N

Pada perancang driver motor DC menggunakan driver

motor DC L298N, driver motor ini merupakan driver dengan

rangkaian H-bridge. Driver L298N dapat secara langsung

mengontrol dua motor DC 3-30V, dan menyediakan antar

muka kaluaran 5 V. Driver motor DCMP menggunakan IC

L298N adalah seperti halnya H-bridge. Pada masing-masing

kaki basis transistor H-bridge dihubungkan dengan sebuah

gerbang logika AND yang salah satu kaki inputnya digabung

dan dihubungkan dengan In1 (Input1) dan In2 (Input2).

Kemudian input salah satugerbang AND. memiliki 14 pin

yang memiliki fungsi-fungsi tersendiri, berikut :

Gambar 10 Skematik Driver Motor

Gambar 11 Rangkaian Aplikasi Driver Motor

Driver motor DC Ic L298D memiliki feature yang

lengkap untuk sebuah driver motor DC sehingga dapat

diaplikasikan dalam beberapa teknik driver motor DC dan

dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor

DC. Feature yang dimiliki driver motor DC IC L298D sesuai

dengan datasheet adalah sebagai berikut :

* Wide Supply - voltage range :4.5 V –36 V

* Separate inputlogic supply

* Internal USD protection

* Thermal Shutdown

* Hight-noise-inminity inputs

* Funcnionaly similar to SGS L293 – SGS L293D

3.7 Perancangan Software

Dalam perancangan dan pembuatan software ini

menggunakan mikrokontroler Arduino. Bahasa pemrograman

yang digunakan adalah bahasa C. Mikrokontroler akan

mengolah data input yang diberikan oleh sensor suhu, push

button dan data feedback dari pembacaan sensor tekanan mpx

5700 apa. Maka data-data yang diterima olah arduino

digunakan untuk mengontrol jalan nya system keseluruhan

serta intuk mengontrol motor stepper. Berikut adalah

flowchart dari perancangan software

Start

InisialisasiPort

Mengatur Nilai Konstata PID

Mengatur Nilai Set Point

Sensor Tekanan==

Set Point

Sensor Tekanan<

Set Point

Sensor Tekanan >

Set Point

MempertahankanBukaan Valve

MenutupBukaan Valve

MembukaBukaanValve

Baca Sensor Tekanan

Gambar 13 Flowchart Program


27

3.8 Perancangan Kontrol PID

Pada perancangan kontrol PID menggunakan metode

trial and error untuk tuning nilai parameter Kp, Ki, dan Kd

dari kontrol PID. Nilai dari parameter PID sangat

mempengaruhi kestabilan pada motor untuk proses

pengadukan.

Langkah untuk menentukan nilai parameter PID yaitu

dengan cara trial and error. Metode trial and error dilakukan

dengan cara memasukkan nilai Kp, Ki dan Kd secara acak.

Memasukkan nilai parameter Kp, Ki dan Kd hingga hasil

pembacaan sensor rotary encoder memiliki error yang

seminimal mungkin.

IV. HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengujian Sensor Tekanan

Pengujian Sensor MPX 5700AP dengan perintah

interuksi yang akan selalu discounter setiap sensor setiap

sensor pembaca tekanan. Pressure sensor mpx5700ap

dikalibrasi dengan menggunakan program ADC pada

mikrokontroler/Arduino demi mendapatkan batas maksimum

tekanan.

Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor Tekanan

Dalam mencari nilai error didapatkan dari perhitungan

berikut :

x 100 %.

Dari hasil tabel 1 didapatkan nilai selisih antara

pembacaan sensor LM35 dengan thermometer. Selisih dari

pembacaan tersebut dihitung menggunakan persamaan

sehingga mendapatkan nilai error. Error rata-rata yang

didapatkan sebesar 0.84 %.

4.2 Pengujian Motor Stepper

Tabel 2. Hasil Pengujian Motor Stepper

Untuk mempermudah dalam memberikan sinyal motor

stepper dalam memeberikan sinyal motor stepper dalam suatu

kali merubah sudut motor stepper dalam suatu kali merubah

sudut motor stepper diberikan pemberian sinyal step I sampai

step IV secara berurutan secara langsung. Jadi dalam merubah

sudut putar dalam sekali pemberian sinyal adalah sebesar 7,2º

4.3 Pengujian Kontrol PID

Pengujian respon dari PID dilakukan dengan

memberikan dengan memberikan konstanta Kp, Ki serta Kd

satu persatu. Pertama – tama system akan memberikan control

Kp saja, kemudian itu diberikan nilai Ki, kemudian diberikan

nilai Kd. Setelah didapatkan respon system dengan konstanta

kontoller PID, kemudian respon system akan kembali diuji

dengan diberikan nilai konstanta Kp, Ki dan Kd yang berbeda.

Respon system adalah kecepatan nilai PV mencapai nilai SP.

Dalam hal ini nilai PV adalah nilai sudut dari pembacaan

sensor mpx5700ap, dan nilai setpoint adalah nilai setpoint dari

elevasi, yang didapatkan berdasarkan data pengujian tekanan

dan analisa

Hasil respon sistem Kp = 40; Ki = 0; Kd = 0 dengan

setpoint 80 :

Gambar 15 Respon Sistem Trial and Error Kp = 40; Ki = 0;

Kd = 0 dengan setpoint 80

Performa respon kurva Hasil

Td (Waktu Tunda) 0 Detik

Tr (Waktu Naik) 83,5 Detik

Ts (Setting Time) 81,5 Detik

Tp (Waktu Puncak) 4 Detik

Ess (eror stady state) 0%

Dari gambar 15 dapat diketahui nilai Error Steady State dari

grafik :

Hasil respon sistem Kp = 40; Ki = 0; Kd = 20 dengan setpoint

80 :

Kp 40, Ki 0, Kd 0

Pembacaan

Tekanan Gauge

(PSI)

Pembacaan

Tekanan Sensor

(PSI)

Error (%)

10 10 0

20 20 0

30 30 0

40 40 0

50 49 2

60 60 0

70 70 0

80 80 0

90 89 1.9

Rata-rata error (%) 0.39

Step Input

Motor

I

Input

Motor

II

Input

Motor

III

Inpur

Motor

IV

Perubahan

sudut

Motor

1 Hight Low Low Low 1,8º

2 Low Hight Low Low 1,8º

3 Low Low Hight Low 1,8º

4 Low Low Low Hight 1,8º


28

Gambar 16 Respon Sistem Trial and Error Kp = 40; Ki = 0;

Kd = 20 dengan setpoint 80

Dari gambar 16 dapat diketahui nilai Error Steady State dari

grafik :

Performa respon kurva Hasil

Td (Waktu Tunda) 0 Detik

Tr (Waktu Naik) 83,5 Detik

Ts (Setting Time) 81,5 Detik

Tp (Waktu Puncak) 4 Detik

Ess (eror stady state) 0%

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah

dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa system yang telah

dibuat pada system pengaturan tekanan kompresor menuju

sandblasting dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan

rancangan. Berikut merupakan kesimpulan yang telah

didapatkan :

1. Control PID dapat digunakan pada system yang

membutuhkan respon menstabilkan pengeluaran

tekanan yang diinginkan secara otomatis.

2. Dalam memperoleh nilai konstanta PID pada system

pengontrolan tekanan pada kompresor dapat digunakan

metode tunning trial anda error sehingga dapat

diperoleh nilai konstanta PID yang sesuai pada system.

3. Dengan mengimplementasikan metode PID

(Proportional Integral Derivative) dengan nilai Kp =

40, Ki=7 dan Kd=20 pada base tekanan sandblasting,

metode PID mampumempercepat respon menuju

setpoint yangtelah ditentukan. Diperoleh rise time (tr)

kurang dari 1 sekon lebih cepat disbanding dengan

control P,PI,PD.

5.2 Saran

Pada alat sandblasting mempunyai saran. Berikut

disarankan perbaiakan dan penyempurnaan yaitu :

1. Tekanan pada sandblasting seharusnya diperkuat pada

compressor.

2. Perancangan mekanik guna meningkatkan daya tekan.

3. Selain dengan control PID sebagai controller, untuk

bisa digunakan pada system ini ada metode lain selain

PID. Seperti fuzzy dan hybrid.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ashari, Agung. (2008). Pengaruh Tekanan Udara Terhadap laju

Pengikisan Plat Baja ST 37 Pada Proses Sandblasting. Diakses

(Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta). Diakses 10

Desember 2013.

[2 ]Juhanda, S. (2011). Studi Eksperimen pengaruh tekanan dan waktu

sandblasting terhadap kekasaran permukaan. Diakses 07

November2013

[3] Kurniawan, Erik. (2010). Proses Pengaruh Tekanan Udara Terhadap

Pengikisan Cat pada Proses Sandblasting. Diakses 10 Desember 2013

[4] Parashar, Shikha. (2013), Pressure face Treatment Of all Material By

Sandblasting. Diakses 01 January 2016.

[5] Rosidah, Ardinilah. (2012), Analisis Kekerasan Permukaan Pada

Proses SandBlasting Dengan Variasi Jarak,Tekanan Pada Plat A37

Menggunakan Metode Box Behnken. (Politeknik Perkapalan

Surabaya).Diakses 02 November 2015.

[6] Sidik, Patomo. (2013), Pengaruh Waktu Pada sudut Penyemprotan

Pada SandBlasting Terhadap Laju Korosi Hasil Pengecatan Baja AISI

430 (Politeknik Perkapalan Surabaya). Diakses 02 November 2014.

[7] Wibaya, Samuel Ari. (2010), “Facilites Planing Workshop For

Blasting Support The Acivity Of Development And Repair Ship In PT.

Jasa Marina Indah unit II”(Teknik Perkapalan Universitas di

Ponegoro). Diakses 10 Oktober 2016.

Kp 40, Ki 0, Kd 20

pengaturan tekanan pada sandblasting dengan metode pid

Documents