## Kontrol Adaptasi PID pada Solder Oven untuk Komponen SMD
Wahyu Muldayani
wahyumuldayani@gmail.com
Universitas Jember
Dhamas Agung Pribadi
dhamasnokia@gmail.com
Universitas Jember Catur Suko Sarwono Catur.teknik@unej.ac.id Universitas Jember Sumardi
sumardi@unej.ac.id
Universitas Jember Ike Fibriani
ikefibriani@unej.ac.id
Universitas Jember Widjonarko

## Narko.teknik@unej.com
Universitas Jember
Abstrak
Komponen  elektronika  memiliki  ketahanan,  salah  satunya terhadap  suhu  yang  tinggi,  sedangkan  menyolder  memerlukan suhu  yang  tinggi  untuk  mencairkan  sekaligus  menempelkan timah  pada  komponen  ke  PCB.  Komponen  elektronika  jenis SMD  ( Surface-Mount  Device )  memiliki  ketahanan  suhu  yang lebih  rendah  dari  pada  tipe  DIP  ( Dual Inline Packaging ).  Solusi untuk mengatasi masalah tersebut, perlu adanya suatu alat yang dapat mengatur suhu dengan kestabilan suhu yang baik dangan acuan  suhu  berdasarkan  datasheet  komponen  elektronika. Dalam  pembuatan  alat  tersebut  tentunya  dibutuhkan  suatu kontroler  yang  dapat  mengatur  suhu  dengan  baik.  Kontroler adaptif PID ( Proportional Integral Derivative ) karena menawarkan kesederhanaan dan kekokohannya dan menggunakan  mikrokontroler  Bluepill  yang  menawarkan peforma  yang  cukup  baik.  Hasil  dari  modifikasi  PID  menjadi adaptif  PID  tersebut  diterapkan  terhadap  alat  yang  dapat melakukan  penyolderan  dengan  acuan  suhu  berdasarkan datasheet  komponen  elektronika.  Hasil  dari  kontroler  memiliki risetime 188.8  detik, settling  time 262  detik, overshoot sebesar 0.28  %  dan error  steady  state sebesar  0.22%.  Pengujian  pada rangkaian flipflop IC555  dan  rangkaian  dapat  bekerja  dengan baik.
Kata  Kunci —    Solder  Oven,  Adaptasi  PID,  Bluepill,  rangkaian flip-flop IC555
Abstract
Electronic  components  have  durability,  one  of  which  is  high temperature  and  of  course  soldering  requires  high  temperature to  melt  and  attach  tin  to  the  components  to  the  PCB.  The electronic components of the SMD type (Surface-Mount Device), everyone  knows  they  have  a  lower  temperature  resistance  than the DIP type (Dual Inline Packaging). To overcome this problem, of course a tool that can set temperature with good temperature stability  with a  temperature  reference  is  based  on  the  electronic component  datasheet.  In  making  these  tools,  In  making  these  of such  a  tool  would  need  a  controller  to  set  the  temperature properly.  The  PID  (Proportional  Integral  Derivative)  adaptive controller  because  it offers  simplicity  and  robustness  and  uses  a Bluepill  microcontroller  that  offers  good  performance.  The results of the PID modification into the PID adaptive are applied
to  devices  that  can  do  soldering  with  temperature  references based  on  the  electronic  component  datasheet.  The  results  of  the controller have a rise time of 188.8 seconds, a settling time of 262 seconds,  an  overshoot  of  0.28%  and  an  error  steady  state  of 0.22%.  Tests  on  the  IC555  flip-flop  circuit  and  the  circuit  can work well.
Keywords — Oven Solder, Adaptif PID, Bluepill,  flip-flop IC555 circuit

## I. PENDAHULUAN
Solder  merupakan  suatu  alat  yang  sangat  vital  di bidang  elektronika  yang  memiliki  fungsi  untuk  menyolder komponen  elektronika.  Komponen  elektronika  memiliki ketahanan,  salah  satunya  terhadap  suhu  yang  tinggi, sedangkan  menyolder  memerlukan  suhu  yang  tinggi  untuk mencairkan  sekaligus  menempelkan  timah  pada  komponen ke  PCB.  Komponen  elektronika  jenis  SMD  ( SurfaceMount Device )  memiliki  ketahanan  suhu  yang  lebih  rendah dari pada tipe DIP ( Dual Inline Packaging ).
Solusi
untuk mengatasi
masalah
tersebut, dibutuhkan  suatu  alat  yang  dapat  mengatur  suhu  dengan kestabilan  suhu  yang  baik  dangan  acuan  suhu  berdasarkan datasheet komponen  elektronika.  Dalam  pembuatan  alat tersebut  tentunya  dibutuhkan  suatu  kontroler  yang  dapat mengatur  suhu  dengan  baik.  Disini  penulis  memilih kontroler  PID  ( Proportional  Integral  Derivative )  karena menawarkan  kesederhanaan  dan  kekokohannya.  Namun, kontroler  PID  ini  memiliki  suatu  kelemahan  yaitu diperlukan  tuning  konstanta  pada  kontroler  PID.  Konstanta tersebut  sangat  berpengaruh  terhadap  kinerja  kontroler PID.  Untuk  mengatasi  masalah  kontroler  tersebut  penulis ingin  memodifikasi  PID  agar  tidak  memerlukan  tuning lagi, dengan artian konstanta PID dapat berubah menyesuaikan  dengan error yang  didapatkan  dari  suhu sekarang dikurangi dengan suhu sebelumnya.
Cara  untuk  mewujudkan  kontroler  tersebut  penulis memerlukan  pemahaman  tentang  karakteristik  kinerja  dari kontroler  PID.  Untuk  megetahui  karakteristik  kinerja  dari
kontroler  PID  tentunya  diperlukan  PID  yang  berjalan  tanpa dimodifikasi  dan  penulis  menggunakan  metode trial dan error untuk  mengetahui  karakteristik  dari  kontroler  PID tersebut.  Setelah  mengetahui  karakteristik  dari  kontroler PID,  penulis  dapat  memodifikasi  kontroler  PID  tersebut berdasarkan  karakteristik  dari  PID trial dan error agar dapat  bekerja  tanpa  harus  melakukan tuning kembali  atau PID  dapat  beradaptasi  konstantanya  berdasarkan error
yang didapatkan. Kemudian
hasil
modifiakasi
PID tersebut diterapkan  terhadap  alat  yang  dapat  melakukan  penyolderan dengan
acuan
suhu
berdasarkan
datasheet komponen  elektronika.  Hasil  dari  kontroler  memiliki risetime 188.8  detik, settling  time 262  detik, overshoot sebesar  0.28  %  dan error  steady  state sebesar  0.22  %. Untuk  pengujian  alat,  penulis  memilih  rangkaian flip-flop IC555  karena  mudah  pengecekan  rangkaian  dapat  bekerja dengan  baik  atau  tidak.  Hasil  dari  percobaan  alat  ini, rangkaian flip-flop IC555 dapat bekerja dengan baik.

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Diagram Blok Penelitian
Diagram  elektronika  ini  akan  menjadi  landasan  untuk merancang  solder  oven  dengan  metode  PID.  Pada  diagram blok  ini  menjelaskan  keseluruhan  mengenai  alat  solder  oven yang menggunakan mikrokontroler Bluepill.
Gbr. 1 Diagram Blok
B. Rangkaian Penguat Non-inverting
Penguant non-inverting ini  digunakan  untuk  menguatkan beda  potensial  yang  dihasilkan  oleh  sensor  thermocouple. Beda  potensial  yang  dihasilkan  oleh  thermocouple  sehingga memerlukan  penguatan  agar  ADC  dari  mikrokontroler  dapat membacanya.
Gbr. 2 Rangkaian Penguat

## C. Rangkaian Dimmer AC
Rangakain  dimmer  AC  ini  digunakan  untuk  mengatur panas yang dihasilkan oleh elemen panas menggunakan pulsa dari  PWM.  Rangakaian  ini  menggunakan  IC  MOC3043,  IC ini terdiri dari LED dan diac yang terpisah sehingga rangkaian ini  memiliki  kemampuan  isolasi  yang  aman  digunakan  oleh mikrokontroler. Berikut adalah desai dan rangkaian nya
Gbr. 3 Rangkaian Dimmer AC

## D. Diagram Alir
Gbr. 4 Diagram Alir
Diagram  merupakan  runtutan  dari  cara  kerja  dari  solder oven pada penelitan ini.

## E. Desaian Solder Oven

## Gbr. 6 Solder Oven Tampak Depan

## III. H ASIL DAN PE MBAHASAN

## A. Pengujian Thermocouple
Hasil  dari  pembacaan  mikrokontroler  dalam  bentuk  ADC kemudian dikalibrasi dan diubah menjadi suhu dengan satuan derajat celcius . Proses kalibrasi dilakukan dengan membandingkan  antara  nilai  ADC  yang  terbaca  dengan  nilai yang  thermometer  baca,  kemudian  dari  data  tersebut  diolah menggunakan excel sehingga  didapatkan  persamaan  linier. Dari  persamaan  tersebut  dimasukan  kedalam  program  dan didapat data seperti pada Tabel 1 berikut ini:
TABEL I D ATA H ASIL K ALIBRASI S ENSOR S UHU Thermometer (˚C) Thermocouple (˚C) Error (%) 52 56 7.69 60 63.1 5.16 70.3 74.2 5.54 80 83.3 4.12 90 92.5 2.77 100.1 102.7 2.59 110.3 112.1 1.63 120 121.3 1.08 130 131.3 1 140.4 141.8 0.99 150.3 152.3 1.33 160 163 1.87 170 173.5 2.05 180 184.2 2.33 190 193.8 2 200 205.1 2.55 Rata - rata 2.79

## B. Pengujain Penguat Non Inverting
Pengujian  penguatan non-inverting bertujuan  untuk mengetahui peforma dari rangkaian tersebut dan dibandingkan secara  teori  perhitungan  dan  hasil  dari  pengukuran  secara manual  .  Kemudian  dari  perbandingan  tersebut  dicari error persen  sehingga  peforma  dari  rangkaian  penguat  ini  akan diketahui.  Berikut  hasil  pengujian  ini  seperti  pada  Tabel  3 sebagai berikut:
TABEL II D ATA H ASIL P ENGUJIAN P ENGUAT N ON I NVERTING Input (mV ) Output (mV) Penguatan Target Penguatan Error (%) 2 232 116 121 4.13 2.4 276 115 121 4.95 2.9 322 111.03 121 8.23 3.4 366 107.64 121 11.03 3.9 410 105.12 121 13.11 4.4 460 104.545 121 13.59 5 508 101.6 121 16.03 5.4 561 103.88 121 14.14 5.8 606 104.48 121 13.65 6.2 653 105.32 121 12.95 6.6 702 106.36 121 12.09 Rata - rata 11.26

## C. Pengujain Elemen Pemanas
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari elemen pemanas. Berikut hasil dari pengujian ini, seperti pada Gambar 7 berikut:
Gbr. 7 Grafik Pengujian Elemen Pemanas

## D. Pengujian Kontroler PID Trial dan Error
Pengujian  dilakukan  dengan  melakukan  tuning trial dan error konstanta  dari Proposional,  Integral dan Derivative . Hasil respon grafik sebagai berikut:
Gbr. 8 Grafik Pengujian Kontrol PID

## E. Pengujian Kontroler Adaptif PID
Pengujian adaptasi PID dengan ini dilakukan menambahkan setpoint yaitu  target error .  Jika  target error yang  dicapai  terlalu  besar  maka  kontroler  ini  akan  berusaha mengubah parameter konstanta dari Proposional, Integral dan Derivative . yang bertujuan untuk mendapatkan hasil keluaran yang  stabil  jika  sudah  mencapai setpoint yang  ditentukan sebersar 170°C. Berikut hasil grafik dari pengujian ini:
Gbr. 9 Grafik Pengujian Adaptif PID
Dari data pengujian kedua kontroler kemudian dibandingkan  dan  hasil  perbandingan  dapat  dilihat  pada  data Tabel 3 sebagai berikut:
TABEL III D ATA P ERBANDINGAN PID DAN A DAPTIF PID Rise Time (s) Settling time (s) Overshoo t (%) Steady- State Error (%) PID 145.6 230 2.3 2.3 A_PID   188.8 262 0.28 0.22
Pada  kontroler  PID  memiliki  nilai risetime yang  lebih cepat  namun  memiliki  nilai overshoot dan error  steady-state yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  adaptif  PID.  Dari perbandingan  ini  diketahui  bahwa  peforma  adaptif  PID memiliki kestabilan yang lebih baik dibandingkan dengan PID trial dan error .

## F. Pengujian Keseluruhan
Pengujian  kesuluran  ini  digunakan  untuk menguji  peforma dari solder oven. Pengujian dilakukan dengan cara melakukan penyolderan pada suatu rangkaian elektronika. Pada penelitian ini  akan  menggunakan  rangkaian flip-flop IC  555  dalam pengujiannya.  Berikut  adalah  desain  dari  rangkaian flip-flop IC 555:

## Gbr. 10 Desain Rangkaian Flip-floop IC 555
Pengujian  dilakukan  dengan  membandingkan  antara dengan  kontrol  dan  tanpa  kontrol,  dilakukan  3  kali pengujian pada  setiap  kontrol  dengan  variasi  waktu  yaitu  5  menit,  8 menit  dan  11  menit.  Berikut  Tabel  5  merupakan  hasil  dari pengujian ini:
TABEL IV D ATA H ASIL P ENGUJIAN T ERDAPAT W AKTU Kontrol 5 Menit 8 Menit 11 Menit Tanpa kontrol Dengan kontrol Setelah melakukan pengujian penyolderan, maka hasil dari penyolderan  ini rangkaian atau flip-flop IC  555  akan dilakukan  pengujian  peforma.  Pengujian  peforma  ini dilakukan  dengan  melihat  sinyal  kotak  yang  dihasilkan  oleh rangkaian flip-flop IC  555.  Pengukuran  ini  menggunakan osiloskop  dan  dihubungkan  pada  pin  3  kaki  IC  555  yang merupakan  pin output. Berikut  merupakan  data  hasil pengukuran  rangkaian flip-flop IC  555  seperti,  pada  Tabel  5 sebagai berikut:
TABEL V
D ATA H ASIL P ENGUJIAN P ERFORMA R ANGKAIAN Keterangan Gelombang Tanpa kontrol 5 menit T      = 1022ms
F      = 0.978Hz Ton  = 500ms Toff = 522ms DC   = 48.9%
Tanpa kontrol 8 menit T      = 1058ms F      = 0.945Hz Ton  = 516ms Toff = 542ms DC   = 48.7% Tanpa kontrol 11 menit Dengan kontrol 5 menit T      = 968ms F      = 1.033Hz Ton  = 474ms
Toff = 494ms DC   = 48.9%
Dengan kontrol 8 menit
T      = 1068ms F      = 0.936Hz
Ton  = 518ms Toff = 550ms DC   = 48.5%
Dengan kontrol 11 menit T      = 1033ms F      = 0.968Hz
Ton  = 504ms
Toff = 529ms
DC   = 48.7%
IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Dari  penelitan  yang  sudah  dilakukan  dapat  diambil kesimpulan bahwa:
1. Metode  PID  dengan  adaptasi  pada  konstanta  P,  I,  dan  D yang  diterapkan  pada  pengatur  suhu  ini  memiliki error osilasi  yang  lebih  kecil  sehingga  metode  ini  lebih  baik dibandingkan  dengan  metode  PID  biasa  dan  dengan  PID adaptasi dapat mempermudah tuning konstanta P, I dan D karena  konstanta  tersebut  dapat  berubah  meyesuaikan dengan error yang diperoleh.
2. Pada penelitian ini, alat dapat digunakan untuk menyolder komponen  SMD  dengan  baik,  dibutuhkan  waktu  selama ±5  menit  dan  untuk  melelehkan  timah  dibutuhkan minimal  suhu  sekitar  ±170°C.  Setelah  diuji  coba rangkaian flip-flop IC555 dapat bekerja dengan baik.

## R EFERENSI
[1] Ali,  Muhammad.  2004.  Pembelajara  Perancangan  Sistem  Kontrol  PID dengan Software MATLAB.Yogyakarta: Universitas Negri Yogyakarta.
[2] Arduino. 2017. Arduino Uno. www.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3
[3] Djalal, M. R., Marchrus Ali, Andi Imran dan Herlambang Setiadi. 2017. Modifikasi Desain PID Controller Pada Permanent Magnet Synchronous Motor Dengan Flower Pollination Algorithm. Makasar: Politeknik Negri
Ujung Pndang. [4] Hakko. 2018. Hakko943. www.hakko.com/english/products/hakko_953.html
[5] Hasyim,  Ibnu.  2013.  Rancang  Bangun  Pengontrol  Suhu  Solder  Oven Berbasis Mikrokontroler Atmega 16.2(1) 01-05.
[6] Kiswoyo. 2018. SMPS. www.jalankatak.com/id/smps/
[7] Meisi.  2016.  Rancang  Bangun  Pengatur  Suhu  Solder  Listrik Menggunakan  Mikrokontroler  Atmega  8535.  Palembang:  Politeknik Negeri Sriwijaya.
[8] Munandar.  2018.  LCD16x2.  www.leselektronika.com/2012/06/liguid- crystal-display-lcd-16-x-2.html
[9] Shahroki  Mohammad,  Alireza  Zomorrodi.  2014.  Comparison  of  PID Controller Tuning Methods. Iran: Sharif University of Technology.
[10] Sigit, Riyanto. 2007. Robotika Sensor dan Aktuator. Yogyakarta: Graha Ilmu Vol.63.
[11] Sudhir  Ranjan,  Abhiseck  Sharma,  Puneet  Chaudhary.  2014.  An Effevtive  Temperature  Controler  System  Using  PID  Mechanism. IEEE.2(2). 182-184.
[12] Sutarja,  Dede.  2008.  Analisis  Unjuk  Kerja Thermocouple Wre25  Pada Suhu Penyinteran 1500C. 2(1). 16-24.
[13] Zabib  Bashori,  Sumardi,  Iwan  Setiawan.  2013.  Pengendalian Temperature  Pada  Plant  Sederhana  Electric  Furnace  Berbasis  Sensor Thermocouple Dengan Metode Kontrol PID.2(1) 1-8.
Pada  pengujian  didapatkan  hasil  pada  percobaan  tanpa kontrol  pada  percobaan  11  menit  rangakain  terbakar  dan rangkaian tidak dapat bekerja. Pada percobaan dengan kontrol rangkaian flip-flop IC  555  dapat  bekerja  dengan  baik  pada ketiga percobaan.