Sistem Kendali Terdistribusi , Water Level Control Using Arduino and Loadcell PDF

Preview

Summary

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889 Lembar Sampul Dokumen Dokumen B100: “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Judul Dokumen Loadcell dengan Metode PID” Jenis Dok...

Description

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen Jenis Dokumen Nomor Dokumen Nomor Revisi Nama File Tanggal Penerbitan Unit Penerbit Jumlah Halaman

Dokumen B100: “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Loadcell dengan Metode PID” B100 B100 – 01 01 SKT4C_B100_Alfi_Kontrol Level Air Loadcell.docx 28 November 2016 Alfi Taufiq Ramdani

Data Pengusul Pengusul Nama Alfi Taufiq Ramdani

1. Tanggal

28 - 11 - 2016

Tanda Tangan

Lembaga Politeknik Negeri Bandung

Alamat

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789

Faks : 022-2013889

Email : [email protected]

Daftar Isi 1.

Pengantar ..................................................................................................................... 4

1.1 Ringkasan Isi Dokumen................................................................................................. 4 1.2 Tujuan Penullisan .......................................................................................................... 4

2.

Proposal Pengembangan ............................................................................................... 5

2.1

Pendahuluan .............................................................................................................. 5

2.1.1 Latar Belakang .......................................................................................................... 5 2.1.2 Desain Kontrol Level Air ........................................................................................... 5 2.1.3 Konsep ....................................................................................................................... 5

1.Pengantar 1.1 Ringkasan isi dokumen Dokumen ini berisi proposal pengembangan kontrol level air menggunakan loadcell yang ditujukan sebagai tugas proyek mata kuliah Distributed Controller System (DCS) program studi D4 Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung. Penulisan dokumen berdasar pada ide pengembangan yang berisi antara lain : konsep, desain dan fitur dari kontrol air yang direncanakan akan dikembangkan, perangkat/tools yang akan digunakan dan rencana pengembangan dari awal perencanaan hingga produk akhir dari proyek ini.

1.2 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan dari dokumen ini yaitu :

1. Sebagai acuan dan referensi dalam pengembangan topik serupa dan pengembangan lebih lanjut 2. Membuat miniature pengendalian level air menggunakan loadcell sebagai sensor pembaca level air.

2. Proposal Pengembangan 2.1 Pendahuluan Sebuah komputer mampu mengendalikan sebuah rangkaian alat elektronika menggunakan sebuah chip IC yang dapat diisi program dan logika yang disebut teknologi Mikroprosesor. Kontrol Level air ini memanfaatkan mikrokontroller sebagai controller dimana monitoring dan pengaturan dipusatkan pada satu mikrokontroller Berdasarkan perencanaan, perancangan dan pengoperasian kemudian, diharapkan kontrol level air bekerja sesuai dengan kondisi yang diinginkan.

2.1.1 Latar belakang Air merupakan kebutuhan yang penting, sehingga ketersedian air tetap harus selalu ada baik di rumah tangga, tempat umum, perkantoran ataupun industri. Hal ini menyebabkan peran penampung air menjadi penting dan diperlukan suatu mekanisme untuk mengetahui jenis dan level air tersebut. Seringkali mekanisme tersebut masih berupa cara-cara manual, yaitu mendatangi penampung air tersebut. Cara ini merupakan cara yang gampang dan murah, tetapi akan sedikit sulit jika misalnya letak penampungan air tersebut jauh dan sulit dijangkau. Mengatasi keadaan ini diperlukan peralatan pengukur ketinggian dan massa jenis air secara otomatis namun akurat dan handal.Salah satu metode yang dapat digunakan ialah menggunakan metode sensor fusion. Beberapa contoh kasus di industri untuk sistem level air ialah sering ditemukan salah pembacaan sensor atau sensor yang digunakan rusak tentu hal ini merupakan sebuah kerugian besar bagi sebuah industri, kejadian seperti ini dapat menyebabkan hasil produksi yang tidak sesuai spesifikasi awal atau kegiatan operasional terhenti. Sensor yang rusak ataupun salah pembacaan dapat ditanggulangi dengan menggunakan dua jenis sensor yang berbeda karakteristik tetapi mempunyai fungsi yang sama sehingga pembacaan akan semakin akurat dan cepat, sedangkan apabila salah satu sensor rusak sistem masih bisa beroperasi menggunakan sensor jenis yang lain.Penambahan kendali PID diperlukan untuk mempercepat respon dari sistem saat membaca dan mengatur level air. Penelitian yang dilakukan dikhususkan untuk merancang suatu alat yang lebih efektik untuk pengukuran level air.

2.1.2 Desain Kontrol Level Air

Gambar 1. Blok Diagram Kendali Berdasarkan blok diagram pada gambar 1 maka rancangan komponen yang akan dibuat ialah : 

Setpoint = Potensiometer



Controller = Arduino Mega 2560



Penguat atau Driver = L298N



Actuator = Washerpump motor DC



Feedback Sensor = Loadcell 5 Kg dan Hx711 modul

2.1.3 Konsep Seperti kontrol level air biasanya , air mengalir melalui pompa dalam hal ini washerpump motor DC kepada tank lalu di tank ini ada saluran pembuangan menggunakan keran yang dapat diatur pembukaan. Pada bagian bawah tank dipasang loadcell yang pada kasus ini diposisikan sebagai sensor level air. Nilai dari loadcell ini dibaca oleh arduino yang akan menjadi nilai process variable pada input kendali sehingga level air akan selalu terkendali

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen Jenis Dokumen Nomor Dokumen Nomor Revisi Nama File Tanggal Penerbitan Unit Penerbit Jumlah Halaman

Dokumen B200: “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Loadcell dengan Metode PID” B200 B200 – SKT4C_B200_Alfi_Kontrol Level Air Loadcell.docx 28 November 2016 Alfi Taufiq Ramdani

Data Pengusul Pengusul Nama Alfi Taufiq Ramdani

1. Tanggal

28 - 11 - 2016

Tanda Tangan

Lembaga Politeknik Negeri Bandung

Alamat

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789

Faks : 022-2013889

Email : [email protected]

1.1 Pengantar Dokumen B200 ini berisi tentang dokumen spesifikasi alat yang meliputi spesifikasi sistem dalam mengembangkan alat ini, serta detail dari alat yang akan dibuat dengan nama “Kontrol Level Air Menggunakan Metode PID”. Dokumen ini berisi mengenai mekanisme alat dan cara kerja alat.

1.2 Functional Requirement Specification 

Level Air pada tank akan dijaga agar selalu sesuai dengan setpoint yang diberikan dengan sensor berat loadcell sebagai feedback nilai level air. Menggunakan metode kontrol PID agar hasil yang dicapai dapat sesuai keinginan dengan fungsi respon sesuai dengan kebutuhan.

2.1 Pendahuluan 2.1.1 Gambaran Umum Dokumen ini berisi proposal pengembangan pembuatan kontrol level air yang ditujukan sebagai tugas proyek mata kuliah Distributed Controlled System (DCS) program studi D4 Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung. Penulisan dokumen berdasar pada ide pengembangan yang berisi antara lain : konsep, desain dan fitur dari miniatur sistem gerhana yang direncanakan akan dikembangkan, perangkat / tools yang akan digunakan dan rencana pengembangan dari awal perencanaan hingga produk akhir dari proyek ini.

2.1.2 Tujuan Tujuan utama dari dibuatnya alat ini adalah : 

Merancang dan merealisasikan perangkat keras dan perangkat lunak kontrol level air



Menguji dan mengevaluasi kinerja dari alat ini.

2.1.3 Ruang Lingkup Alat ini memiliki batasan-batasan sebagai berikut : 

Mengukur level air dengan berat maksimum air 5 kg.



Metode Kendali yang digunakan hanya metode PID



Gangguan yang diberikan pada plant hanya terbatas pada saluran pembuangan

2.2 Deskripsi Sistem Karakteristik sistem dari alat ini adalah : 

Mengatur level air sesuai setpoint yang telah diberikan



Tahan gangguan seperti tersumbatnya saluran pembuangan ataupun saluran pembuangan terlalu terbuka

3. Overall Specification 3.1 Pendahuluan Pada bab ini akan dibahas mengenai spesifikasi keseluruhan dari Kontrol Level Air sebagai suatu sistem dan komponen-komponen penyusunnya. Hal-hal yang akan dijelaskan antara lain : 

Deskripsi Sistem : menjelaskan mengenai cara kerja secara umum dari sistem alat ini.



Deskripsi Perangkat Keras : menjelaskan perangkat keras yang digunakan dalam sistem ini.



Deskripsi Perangkat Lunak: menjelaskan diagram blok perangkat lunak yang akan kami susun pada sistem ini.

3.2 Deskripsi Alat Alat ini merupakan suatu sistem kontrol level air secara otomatis yang akan mempertahankan level air pada setpoint yang sudah diatur dan akan tetap menjaga nilai level air walaupun ada gangguan.

3.3 Deskripsi Perangkat Keras Sistem Kontrol Level Air ini membutuhkan perangkat keras sebagai pendukung dari sistem ini, diantaranya : 

Setpoint = Potensiometer Potensiometer yang digunakan ialah potensiometer tipe stereo yang mempunyai 3 kaki



Controller = Arduino Mega 2560 Controller yang digunakan ialah mikrokontroler Arduino mega yang bekerja pada tegangan 5 volt. Dengan total 54 pin digital dan 13 pin digital yang dapat digunakan sebagai output PWM, dan pin analog input sebanyak 16 channel



Penguat atau Driver = L298N

Driver atau penguat yang digunakan ialah driver motor l298n, tegangan operasi ialah 6-36 volt dengan arus maksimum sebesar 2 Ampere. Terdapat 2 chanel yang dapat digunakan untuk mengontrol motor dc 

Actuator = Washerpump motor DC Washerpump yang digunakan ialah washerpump tipe DC dengan tegangan kerja 6-12 volt



Feedback Sensor = Loadcell 5 Kg dan Hx711 modul HX711 merupakan pengondisi sinyal khusus untuk sensor berat loadcell dimana output dari hx711 berupa data yang dapat langsung diolah oleh arduino.

3.4 Deskripsi Perangkat Lunak Realisasi perangkat lunak adalah proses pembuatan perangkat lunak sesuai dengan diagram alir yang telah dibuat. Berikut adalah tahapan dalam realisasi perangkat lunak. 

Menentukan algoritma pembacaan sensor



Menentukan algoritma kendali



Membuat dan menguji program

berdasarkan diagram alir yang telah dibuat dan

mensimulasikannya pada Arduino Mega 2560. 

Menguji program pada alat yang telah dibuat.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen Jenis Dokumen Nomor Dokumen Nomor Revisi Nama File Tanggal Penerbitan Unit Penerbit Jumlah Halaman

Dokumen B300: “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Loadcell dengan Metode PID” B300 B300 SKT4C_B300_Alfi_Kontrol Level Air Loadcell.docx 28 November 2016 Alfi Taufiq Ramdani

Data Pengusul Pengusul Nama Alfi Taufiq Ramdani

1. Tanggal

28 - 11 - 2016

Tanda Tangan

Lembaga Politeknik Negeri Bandung

Alamat

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789

Faks : 022-2013889

Email : [email protected]

I. Pengantar Dokumen ini merupakan proposal proyek “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Loadcell dengan Metode PID” yang akan dikembangkan dengan menggunakan Arduino sebagai langkah awal mencoba simulasinya.

1.1. Ringkasan Isi Dokumen Dokumen ini terdiri dari dua bab sebagai berikut : 1. Bab Pengantar Menjelaskan mengenai ringkasan isi dokumen, tujuan penulisan, kegunaan dokumen, referensi dan daftar singkatan. Bab ini bertujuan untuk memudahkan penggunaan dokumen ini. 2. Bab Proyek Pengembangan Mekanik dan Sistem Elektronik Bab ini berisikan pendahuluan, konsep rancangan, dan perencanaan teknologi.

1.2. . Tujuan Penulisan Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah untuk melanjutkan proyek Distributed Control System (DCS) dalam hal mekanikal dan sistem elektronika dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya, sehingga proyek ini bisa terealisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah: 1. Untuk memudahkan proses pengembangan proyek. 2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek. 3. Sebagai dokumentasi tahapan dalam pengembangan sebuah proyek.

II. Proposal Pengembangan Produk Sistem Elektronik dan Mekanik 2.1 Pendahuluan Pada pengembangan proyek ini, kami memberikan rancangan mekanik dan elektronik yang akan menjadi acuan dalam mengembangkan proyek ini menjadi terealisasi sehingga dalam pengerjaannya setiap tahapnya bisa menjadi lebih mudah. Dan tidak menutup kemungkinan bila disaat proses pengerjaannya dapat mengalami beberapa perubahan dan modifikasi dalam hal mekanik maupun sistem elektroniknya.

2.2 Perancangan Sistem Elektronik

2.2.1 Analisis Rangkaian Secara Diagram Blok

Potensiometer

Arduino

Driver L298N

Hx711

Loadcell

Washerpump

Gambar 1. Blok Diagram Sistem Gambar 1 merupakan blok diagram sistem secara keseluruhan

2.2.2 Analisis Rangkaian Per Blok A. Analisis Masukkan Input yang digunakan ialah berasal dari potensimeter dimana nilai potensiometer ini akan dirubah menjadi nilai ketinggian air. Semakin tinggi nilai yang diberikan maka level air juga akan semakin tinggi

B. Proses Pengontrolan

Gambar 2. Arduino Mega 2560

Pengendali proses pada rangkaian ini untuk mengatur nilai tegangan pada motor dc washerpump. Blok inilah yang memproses hasil dari tombol-tombol masukan untuk diolah dan dieksekusi oleh blok selanjutnya. Nilai tegangan diatur menggunakan metode PID dimana keluaran PID akan dirubah menjadi nilai PWM 0-255.

C. Analisis Keluaran Keluaran pada rangkaian ini yaitu sebuah motor Washerpump yang digunakan untuk mengatur debit air yang akan keluar

Gambar 3. Driver Motor L298N L298 aadalah driver motor berbasis H-Bridge, mampu menangani beban hingga 4A pada tegangan 6V – 46V. Dalam chip terdapat dua rangkaian H-Bridge. Selain itu driver ini mampu mengendalikan 2 motor sekaligus dengan arus beban 2 A. Untuk output motor DC digunakan dioda, hal ini ditujukan agar driver motor dapat menahan arus balik yang datang dari motor DC. Input driver motor berasal dari mikrokontroler utama, untuk MOTOR KIRI dan MOTOR KANAN untuk menggerakan motor kiri, ENABLE 1 untuk mengatur kecepatan motor kiri menggunakan PWM, selanjutnya untuk menggerakan motor kanan, ENABLE 2 untuk mengatur kecepatan motor kanan menggunakan PWM. Secara konsep rangkaian ini terdiri dari 4 saklar yang tersusun sedemikian rupa sehingga memungkinkan motor dapat teraliri arus dengan arah yang berkebalikan. Yaitu searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Pada rangkaian driver motor ini, saklar-saklar tersebut digantikan oleh transistor atau MOSFET yang dikerjakan pada daerah saturasi dan cut-off (Switch). Berikut cara kerja dari H-Bridge motor.

2.3 Perancangan Perangkat Lunak Gambar 4 merupakan gambar rancangan flowchart untuk program,

Gambar 4. Flowchart

2.4 Perancangan Mekanik Dari perangkat lunak yang di rancang maka berikut ini adalah gambar perncangan mekanik yang kami desain.

TANK Washerpump

Loadcell

Gambar.5 Rancangan Mekanik

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen Jenis Dokumen Nomor Dokumen Nomor Revisi Nama File Tanggal Penerbitan Unit Penerbit Jumlah Halaman

Dokumen B400: “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Loadcell dengan Metode PID” B400 B400 – 01 01 SKT4C_B400_Alfi_Kontrol Level Air Loadcell.docx 12 Desember 2016 6

Data Pengusul Pengusul Nama Alfi Taufiq Ramdani

Mahasiswa Elektronika D-IV 131354003

Jabatan Anggota

1. Tanggal

12 - 12 - 2016

Tanda Tangan

Lembaga Politeknik Negeri Bandung

Alamat

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789

Faks : 022-2013889

Email : [email protected]

1

DAFTAR ISI

Daftar Isi .......................................................................................................................... 2 1. Pengantar .................................................................................................................... 3 1.1. Ringkasan ............................................................................................................ 3 1.2. Tujuan Penulisan .................................................................................................. 3 2. Lingkup Pengujian ....................................................................................................... 3 3. Hasil Pengujian ........................................................................................................... 4 3.1. Pengujian Potensiometer ....................................................................................... 4 3.2. Pengujian Arduino ................................................................................................. 4 3.2. Pengujian Motor Washerpump .............................................................................. 5 3.3. Pengujian Loadcell dan Driver Loadcell ................................................................ 5 4. Kesimpulan ................................................................................................................... 6

2

1.

Pengantar Dokumen ini merupakan uji setiap komponen pada proyek yang berjudul “Kontrol Level Air Menggunakan Sensor Berat Loadcell dengan Metode PID”.

1.1 Ringkasan Secara spesifik, dokumen ini menjelaskan berbagai macam test yang akan dilakukan untuk mengetahui performa suatu sistem. Ukuran tersebut dapat berupa bekerja atau tidaknya suatu fitur. Sistem yang dibahas pada dokumen ini adalah sistem kendali level air. Sistem ini berfungsi sebagai pengatur level air agar tetap stabil.

1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah

2.

:

1.

Sebagai tolak ukur fungsional sistem.

2.

Sebagai tolak ukur selesainya perancangan dan realisasi sistem.

3.

Sebagai acuan dan referensi dalam perancangan dan realisasi sistem

4.

Sebagai bagian dari dokumentasi proyek.

Lingkup Pengujian Lingkup pengujiandari sistem yang akan diuji adalah melihat performa dari suatu komponen atau blok yang akan dipakai, hasil pengujian akan menyatakan komponen atau blok tersenut berada d...