## RANCANGAN SISTEM MONITORING DAN KENDALI SUHU REAKTOR DI LABORATORIUM
. Rico Vendamawan
Pranata Laboratorium PSD III Teknik Kimia Fakultas Teknik UNDIP

## ABSTRAK
Rancangan sistem kontrol proporsional, dalam bentuk   perangkat k eras sistem k endali suhu menggunakan Wifi,  untuk   mengontrol pemanas  pada Reak tor di Laboratorium Diploma III Tek nik  Kimia. Dalam sistem ini dibuat sistem antar muka pengendalian suhu dan  perangkat sistem untuk   pembacaan data record yang sama dengan pembacaan data yang disimpan dan visualisasi grafik  menggunakan bahasa pemrograman Borland Delphi.
Untuk menjaga k estabilan suhu terutama pada reaktor perlu dibuat sistem  monitoring dan k endali suhu yang bek erja secara online menggunak an Wifi, hasilnya merupakan sistem  pengendalian suhu yang aktual dan dapat memonitor suhu secara online.
Penelitian ini menggunak an sensor temperatur tipe  LM 35 yang merupak an tipe semi konduk tor  yang telah  memiliki pengkondisian sinyal yang terintegrasi didalamnya. Menggunak an ADC internal 10 bit dari mik rok ontrol AVR ATmega 8535, sebagai interface  .  Untuk  melak ukan k omunikasi data nirk abel digunakan Wi fi  yang mempunyai spesifik asi 802.11g.  Wifi diinjek si data dari k omputer menggunak an protok ol standard TCP/IP.  Dengan melak ukan set IP address  memungk ink an data-data pada k omputer mampu diak ses oleh k omputer lain disek itarnya.
Pengujian validasi dilak ukan dengan membandingk an pembacaan suhu oleh sensor LM35 dengan alat uji standar Thermo 300, hasil pengujian diperoleh perangkat sistem k endali suhu yang  dapat bekerja sesuai dengan asas-asas pengontrolan pada dasar teori k ontrol proporsional, dengan k esalahan k urang dari 2%.

## Kata kunci : k endali suhu, k ontrol proporsional, Wifi

## ABSTRACT
Proportional control system design, hardware in the form o f te mperature control systems using Wifi, to control the Reactor  heater  on Laboratory of Diploma Chemical Engineering. In this system made the system interface and device temperature control system for reading the same data records with the reading of stored data and graphical visualization using Borland Delphi.
To maintain a stable temperature of the reactor need to be made primarily on monitoring and temperature control systems that work  online using Wifi, the result is that the actual temperature control system and can monitor the temperature of it online.
This study uses a temperature sensor type LM 35 which is a type of semiconductor that has an integrated signal conditioning part of it. Using the internal ADC 10 bits of mik rokontrol AVR ATmega 8535, as an interface. To perform wireless data communications that have used Wifi 802.11g specification. Wifi injected data from a computer using a standard protocol TCP / IP. By doing a set of IP addresses allows the data on a computer can be accessed by another computer around it.
Validation test was done by comparing the temperature readings by the sensor LM35 with Thermo standard test equipment 300, the test results obtained device temperature control system that can work  in accordance with the principles of control on the basis of proportional control theory, with errors less than 2%.
Keywords: temperature control, proportional control, Wifi

## PENDAHULUAN
Sebagian besar industri  menuntut peralihan dari peralatan konvensional yang masih menggunakan saklar ke pera latan otomatis. Penggunaan peralatan serba  otomatis,  selain ma mpu  me mpe roleh hasil yang lebih berdaya guna dan berhasil guna, juga mampu  menekan kesalahan yang bersumber dari  manusia ( human error ), sehingga  dibutuhkan sebuah alat bantu berbasis ko mputer yang dimana dari sisi sistem  informasi
bisa me mberikan suatu informasi yang akurat dan tepat waktu untuk bisa me mberikan laporan- laporan dibutuhkan sehingga dapat meningkatkan produksi dengan efektif dan efisien.  Beberapa penelitian  mengenai pengendalian suhu  yang telah dila kukan antara lain :
Rancang Bangun Sistem Pengendali Suhu dan Kelembaban Udara pada Rumah Wallet Berbasis Mik rokontroler AT89C5, [Sofwan A,  2005], ke mudian penelitian  yang la in, yaitu :
Rancang Bangun Mesin Penetas Telur Ayam berbasis Mik rok ontroler dengan Fuzzy Logic Controller [ Suprapto  2008], untuk penelitian di bidang pertanian yaitu berupa :
Rancang Bangun Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban Udara Penetas Ayam besbasis PLC, [Winarto, 2008], selain  itu penelitian tentang : Aplik asi Kontrol Proporsional Integral Berbasis Mik rokontroler ATMEGA8535 untuk  Pengaturan suhu pada Alat Pengering Kertas, [Darjat,  2008] juga sudah pernah dilakukan.
Penelit ian yang dilakukan  in i  merupakan sistem  pengendalian suhu pada Reaktor Kimia di Laboratoriu m    yang aktual dan dapat me monitor suhu secara online Rancangan sistem  mon itoring dan  kendali suhu online menggunakan Wifi  dengan spesifikasi 802.11g.  Untuk  mengendalikan  suhu cairan agar lebih stabil didala m reaktor kimia sensor suhu menggunakan tipe LM 35,  menggunakan mikro kontrol sebagai interface antara reaktor dengan server dengan   menggunakan mikrokontrol ATMega 8535. Jenis rea ktornya berpengaduk tipe batch dimana aksesnya  bisa me lalu i server atau klien  dida la m  mela kukan seting point maupun monitoring suhu. Data yang diperoleh terekam dan disimpan dala m bentuk microso ft excell .

## Sistem Kontr ol
Keberadaan kontroler dala m sebuah sistem kontrol  me mpunyai  kontribusi yang besar terhadap perila ku sistem. Pada prinsipnya hal itu disebabkan oleh tidak dapat diubahnya komponen penyusun sistem tersebut. Artinya, kara kteristik plant harus diterima sebagaimana adanya, sehingga perubahan perila ku sistem hanya dapat dilakukan  me la lui penambahan  suatu sub sistem,  yaitu  kontroler.

## Kontroler Proposional
Kontroler proposional me miliki ke luaran yang sebanding/proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya) [Sharon,  1992]. Hubungan antara sinyal kontrol dan error adalah:
u(t) = K p e(t)
Dimana : U t :  Output proporsional kontrol K p : Proportional gain e ( t ) : Proses kesalahan pada saat 't', yaitu
e ( t ) = SP – PV
SP : Set point PV : Variabel Proses
Dala m algorit ma kontrol proporsional,  keluaran kontroler adalah proporsional terhadap sinyal kesalahan, yaitu selisih antara set point dan variabel proses. Dengan kata lain, output dari
pengontrol proporsional me rupakan hasil perka lian dari sinyal  kesalahan dan keuntungan proporsional.
Ga mbar  1  menunjukkan blok diagra m yang mengga mbarkan hubungan antara besaran setting , besaran aktual dengan besaran keluaran kontroler proporsional. Sinyal keasalahan ( error ) merupakan selisih antara besaran setting dengan besaran aktualmya. Se lisih in i akan me mpengaruhi kontroler, untuk mengeluarkan sinyal positip (me mpercepat pencapaian harga setting ) atau negatif (me mpe rla mbat tercapainya harga yang diinginkan ).

## Gambar 1. Diagram blok  k ontroler proporsional
(Sharon, 1992)

## PROTOTIPE S ISTEM
Pada penelitian ini digunakan sensor temperatur t ipe   LM  35 yang  merupakan t ipe semi konduktor.
Ko mputer  merupakan perangkat digita l, d isisi lain sensor suhu adalah perangkat analog. Oleh karena itu diperlu kan perangkat pengubah data analog menjadi digita l yang akan mengkonversi bobot suhu sebanding dengan bobot bilangan digital. Pada u mu mnya ADC  me miliki  level tegangan masukan analog tertentu maka diperlukan penguat tegangan sensor agar mencapai taraf tegangan yang diperlukan ADC. Pada penelitian ini digunakan ADC internal 10 bit dari mikrokontrol AVR ATmega  8535,  yang  dapat diprogram untuk me mecahkan protokol yang diperlukan.
Mikrokontrol tersebut me miliki  kapabilitas ma mpu berko munikasi secara serial  maupun parale l, sehingga bisa berkomunikasi dengan komputer me la lui port para lel (LPT 1), seria l (COM  1), maupun USB.
Pada sistem ini untuk  mela kukan ko munikasi data  nirkabel d igunakan Wifi dengan spesifikasi 802.11g. Wifi diin jeksi data dari ko mputer dengan menggunakan protokol standard TCP/IP. Dengan me la kukan set IP address memungkinkan data- data pada komputer ma mpu d iakses oleh ko mputer lain d isekitarnya.

## SENSOR
Pada penelitian ini digunakan sensor temperatur t ipe   LM  35 yang  merupakan t ipe semi konduktor karena mu rah dan telah  me miliki pengkondisian sinyal  yang terintegrasi didala mnya, linearitasnya lumayan bagus. LM35 t idak me mbutuhkan ka librasi e ksternal yang menyedia kan akurasi   ±¼°C   pada temperatur ruangan dan ±¾°C pada  kisaran  -55 to  +150°C.
I NTERFACE
Rangkaian interface berupa  mikro kontrol yang didalamnya  antara lain terdiri dari beberapa relay untuk menggerakkan  motor dan mengatur kerja heater. Sebuah kipas pendingin dipasang untuk mendinginkan  mikrokontrol dan rangkaian elektronik yang ada didala m  kotak.
MIKROKONTROLER AVR ATMEGA8535 PROSES LOGIKA ARITMATIKA ADC COUNTER RELAY KOMUNIKASI DATA SERIAL UART RELAY KOMPUTER SERVER Reaktor
Ga mbar 2. Prototipe perangkat interface
Mikrokontrol sebagai interface ini menggunakan  ATMega 8535 karena IC ini me miliki keunggulan salah satunya adalah untuk me mp rogra m  mikrokontroler tersebut dapat menggunakan bahasa C, dan me mpunyai kecepatan yang lebih daripada IC yang la in dan me mpunyai me mo ri yang lebih banyak. Dan kelebihannya sudah mempunyai ADC  ( analog to digital converter ).

## TCP / IP
Protokol  ko munikasi data didefinisikan sebagai prosedur dan peraturan-peraturan yang mengatur operasi dari peralatan  ko munikasi data.
TCP/ IP sebagai sebuah protokol independen dan umum  me mungkinkan adanya komunikasi data antar jaringan ko mputer yang berbeda beda (heterogen) yang me maka i beraga m  ko mputer dengan arsitektur berbeda berikut sistem operasinya yang berbeda.

## WIFI
Wifi  me rupakan kependekan dari Wireless Fidelity , yang me miliki pengertian yaitu sekumpulan standar yang digunakan untu
Wireless Local Area Network s - WLAN) yang didasari pada spesifikasi  IEEE 802.11. Mobility and quality of service across heterogeneous wireless network s ,  [Andrea C, 2005],  yaitu merupakan penelitian  mengenai Wifi yang telah dilakukan. Se lain itu Low level controller for a POMDP based on WiFi observations, [Sotelo M.A,  2006] juga penelitian tentang penggunaan teknologi Wifi.  Sela in, A survey on emerging broadband wireless access technologies , [Mehmet S. K 2007].
Standar terbaru dari spesifikasi 802.11a atau b, seperti 802.16 g, spesifikasi terbaru tersebut mena warkan banyak peningkatan mula i dari luas cakupan yang lebih jauh hingga kecepatan transfernya.
Tabel 1 Spesifikasi Wifi

## SISTEM  KENDALI PADA REAKTOR
Sistem pegontrolan yang dibuat menggunakan sistem telemet ri dimana pengendalian proses dila kukan oleh  ko mputer server yang diberikan instruksi oleh operator mela lui  ko mputer client, kedua ko mputer tersebut terkoneksi  menggunakan jaringan Wifi sehingga tidak  me me rlu kan  media transmisi data  kabel  meskipun keduanya terpisah jara k yang jauh.
Pada komputer client dapat me mantau dan mengatur kondisi reaktor  secara  langsung dan dala m wa ktu nyata ( real time ). Se luruh data yang terpantau dapat terekam dala m bentuk work sheet yang dapat dibuka dan dibaca di microsoft excell .
Ga mbar 3 Diagra m sistem kendali  menggunakan Wifi
Seluruh aktiv itas yang terjadi pada reaktor dikendalikan oleh ko mputer server, dala m hal  ini adalah komputer pengendalian yang ditunjukkan pada gambar 3 diagra m sistem kendali menggunakan Wifi.
Ko mputer tersebut mendapatkan sinyal informasi d igital dari  mikrokontroler, yang berperan sebagai antarmuka (interface) yang me mbaca besaran fisis tempe ratur yang dikirimkan ke ko mputer server sebagai unit pemproses kontrol. Disa mping sebagai pelaksana (aktuator) dari permintaan server untuk me matikan atau menghidupkan re lay dari pe manas sebagai bentuk ekspresi dari sistem kontrol. Ke mud ian dari ko mputer pengendalian dipancarkan  menggunakan Wifi ke ko mputer klien. Dari ko mputer klien tersebut  bisa dilaku kan proses pengendalian untuk me la kukan monitoring maupun mela kukan setting point suhu pada reaktor.
Proses pengambilan data suhu dari unit reaktor dapat diakses dari  ko mputer  klien  me la lui jaringan Wifi,   Wifi diin jeksi data dari ko mputer dengan menggunakan protokol standard TCP/IP. Dengan me laku kan set IP address me mungkinkan data-data pada komputer pengendalian ma mpu diakses oleh komputer  lain disekitarnya, dimana
Spesifikasi Kecepatan Frekuensi Band Cocok dengan 802.11b 11 Mb/s 2.4 GHz b 802.11a 54 Mb/s 5 GHz a 802.11g 54 Mb/s 2.4 GHz b, g 802.11n 100 Mb/s 2.4 GHz b, g, n
jalur W ifi in i  menggunakan spesifikasi 802.11g yang merupakan jalur default dari Wifi tersebut. Ke mudian data suhu hasil aku isisi data disimpan didala m  ko mputer pengendalian dala m basis data dala m bentuk microsoft excell.
Progra m sistem  interface serta perangkat sistem untuk pembacaan reka man data dan visualisai grafik  menggunakan bahasa pemrogra man borland De lphi.

## VALIDASI
Melakukan pengujian dan validasi dengan menggunakan alat uji validasi suhu tipe Thermo 300 dari produk orange instrumen. Pengujian dila kukan dengan me mbandingkan hasil pengukuran sistem yang dibuat dengan alat ukur standar  Thermo 300  dengan cara memasukkan sensor dari alat uji ke da la m  reaktor.
Hasil pengujian sistem didapatkan data tabel 1.

## Tabel 1 Hasil validasi
Temperature  RTD (THERMO 300) 38,72 38,4 40,89 39,5 42,59 40,1 44,52 41,3 46,7 44,5 47,18 46,2 48,15 47,2 49,85 48,6 50,09 49,4 51,06 50,9 52,27 52,4 53,23 53,9 54,2 54,7 55,65 54,7 57,59 57,2 58,07 57,2 60,98 57,8 61,46 58,8 62,67 59,4 63,85 60,6 64,33 62,1 64,85 63 65,57 64,2 67,75 64,6 68,72 66 69,45 67,5 67,99 68,6 69,2 69,8 69,45 69,5 68,72 69,3 67,99 69,8 67,75 70,3 68,72 69,5 69,45 70,3 68,72 69,5
Dari data tabel pengujian validasi suhu tersebut ke mudian dibuat grafik hubungan antara sensor suhu reaktor LM 35 dengan Thermo  300  yang ditunjukkan pada grafik 1.
Grafik 1. Hubungan pembacaan suhu
Dari hasil pengujian pengukuran validasi menggunakan alat uji standar Thermo 300 ke mudian dihitung nila i keseksamaan sistem kontrol yang dibuat dengan menggunakan persamaan :
Kesalahan :
E =
(0,902286 / 70) x 100% = 0,0128%
Keseksamaan = K  =  100% - E
100%  - 0,0128% = 99,9872%
Dari data dan perhitungan untuk kondisi motor mat i dipero leh keseksa maan sebesar 99,98%

## HAS IL VIS UALIS ASI
Set point dilengkap i password agar pengguna yang tidak punya ijin akses masuk tidak bisa me la kukan set poin, hal ini untuk  melindungi sistem pengendalian suhu reaktor agar tidak diubah-ubah oleh  pengguna yang tidak punya ijin, seperti tertera pada gambar  4.

## Ga mbar 4 Password
Sela in itu untuk menghindarkan set point dengan suhu yang terlalu tinggi  ma ka perlu diberi pembatasan suhu dengan me mberi peringatan dini pada saat melaku kan set point tersebut. Sehingga bila set point yang dimasukkan suhunya tinggi akan
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0 5 10152025303540 RTD Sensor Reaktor ∆T T Set point X 100 %
muncul peringatan yang ditunjukkan seperti gambar 5.

## Ga mbar 5 Peringatan awal

## Vari asi Set Point
Pengujian yang dilakukan adalah dengan me mva riasi set point pada  suhu 40 o C, 60 o C, dan dengan tujuan untuk mengetahui hasil unjuk  kerja kebaikan alat  maupun sistem yang dibuat.  Hasil yang diperoleh dari pengujian sistem pengendalian reaktor adalah sebagai berikut  :  Dengan wa ktu pengamatan setiap 60 detik pada kondisi temperatur 40 o C, didapatkan reka man hasil ditunjukkan pada tabel  2.
Tabel 2 Pengujian pada suhu 40 o C pengamatan
setiap 60 detik, Time Temperature 15:09:04 38,05 15:10:04 38,05 15:11:04 39,76 15:12:04 40,73 15:13:04 40,73 15:14:04 40,49 15:15:04 39,76 15:16:04 39,76 15:17:04 39,76 15:18:04 39,76 15:19:04 39,27 15:20:04 39,27 15:21:04 39,02 15:22:04 38,78
Dari tabel tersebut kemudian d ibuat grafik hubungan antara waktu dan temperatur sehingga didapatkan seperti pada grafik  2.
Dari data pengamatan tersebut suhu rata-rata sebesar  39,51357143 o C,    ke mudian dihitung prosentase kesalahannya untuk mengetahui hasil kerja keba ikan alat tersebut sehingga didapatkan prosen kesalahan dengan menggunakan persamaan:
Kesalahan : E = (0,486 / 40) x 100% = 0,0121% Keseksamaan = K  =  100% - E 100%  - 0,0121% = 99,9878%
Keseksamaan alat sebesar 99,98 %
Pengamatan  berikutnya  dengan set point suhu sebesar 60 o C,  wa ktu pereka man sela ma 60 detik, didapat data hasil pengamatan yang ditunjukkan pada tabel 3.
Tabel 3 Pengujian pada suhu 60 o C pengamatan setiap 60 Time Temperature 16:11:53 58,48 16:12:53 58,54 16:13:53 60,49 16:14:53 60,49 16:15:53 60,49 16:16:53 59,27 16:17:53 59,27 16:18:53 59,27 16:19:53 58,54 16:20:53 58,78 16:21:53 60,49 16:22:53 60,49 16:23:53 60,49 16:24:53 59,27
Ke mudian hasil dari tabel reka man data tersebut dibuat grafik yang hasilnya ditunjukkan pada Grafik  3.
Grafik 3 Response time  suhu 60 o C,
Dimana suhu pengamatan rata-rata sebesar 59,5971 o C dan ke mud ian dihitung dengan menggunakan persamaan :
Kesalahan :
E = 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 012345678910 11 12 13 14 15 Te m pe ra tu re Waktu Grafik Response Time Grafik Response Time 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 0123456789101112131415 Te m pe ra tu re Waktu Grafik Response Time ∆T T Set point X 100 %
∆T T Set point X 100 %
= (0,4028 / 60) x 100% = 0,00671%
Keseksamaan = K  =  100% - E 100% - 0,00671% = 99,9932%
Didapatkan keseksa maan sebesar 99,9932%

## PEMBAHASAN
Sistem  monitoring kendali suhu secara online menggunakan Wifi sudah berjalan baik dengan prosen kesalahan kisaran dibawah  2%  .

## KES IMPULAN
Pengaturan set point pengendalian  suhu yang dila kukan dari  ko mputer client dan proses akuisisi data dapat berjalan dengan baik. Se lain itu hanya pengguna yang me mpunyai kode otorisasi ( password ) yang dapat mela kukan pengendalian ( set point ). Proses akuisisi data dapat dilakukan secara otomatis dan pereka man data yang dila kukan dapat diatur wa ktunya sesuai dengan yang diinginkan, pe mantauan suhu pada reaktor dapat lebih akurat dan pengamatannya bisa selalu real time .
Dari hasil pengamatan sistem pengendalian suhu tersebut dapat diketahui suhu maksimal, suhu minimal dan suhu rata-ratanya

## SARAN
Perlu adanya pengembangkan sistem pengendalian yang lebih komp lek dengan mengabungkan beberapa jenis sistem pengendalian.
Perlu  dike mbangkan sistem monitoring kendali suhu secara telemetri dengan  menggunakan teknologi Wifi dengan jarak jangkauan pengendalian yang lebih jauh.
Perlu  pengembangan sistem pengendalian suhu dengan menggunakan  metode yang lainnya atau dengan penggabungan beberapa metode.

## DAFTAR PUS TAKA
Andrea C.,  La  Corte A., and Sicari  S.,  2005, Mobility and quality of service across heterogeneous  wireless network s , Depart ment of Co mputer Sc ience and Teleco mmunications Engineering, University of  Catania,  Via le Andrea Doria  6,  95125 Catania , Ita ly, Co mputer Networks 47,   203–217
Darjat,  Syahadi  M.,  dan  Iwan S., 2008, Aplik asi Kontrol Proporsional Integral Berbasis Mik rokontroler  ATMEGA8535 untuk Pengaturan suhu pada Alat Pengering Kertas. Jurusan Teknik  Elektro, Fa kultas Teknik, Un iversitas Diponegoro, Se marang.
Mehmet S. K., Tuna T., 2007, A survey on emerging broadband wireless access technologies ,  Co mputer Engineering, Bogazici Un iversity, Bebek 34342,
Istanbul, Turkey,  Co mputer Networks 51, 3013–3046
Sharon A., Hogan N., and  Hardt  D.E.,1991, Controller design in the physical domain. Journal of the Fran klin  Institute, 328(5/6) 697-721.
Sotelo M.A., Ocana M., Bergasa L.M.,  Flores R., Marr’on M., and  Garc ’ia M. A.,  2006, Low level controller for a POMDP based on WiFi observations, Department of Electronics, Escuela Polit´ecnica Superior, Un iversity of Alca l´a, Ca mpus Universitario s/n, 28871 Alca l´a  de Henares, Madrid, Spain, Robotics and Autonomous Systems 55,  132–145
Sofwan A., Winarso P.,  2005, Rancang Bangun Sistem  Pengendali Suhu  dan Kelembaban Udara pada Rumah Wallet Berbasis Mik rok ontroler AT89C5, Electrical  Engineering Department, FTI, National Institute of Science and Technology, Indonesia.
Suprapto, Tjahjono A.,  dan Sunarno E.,  2008, Rancang Bangun Mesin Penetas Telur Ayam berbasis Mik rokontroler dengan Fuzzy Logic Controller Teknik Elekt ro Industri, Politeknik Ele ktronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya.
Winarto,   Bastaman S., dan Ha rmen, 2008 Rancang Bangun Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban Udara Penetas Ayam besbasis PLC. Jurusan Teknologi Pertanian, Politekn ik Negeri  La mpung, Rekayasa dan Teknologi Elekt ro