77 | Jurnal Ampere Website : https://jurnal.univpgri-plembang.ac.id/index.php/ampere Email    : ampereupgrip@univpgri-palembang.ac.id

## Pengendali Kecepatan Motor DC Terhadap Perubahan Suhu Menggunakan PLC dan Human Machine Interface
Masayu Anisah 1* , Amperawan 2 , Sabilal Rasyad 3 , Herman Yani 4 , Anton Firmansyah 5
1,2,3 Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang, Indonesia
4,5 Program Studi Teknik Listrik, Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang, Indonesia *e-mail: annisah05@gmail.com

## ABSTRAK
Pengendalian kecepatan motor DC sebanding terhadap perubahan suhu termokopel tipe K menggunakan Programmable  Logic  Controller (PLC)  dan Human  Machine  Interface (HMI)    difungsikan  untuk memonitoring    suhu  dan  kecepatan  motor Direct  Current (DC)    dari  perubahan    sensor  termokopel merupakan masukan  berupa data suhu yang dikonversikan ke analog to digital converter (ADC)  berupa data digital  dan mengendalikan kecepatan motor DC  dengan mengatur Pulse Width Modulation (PWM). Pengatur kecepatan motor DC terhadap  perubahan suhu dari sensor termokopel  dengan sistem kendali menggunakan Programmable  Logic  Controller dan  ditampilkan  di  HMI.  Pada  pengujian  ini  hanya dilakukan pemanasan sensor pada suhu    30 o C sampai dengan 100 o C dan kecepatan motor DC dimana semangkin  besar  suhu  maka    nilai  PWM  makin  sehingga    putaran    motor  DC    semangkin  cepat.  Pada pengendalian motor DC dengan PWM menggunakan frekwensi sebesar  10 Hz untuk mendapatkan nilai PWM 0% - < 54% motor akan berputar dengan low speed. PWM 54% - <84% motor akan berputar dengan medium speed . PWM 84% - >90% motor akan berputar dengan high speed.
Kata Kunci: Programmable logic controller , Termokopel,  Motor DC,  Human Machine Interface

## DC Motor Speed Control Against Temperature Changes Using PLC and Human Machine Interface

## ABSTRACT
Controlling the speed of a DC motor in proportion to changes in temperature of a K-type thermocouple uses  a Programmable Logic Controller and the Human Machine Interface  to enable monitoring  of  the temperature and speed of the Direct Current  motor from changes in the thermocouple sensor as input in the form of temperature data reduced to analog. to digital converter  in the form of digital data and controls the  speed  of  the  DC  motor  by  adjusting  the  Pulse  Width  Modulation.  DC  motor  speed  control  for temperature  changes  from  a  thermocouple  sensor  with  a  control  system  using  a  Programmable  Logic Controller  and  displayed  on  the  Human  Machine  Interface.  In  this  test,  only  heating  the  sensor  at  a temperature of 30 o C to 100 o C and the speed of the DC motor where the temperature is greater, the PWM value makes the DC motor rotate faster. In controlling DC motors with PWM using a frequency of 10 Hz to get a PWM value of 0% - <54% the motor will rotate at low speed. PWM  54% - <84%, the motor will rotate at medium speed. PWM 84% - >90%, the motor will rotate at high speed.
Keywords: Programmable logic controller, Thermocouple, Motor Direct current, Human Machine
Correspondence author : Masayu Anisah, Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang, Indonesia E-Mail: annisah05@gmail.com
Jurnal Ampere licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License

## I. PENDAHULUAN
Teknologi  saat  in  berkembang  sangat  pesat      terutama  penggunaan  PLC  dan  HMI    pada industri yang digunakan sebagai pengendalian sistem dalam industri.   Perkembangan teknologi di  bidang  kendali  dalam  industri  banyak  menggunakan  PLC    terutama  dalam  dalam  bidang perakitaan mobil, motor, lift,  kemanasan makanan, minuman, pengepakan obat-obatan dan  lain- lain.  Beberapa  alasan  menjadikan  PLC  sebagai  salah  satu  pengendali  yang  paling  diminati  di dunia industri, diantaranya adalah adana penjaminan kulaitas hasil produksi, waktu produksi yang relative singkat, penghematan biaya dalam segi biaya pekerja. [1].  Penggunaan PLC membantu manusia dalam melakukan kendali yang memerlukan tingkat pengukuran/ ketelitian yang tinggi yang tidak  bisa dilakukan dengan manusia. Salah satu komponen penting dalam proses industry adalah motor DC, dan kamera sebagai pengenal objek
Modul  ADC  yang  digunakan  dalam  membaca  suhu  dari  PLC  Schneider  salah  satunya menggunakan termokopel dalam penelitian ini [2].   Sensor termokopel  terdiri dari 2 kawat yang berbeda  digunakan  untuk menghasilkan tegangan  dari perbedaan 2 kawat tersebut. Termokopel dapat  mengukur  temperatur  dalam  jangkauan  suhu  yang  cukup  antara  -200 o C  sampai  1800 o C
dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C [3] [4]. Seperti pada gambar 1 berikut.
Gambar 1.  Sensor termokopel [3-4]
Termokopel yang digunakan tipe K bekerja pada  suhu  -270 °C sampai 1370 °C dan modul yang digunakan menggunakan tipe TM2AMI2LT dari pengaturan pemilihan modul pada software Twido  versi 2.3  yang digunakan pada penelitian ini [2].
Sederetan kerja relay pada sistek kendali konvensinal dapat digantikan dengan menggunakan PLC  yang  dijalankan  dengan  program  berupa ladder  diagram. [4].  Sebagai  salah  satu  bentuk khusus  pengontrol  berbasis  mikroprosesor  yang  menggunakan  memori  untuk  menyimpan instruksi  dan  menjalankan  fungsi  logika,  urutan,  waktu,  penghitungan,  dan  aritmatika  untuk mengontrol mesin dan proses. [5].
Twido adalah sebuah perangkat lunak yang digunakan membuat program  dalam bahasa Ladder diagram  dalam  mengendalikan  sistem  yang  akan  dibuat  [3].  Perangkat  lunak menggunakan Twido  suite pada  penelitian  ini  dan  perangkat  keras  yang  digunakan  menggunkan  tipe    PLC TWDLCDE40DRF [2]–[4]
Gambar 2. PLC schneider twido [2]–[4]
Pada  penetian  ini      menggunakan  motor  DC  untuk    mengatur  kecapatan    putaran  motor menggunakan  PWM.    Suplai  tegangan  searah  pada  kumparan  medan  motor  DC  di  gunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. [6], [7]. Dalam motor dc terdapat dua kumparan  yaitu  kumparan  medan  yang  berfungsi  untuk  menghasilkan  medan  magnet  dan kumparan jangkar yang berfungsi sebagai  tempat  terbentuknya  gaya  gerak  listrik  (ggl  E) [6]– [8]
Modul  ADC  berfungsi  untuk  mengubah  sinyal  analog  (sinyal  kontinyu)  menjadi  sinyal digital/ data digital (0/1).  Modul ADC   yang digunakan tipe TM2AMI2LT dengan input sensor ada  2  yang digunakan hanya 1 sensor  dengan alamat  %IW.1.1  [2], [7], [9]. Modul ADC tipe TM2AMI2LT seperti pada gambar 3

## Gambar 3.  Modul ADC [7-8]
Untuk membaca suhu  dari  sensor termokopel  di perlukan Analog To Digital Converter (ADC) untuk membaca sensor suhu ke data digital 12 bit, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4095 (2 n – 1) nilai diskrit [2], [3], [7], [9].
PWM adalah metode yang cukup efektif untuk mengendalikan kecepatan motor DC  dengan mengatur  waktu  ON  dan  waktu  OFF    pada  perioda.  PWM    ini  bekerja  dengan  cara  membuat perbandingan  pulsa  high  terhadap  pulsa  low  .  Perbandingan  pulsa  high  terhadap  low  ini  akan menentukan besarnya tegangan yang diberikan ke motor DC, sehingga kecepatan dapat di atur. Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar  pulsa  yang  bervariasi. Time  peroiod menghasilkan    PWM  berbanding  lurus  dengan amplitudo sinyal asli yang  belum  termodulasi yang nilai  PWM  memiliki frekuensi   yang  tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%) [3], [7], [10]. .

## Gambar 4.  Sinyal PWM
Berikut ini rumus untuk menghitung Frekuensi :
F = 1/T (1)

## Keterangan
- F = Frekuensi
- T = Periode
Rumus  untuk  menghitung  siklus  kerja  atau duty  cycle dapat  ditunjukkan seperti persamaan di bawah ini [8] :
𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒  = 𝑇𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑛+𝑇𝑜𝑓𝑓 (100 %) (2)
Keterangan
- t ON =  Waktu  O N   (high/ “1”)
- t OFF =  Waktu OFF  (low/ “0”)
- ttotal  = Waktu satu siklus (periode satu gelombang
- Siklus Kerja = Waktu ON / (Waktu ON + Waktu OFF)
Untuk V average atau Tegangan rata-rata (Tegangan output dari sinyal PWM)  dengan rumus [10]:
Vaverage    = ( 𝑇𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑛+𝑇𝑜𝑓𝑓 Vin ) (3)
Keterangan
- V in = Tegangan Masukan
- V average atau Tegangan rata-rata (Tegangan output dari sinyal PWM)
HMI  secara  umum  mempresentasikan  sebuah  interface  atau  tampilan  penghubung  antara manusia  dengan  teknologi  mesin.  Pada  penelitian  ini  menggunakan software  vijeo  designer seabagai  HMI  dimana  dapat    mendesai  pada  tampilan  HMI    berupa    tombol  dan  tampilan  – tampilan lainnya yang nantinya akan didownloadkan ke HMI untuk selanjutnya divisualisasikan. Tampilan  HMI  terdiri  dari  panel  –  panel  sebagai  layar  utama  dari  projek    yang  dibuat  dalam menampilkan berbagai objek berupa tombol, indikator lampu, grafik dan lain – lain. HMI  yang digunakan tipe  XBTGT 22330 [2] [6] [7]. Pada HMI untuk menampilkan visual berupa tombol, indikator/  lampu,  nilai timer ,  nilai counter ,  nilai compare ,  nilai  ADC  dan  nilai  PWM menggunakan alamat memori  (%M0)  dengan tipe data bit  (1/0) sedangkan untuk tampilan data ADC, Timer , counter menggunakan  alamat  memori  (%  MW0)  dengan  tipe  data  memori word (data 16 bit) [2]–[4]

## II. METODE PENELITIAN
Pada Penelitian dilakukan  dalam beberapa  5 tahap   sehingga dapat menghasilkan penelitian yang baik dan sesuai  didesain  yang akan direcanakan  dimana tahap  awal yaitu  studi pustaka yang memberikan pengetahuan, wawasan  dan perkembangan saat ini dari penelitian yang akan dilakukan.  Pengujian  untuk  mengetahui  suhu  yang  di  baca  oleh  ADC  yang  kemudian  datanya dibandingkan  dengan Ladder dari PLC  untuk mengatur kecepatan motor  DC yang menghasil nilai  PWM  yang  menentukan  keberhasilan  dalam    menghasilkan  sistem  yang  baik  dan  handal dari  penelitian  ini.  Hasil  yang  ditargetkan  adalah  dapat  membaca  nilai  suhu  dan  mengatur kecepatan motor DC menggunakan PWM.
Metode penelitian  dilakukan  5 tahap:
1. Studi pustaka dan data pendukung sesuai penelitian.
2. Perancangan input dan output menggunakan alamat dari  PLC.
3. Perancangan  dan  simulasi ladder  diagram sensor  suhu  dan  PWM  menggunakan software twido dan HMI dari PLC Schneider.
4. Intergrasi antara hardware dan sofware.
5. Pengujian, perhitungan, analisa  dan evaluasi untuk sistem secara keseluruhan sehingga data yang akurat dan sesuai dengan teori yang didapat serta sistem yang handal.
Perancangan diagram blok “Pengendali Motor DC Terhadap Perubahan Suhu Menggunakan  PLC dan  HMI”.

## Gambar 5. Blok Diagram Sistem
Perancangan  Flowchart    sistem  “Pengendali  Kecepatan  Motor  DC  Terhadap  Perubahan  Suhu Menggunakan Programmable Logic Controller dan Human Machine Interface ”.
Implementasi Pengendali Motor DC Terhadap Perubahan Suhu Menggunakan  PLC dan  HMI dari hasil penelitian yang dilakukan :
Gambar 7. Implementasi  Sistem

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini  mendesain hardware dan software dimana untuk hardware terdapat 2 buah switch untuk start menggunakan alamat %I0.0  dan untuk stop alamat %I0.0  digunakan untuk start atau stop dari  sistem  yang dibuat sedangkan software dibuat menggunakan ladder diagram menggunakan twido suite dan melakukan simulasi  dan pengujiannya dalam membaca nilai  suhu, nilai PWN dan tegangan keluaran di PWM pada moudul ADC.  Berikut pada gambar 8 merupakan ladder diagram terdiri atas tombol start dan tombol stop untuk mengaktifkan sistem serta terdapat emergency pengaman sistem.
Gambar 8. Program PLC Start dan Stop Sistem
Gambar 9. Program PLC Penyimpanan Data Suhu Pada  %MW.1
Gambar 10. Program PLC Nilai PWM Pada %PMW0.R

## Gambar 11. Program PLC Nilai PWM Tampil Di HMI Pada %MW3
Pada gambar 9  Penyimpanan data suhu  dengan alamat %MW1 dimana data awal suhu 0ºC yang akan ditampilkan pada HMI. Pada gambar 10  Program PLC yang menggunakan blok  PWM  dengan alamat %PMW0.R    yang  akan  menghasilkan  nilai  PWM    akan  menentukan  kecepatan  dari  motor  DC    dimana semakin besar suhu maka akan semangkin besar nilai PWM. Pada gambar 11  Program PLC  nilai PWM tampilkan  di HMI  menggunakan alamat  %MW3 akan menentukan kecepatan dari motor DC
Pada tabel 1 tabel  dari  hasil  pengukuran  tegangan  pada output motor dengan multimeter digital dan kecepatan putar motor dengan tachometer.
Tabel 1.   Data hasil pengukuran V out Motor No. Suhu (ºC) Duty Cycle V out (V DC ) 1. <30 0 0 2. 30 - 40 20 2,3 3. 40 - 50 30 3,4 4. 50 - 60 40 4,6 5. 60 - 70 50 5,7 6. 70 - 80 60 7,0 7. 80 - 90 70 8,1 8. >90 80 9,3
Tabel  2  merupakan  tabel  dari  Hasil  pengukuran  suhu Thermocouple  type K  dengan pembanding Thermometer Digital terhadap air panas sebagai media ukur.
Tabel 2.  Hasil Pengukuran Thermocouple Type K No. Suhu (ºC) Termometer Digital Eror (%) 1. 20 22,5 11,11 2. 30 32,2 6,8 3. 40 42,6 6,1 4. 50 53 5,6 5. 60 64,4 6,8 6. 70 74 5,4 7. 80 83,4 4,07 8. 90 94,4 4,66
Hasil pengujian perbandingan suhu pada termokopel dengan suhu pada termometer digital pada gambar 12.
Gambar 12.  Pengujian Perbandingan Suhu Termokopel Dengan  Termometer Digital Dan HMI
Data Hasil Pengukuran PWM dengan menggunakan  Osiloskop, pada gambar 10 merupakan Time Period yang  di  hasilkan  dari                                       PWM dengan frekuensi sebesar  10Hz. Hasil Time Period PWM saat suhu 30°C -40°C, merupakan  hasil Time Period PWM  dengan duty  cycle 20%  saat suhu yang terbaca 30°C -40°C .
Gambar 13. Hasil Time Period  PWM saat suhu 30-40°C
Dari pengukuran didapat dihitung   duty cycle :
𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒  = 20 20 + 80 (100 %)
Maka duty cycle = 20 %.
Maka didapat tegangan  Vout  dari sinyal PWM dan Vfull = 11,90 Vdc..
𝑉𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒   = 𝑇𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑛 + 𝑇𝑜𝑓𝑓 Vfull 𝑉𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒   = 20 20 +80 11,90 V
= 2,38 Volt.
Hasil Time Period PWM dengan duty  cycle 80%       saat suhu yang terbaca >90°C .
Gambar 14. Hasil Time Period PWM saat suhu >90°C
Dari pengukuran didapat dihitung   duty cycle :
𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒  = 80 80 + 20 (100 %) Maka duty cycle = 80 %. 𝑉𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒   = 80 80  + 20 11,90  V
= 9,3 V.

## IV. KESIMPULAN
Kecepatan  motor  DC    menggunakan  PWM    yang  dibagi  3    kecepatan  untuk    kecepatan rendah  berikisar  PWM  0%  -  <54%  ,  kecepatan  sedang    berikisar  PWM    54%  -  <84%  dan kecepatan tinggi berkisar  PWM 84%  - >90%. Setiap perubahan Time Period dari PWM maka akan mempengaruhi tegangan Vout motor DC  dan kecepatan Motor DC,  Sinyal PWM memiliki amplitudo  dan  frekuensi  dasar  yang  tetap  dalam  mengatur  kecepatan  motor  DC  menggunakan frekuensi sebesar  10 Hz dan  Amplitudo sebesar  5Volt  yang  terukur  pada  osiloskop.  Tegangan rata-rata (V average ) berkisar dari 2,3 V dc sampai dengan 9,3 V dc pada suhu dari 0°C sampai dengan lebih besar  dari >90°C yang terukur pada multimeter digital.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] H. Wicaksono, SCADA Software Dengan Woderware InTouch” . Yogyakarta: Graha Ilmu.
[2] T. Schneider, “Training handout Politeknik Negerii Sriwijaya PLC dan HMI.” pp. 4–6,.
[3] M.  I.  Ramadhani,  “Sistem  Pengendali  Motor  DC  Dengan  Pulse  Width  Modulation berdasarkan Perubahan Suhu Thermocouple Berbasis PLC“,” Politek.  Negeri  Sriwijaya. Indones. .
[4] F.  D.  dkk,  “Prorammable  Logic  Controller  Pengatur  Kecepatan  Motor  AC  Terhadap Perubahan suhu Termokopel,” Pros. Sent. , pp. 240–247,.
[5] N. Harmein, “Prorammable Logic Controller”.” Erlangga, Jakarta.
[6] N. N. dkk, “Analisa Motor DC (Direct Current)“,” J. Mikrotiga , vol. l, no. 2, pp. 28–34,.
[7] A.  Sugeng, Monitoring  Suhu  Menggunakan  SCADA” .  Politeknik  Negeri  Sriwijaya. Indonesia.
[8] A. K. J. dkk, “Rancangan observer untuk Motor DC pada PLC,” in J.Teknik ITS Vol.9 No.2 ,
[9] T. Schneider, “Twido Suite V2.3 Programming Guide, pp.163.”
[10]  F.  B.  L.  dkk,  “Implementasi  Pulse  Width  Pada  Penyaluran  Limbah  Cair  Pupuk  Kelapa Sawit Berbasis Arduino,” J.Electrical Technol. , vol. l, no. 2, pp. 39–46,.