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