sistem scada untuk pengendalian kecepatan ...repository.ump.ac.id/4099/1/muhammad itmamul...
TRANSCRIPT
i
SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN
KECEPATAN MOTOR INDUKSI
DENGAN VARIABLE
SPEED DRIVE
SKRIPSI
Skripsi diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Teknik Elektro
Disusun Oleh :
MUHAMMAD ITMAMUL HUDA
1203030003
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO
2017
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi yang diajukan Oleh:
Nama : Muhammad Itmamul Huda
NIM : 1203030003
Program Studi : Teknik Elektro
Fakultas : Teknik
Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Judul : Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan
Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive
Telah diterima dan disetujui oleh:
Purwokerto,.... Juli 2017
ii Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Saya yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Muhammad Itmamul Huda
NIM : 1203030003
Program Studi : Teknik Elektro
Fakultas : Teknik
Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa Skripsi ini adalah hasil karya saya
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan
benar serta bukan hasil penjiplakan dari karya orang lain.
Demikian pernyataan ini saya buat dan apabila kelak di kemudian hari terbukti ada
unsur penjiplakan, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sesuai dengan
ketentuan yang berlaku.
iii
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi yang diajukan Oleh :
Nama : Muhammad Itmamul Huda
NIM : 1203030003
Program Studi : Teknik Elektro
Fakultas : Teknik
Perguruan Tinggi : Universitas Muhammadiyah Purwokerto
Judul : Sistem Scada Untuk Pengendalian Kecepatan Motor
Induksi Dengan Variable Speed Drive
Telah dipertahankan di depan dewan penguji
DEWAN PENGUJI
Penguji 1 M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.
NIK. 2160223
Penguji 2 Winarso, S.T., M.Eng.
NIK. 2160311
Penguji 3 Arif Johar Taufiq, S.T., M.T.
NIK. 2160293
Ditetapkan di : Purwokerto
Tanggal : .... Juli 2017
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Purwokerto
M. Taufiq Tamam, S.T., M.T.
NIK. 2160223
iv Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
v
MOTTO
“Jangan Menunda Sesuatu Yang Dapat Dilakukan Saat Itu
Juga”
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
vi
SISTEM SCADA UNTUK PENGENDALIAN KECEPATAN
MOTOR INDUKSI DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE
Muhammad Itmamul Huda1, Wakhyu Dwiono2, Itmi Hidayat Kurniawan3
INTISARI
Dalam pengendalian proses di industri, PLC dan SCADA seringkali
digunakan untuk memonitoring dan mengontrol kerja dari suatu alat yang
dianggap sangat penting peranannya terhadap sistem. Peracangan sistem SCADA
pada penelitian ini bertujuan untuk memonitoring dan mengendalikan kecepatan
putar motor induksi 3 fasa. Penentuan konstanta PID dalam PLC sistem SCADA
dilakukan dengan menggunakan metode tuning ziegler nichols 2 dan trial and
error. Berdasarkan hasil percobaan, metode tuning ziegler nichols 2 tidak
dipergunakan dalam pengujian kecepatan putar lebih lanjut, karena hasil
percobaan respon dengan osilasi berkesinambungan yang tidak setabil dengan
osilasi sebesar 0,14 – 0,2 Hz dan sulit untuk menentukan penguatan PID.
Percobaan menggunakan tuning trial and error dengan set point 1000 RPM, nilai
Kp=1, Ti=95 dan Td=0 didapatkan nilai maximum overshoot yang kecil (14,7%),
rise time 8 detik dan nilai IAE sebesar 7611 dengan karakteristik sistem yang stabil.
Hasil pengujian unjuk kerja sistem kendali untuk plant kecepatan motor induksi 3
fasa menunjukkan bahwa performansi sistem kendali menggunakan metode tuning
trial and error memiliki nilai rise time yang cepat, nilai overshoot yang cukup kecil
dan karakteristik sistem yang stabil.
Kata kunci: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
vii
SCADA SYSTEM FOR INDUCTION MOTOR SPEED CONTROL
USING VARIABLE SPEED DRIVE
Muhammad Itmamul Huda1, Wakhyu Dwiono2, Itmi Hidayat Kurniawan3
ABSTRACT
PLC and SCADA are often used for monitoring and controlling the industrial
process because they are playing an important role. SCADA system design on this
research aims to monitor and control the rotational speed of 3 phase induction
motor. The determination of PID constants in SCADA system PLC used method
tuning ziegler nicols 2 and trial and error. Based on the experimental results,
ziegler nichols 2 tuning method is not used in the rotational speed further testing,
because the experimental results show the continuous unstable oscillations with
frequency about of 0.14 to 0.2 Hz that is difficult to determine reinforcement PID.
Experiment using trial and error tuning with set point about 1000 RPM, with value
Kp=1, Ti=95 and Td=0 shows a small overshoot maximum value (14.7%), rise time
8 seconds and the value of IAE of 7611. Results of testing the performance of the
control system for plant 3-phase induction motor speed indicates that the
performance of the control system using the method of trial and error tuning has a
fast rise time value, overshoot value that is small enough and stable enough.
Keywords: PLC, SCADA, PID, tuning ziegler nichols 2, tuning trial and error
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
viii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Allah SWT atas rahmat, karunia, dan hidayah-Nya,
sehingga Skripsi yang berjudul “Sistem SCADA Untuk Pengendalian Kecepatan
Motor Induksi Dengan Variable Speed Drive” dapat diselesaikan dengan baik.
Penyusunan Skripsi ini sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan
strata 1 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Purwokerto.
Bantuan dan dukungan dari berbagai pihak sangat membantu dalam
terselesaikannya Skripsi ini. Oleh karena itu ucapan terima kasih kepada:
1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga dapat menyelesaikan
Skripsi.
2. Keluarga, Ayah Chudaefah dan Ibu Siti Asyah yang selalu memberikan
semangat, memberikan dukungan serta selalu mendoakan selama proses skripsi
dilaksanakan.
3. Bapak M. Taufiq Tamam, S.T.,M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Purwokerto yang telah mengesahkan Skripsi ini.
4. Bapak Winarso, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Purwokerto dan dosen
pembimbing akademik mahasiswa angkatan 2012.
5. Bapak Wakhyu Dwiono, S.T,.M.T. selaku dosen pembimbing I dalam
penyusunan Skripsi ini.
6. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan., S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing II
dalam penyusunan Skripsi ini.
7. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini yang tidak
dapat disebutkan satu persatu.
Skripsi ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak kekurangannya.
Oleh karena itu, diharapkan adanya masukan berupa kritik dan saran yang bersifat
membangun, sehingga dapat bermanfaat dimasa mendatang. Kritik dan saran dapat
disampaikan kepada penyusun secara langsung ataupun melalui email
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
ix
[email protected]. Semoga hasil Skripsi ini dapat bermanfaat bagi para
pembaca dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Purwokerto, 06 Juni 2017
Muhammad Itmamul Huda
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS ................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iv
MOTTO .............................................................................................................. v
INTISARI ............................................................................................................. vi
ABSTRACT .......................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ........................................................................................viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv
DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................xvi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 3
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................... 3
1.5 Metodologi Penelitian .................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan Skripsi ........................................................ 5
BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 6
2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................... 6
2.2 Sensor Photodioda ........................................................................ 7
2.3 Optocoupler .................................................................................. 9
2.4 Motor Induksi 3 Fasa .................................................................... 10
2.5 Variable Speed Drive .................................................................... 13
2.6 Generator AC 3 Fasa ..................................................................... 17
2.7 Lampu Pijar ................................................................................... 18
2.8 Programmable Logic Controller (PLC) ....................................... 20
2.9 Proportional Integral Derivatif (PID) .......................................... 36
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xi
2.10 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) ................. 39
BAB III PERANCANGAN SISTEM ................................................................. 47
3.1 Gambaran Umum .......................................................................... 47
3.2 Diagram Blok Perancangan .......................................................... 48
3.3 Sensor Kecepatan/Photodioda ...................................................... 49
3.4 Pengendali PLC TWIDO TWDLCAE40DRF .............................. 50
3.5 Driver Motor Induksi 3 Fasa......................................................... 51
3.6 Diagram Alir Sistem ..................................................................... 51
3.7 Perancangan Perangkat Lunak (Software) .................................... 52
3.8 Perancangan Sistem SCADA ........................................................ 55
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................ 58
4.1 Analisa Umum ............................................................................. 58
4.2 Analisa Ladder Diagram PLC ..................................................... 60
4.3 Pengujian Komunikasi Data ........................................................ 65
4.4 Pengujian Sinyal Output Photodioda Pada Sensor Kecepatan .... 66
4.5 Kalibrasi Pengukuran Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa.............. 67
4.6 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Tanpa
PID. .............................................................................................. 69
4.7 Performansi Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi Dengan
Algorotma PID ............................................................................. 70
4.8 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Trial and
Error ............................................................................................ 72
4.9 Unjuk Kerja Sistem Kendali PID Dengan Tuning Ziegler
Nichols 2 ...................................................................................... 76
4.10 Uji Coba Kecepatan Putar Motor Induksi Menggunakan Beban. 78
4.11 Pengujian Keseluruhan SCADA .................................................. 80
BAB V PENUTUP ............................................................................................. 85
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 85
5.2 Saran .............................................................................................. 86
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 87
LAMPIRAN
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Simbol dan bentuk photodioda ........................................................ 7
Gambar 2.2 Rangkaian photodioda ..................................................................... 8
Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler ...................................................... 9
Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler .................................... 10
Gambar 2.5 Motor induksi 3 fasa ........................................................................ 11
Gambar 2.6 Penampang stator dan rotor motor induksi 3 fasa ........................... 11
Gambar 2.7 Diagram blok inverter ..................................................................... 13
Gambar 2.8 Skematik diagram generator AC 3 fasa........................................... 18
Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar .................................................................... 19
Gambar 2.10 Icon TwidoSuite .............................................................................. 24
Gambar 2.11 Tampilan menu TwidoSuite ............................................................ 24
Gambar 2.12 Pilihan project management ............................................................ 25
Gambar 2.13 Mengisikan nama project dan directory.......................................... 25
Gambar 2.14 Layar setting PLC............................................................................ 26
Gambar 2.15 Tampilan pertama editor ladder diagram ........................................ 26
Gambar 2.16 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC .......................................... 27
Gambar 2.17 Blok fungsi timer ............................................................................. 32
Gambar 2.18 Blok fungsi counter ......................................................................... 33
Gambar 2.19 Blok fungsi fast counter .................................................................. 34
Gambar 2.20 Blok fungsi PWM ........................................................................... 34
Gambar 2.21 Sistem pengendali PID .................................................................... 37
Gambar 2.22 Arsitektur SCADA .......................................................................... 41
Gambar 2.23 Tampilan citect exploler .................................................................. 44
Gambar 2.24 Tampilan citect project editor ......................................................... 45
Gambar 2.25 Tampilan citect graphics builder ..................................................... 46
Gambar 3.1 Diagram blok sistem monitoring dan pengendali motor induksi .... 48
Gambar 3.2 Rangkaian sensor kecepatan/photodioda ........................................ 50
Gambar 3.3 Rangkaian driver motor induksi ...................................................... 51
Gambar 3.4 Diagram alir sistem ......................................................................... 52
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xiii
Gambar 3.5 Diagram alir dalam PLC ................................................................. 53
Gambar 3.6 Pengaturan komunikasi pada TwidoSuite dan Vijeo Citect ............ 56
Gambar 3.7 Tampilan monitoring dan pengendalian kecepatan putar motor
induksi pada SCADA ...................................................................... 57
Gambar 4.1 Arsitektur monitoring dan pengendalaian kecepatan putar motor
induksi ............................................................................................. 58
Gambar 4.2 Ladder diagram pada rung 0 dan rung 1 ........................................ 60
Gambar 4.3 Ladder diagram pada rung 2 dan rung 3 ........................................ 61
Gambar 4.4 Ladder diagram pada rung 4 ........................................................... 62
Gambar 4.5 Ladder diagram pada rung 5 ........................................................... 62
Gambar 4.6 Ladder diagram pada rung 6 ........................................................... 63
Gambar 4.7 Ladder diagram pada rung 7 ........................................................... 64
Gambar 4.8 Ladder diagram pada rung 8 ........................................................... 64
Gambar 4.9 Komunikasi SCADA yang tehubung ke jaringan ethernet ............. 65
Gambar 4.10 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor
326 RPM ......................................................................................... 66
Gambar 4.11 Pengujian sinyal output photodioda pada kecepatan putar motor
1002 RPM ........................................................................................ 67
Gambar 4.12 Data pengamatan kalibrasi pengukuran kecepatan motor induksi .. 69
Gambar 4.13. Respons sistem kendali tanpa menggunakan algoritma PID ......... 69
Gambar 4.14 Output trace PID pada TwidoSuite ................................................. 71
Gambar 4.15 Diagram blok pengendali PID menggunakan PLC ......................... 71
Gambar 4.16 Konfigurasi fungsi kendali input PID pada PLC Twido ................. 72
Gambar 4.17 Konfigurasi fungsi kendali output PID pada PLC Twido ............... 72
Gambar 4.18 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada
set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 .................... 73
Gambar 4.19 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada
set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 99 .................... 74
Gambar 4.20 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada
set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 2 dan Ti = 100 .................. 75
Gambar 4.21 Kurva respon sistem kendali proportional integral derivatif
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xiv
(PID) pada set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1, Ti = 99
dan Td = 1 ....................................................................................... 75
Gambar 4.22 Kurva respon sistem dengan osilasi berkesinambungan ................. 77
Gambar 4.23 Sinyal PWM output dari PLC ......................................................... 77
Gambar 4.24 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada
set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95 tanpa
beban ............................................................................................... 79
Gambar 4.25 Kurva respon sistem kendali proportional integral (PI) pada
set point 1000 RPM dengan nilai Kp = 1 dan Ti = 95
menggunakan beban ........................................................................ 79
Gambar 4.26 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan
putar motor induksi pada SCADA ................................................. 80
Gambar 4.27 Kondisi awal sistem monitoring dan pengendalian kecepatan
putar motor induksi pada SCADA(motor berputar ke kanan) ....... 81
Gambar 4.28 Kondisi motor berputar ke kiri ........................................................ 82
Gambar 4.29 Uji coba menurunkan kecepatan putar pada set point
550 RPM ......................................................................................... 83
Gambar 4.30 Uji coba menaikan kecepatan putar pada set point 1300 RPM ....... 83
Gambar 4.31 Kondisi motor pada posisi STOP/berhenti ...................................... 84
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Daftar tipe instruksi compare block ...................................................... 35
Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi aritmatika ............................................................. 36
Tabel 3.1 Pengalamatan input dan output PLC ..................................................... 54
Tabel 3.2 Daftar memori ladder diagram pada sistem SCADA ........................... 55
Tabel 4.1 Alat Penguji Sistem ............................................................................... 59
Tabel 4.2 Data pengukuran kecepatan putaran motor induksi .............................. 68
Tabel 4.3 Performansi sistem kendali PID dengan tuning trial and error............ 73
Tabel 4.4 Penentuan nilai Kp, Ti dan Td Metode Ziegler Nichols 2 .................... 76
Tabel 4.5 Uji coba kecepatan putar motor menggunakan beban .......................... 78
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xvi
DAFTAR SINGKATAN
SCADA = Supervisory Control And data Acquisition
VSD = Variable Speed Drive
PLC = Programable Logic Controler
ms = mili second
KHz = Kilo Hertz
RTU = Remote Terminal Unit
MTU = Master Terminal Unit
HMI = Human Machine Interface
PWM = Pulse Width Modulation
LED = Light Emiting Diode
IR LED = Infra Red Light Emiting Diode
AC = Alternating Current
DC = Direct Current
RPM = Rotary Per Minute
EMF = Electro Motoris Force
IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor
VDC = Volt Direct Current
mA = mili Ampere
AVR = Automatic Voltage Regulator
I/O = Input/Output
CPU = Central Processing Unit
RAM = Random Access Memory
ROM = Read Only Memory
EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
TTL = Transistor – Transistor Logic
CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor
LD = Ladder Diagram
IL = Instruction List Languages
SL = Statement List
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017
xvii
SFC = Squential Function Chart
GL = Grafcet Languages
HL = High Level Languages
N0 = Normaly Open
NC = Normaly Close
PID = Proportional Integral Derivatif
Kp = Konstanta proportional
Ti = Konstanta integral
Td = Konstanta derivatif
DAS = Data Acquisition System
Tr = Rise time
Mo = Maximum overshoot
Ts = Setling Time
M = Memory bit
MW = Memory Word
INT = Iteger
PC = Personal Computer
IP adres = Internet Protocol
FC = Fast Counter
TM = Timer
MF = Memory Float
CMD = Command Promt
IAE = Integral Absolut Error
Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017