Volume 4, No. 2, November 2020, page 141 - 152

## JEE
Jurnal Edukasi Elektro https://journal.uny.ac.id/index.php/jee
Rancang Bangun Kendali Suhu Pemanas Tangki Berpengaduk Kontinyu menggunakan Pengendali PID berbasis NI ELVIS II dan LabVIEW
Imam Febiawan 1 , Noval Lilansa 2 , Abyanuddin Salam 3 1,2,3 Politeknik Manufaktur Bandung, Indonesia
1 imam.febiawan@mhs.polman-bandung.ac.id* * corresponding author

## ABSTRACT

## Article Info
This  paper  proposes  a  temperature  control  system  on  a  continuous  stirred  tank heater  prototype  using  a  PID  controller.  Input  value  parameters  and  system responses  are  displayed  on  a  GUI  (Graphical  User  Interface)  connected  to  a computer (PC or Laptop) so that they can be monitored in real-time. The sensor used in the stirred tank heater consists of two LM35DZ temperature sensors. The results  of  the  temperature  sensor  readings  are  entered  into  the  data  acquisition device (NI ELVIS II) as a data processing process which is then processed using LabVIEW  and  displayed  on  the  GUI.  The  results  of  this  study  can  provide  a model  of  a  continuous  stirred  tank  heater  temperature  control system  with  a water room temperature range up to 45ºC using the parameters PI Kp = 83.2 Ti = 0.03, Td = 0.
Article history Received: Oct. 16 th , 2020 Revised: Nov. 23 th , 2020 Accepted: Nov. 30 th , 2020
Keywords continuous stirred tank, heater, PID controller, NI ELVIS II,
LabVIEW,
Graphical User Interface.

## ABSTRAK
Paper  ini  mengusulkan  sebuah  sistem  kendali  suhu  pada  sebuah  prototipe pemanas tangki berpengaduk kontinyu menggunakan pengendali PID. Parameter nilai masukan dan respon sistem ditampilkan pada GUI (graphical user interface) yang  terhubung  dengan  komputer  (PC  atau  Laptop)  sehingga  dapat  dipantau secara waktu riil. Sensor yang digunakan pada alat pemanas tangki berpengaduk terdiri  dari  dua  buah  sensor  suhu  LM35DZ.  Hasil  pembacaan  sensor  suhu tersebut  dimasukkan  pada  perangkat  akusisi  data  (NI  ELVIS  II)  sebagai  proses pengolahan  data  yang  selanjutnya  diolah  menggunakan  LabVIEW  dan ditampilkan  pada  GUI.  Hasil  penelitian  ini  mampu  memberikan  sebuah  model sistem kendali suhu pemanas tangki berpengaduk kontinyu dengan rentang suhu ruangan air sampai 45ºC menggunakan parameter PID Kp=83,2 Ti=0,03, Td=0.

## PENDAHULUAN
Pemanas  memiliki  peran  penting  dalam proses  industri,  terutama  industri  kimia  dan industri produk minuman, yaitu untuk meningkatkan efisiensi proses dan menghasilkan kualitas produk yang baik. Salah satu  jenis  pemanas  di  industri  kimia  yang banyak  digunakan  adalah  pemanas  tangki berpengaduk.  Pemanas  tangki  berpengaduk
terdiri  dari  beberapa  bagian,  salah  satunya adalah elemen  pemanas yang digunakan sebagai  pemanas  untuk  mengubah  bahan  baku menjadi  produk  yang  lebih  bernilai  guna. Masalah  yang  sering  dihadapi  dalam  proses tersebut  adalah  keakuratan  suhu  pada  tangki pemanas.  Agar  suhu  tangki  tersebut  mencapai titik setel dengan kecepatan respon dan akurasi yang tinggi, maka diperlukan sebuah pengendali (Septiani et al., 2017).
Salah  satu penerapan  pengendalian  suhu yang digunakan adalah metode untuk menentukan parameter pengontrol Proportional Integral Derivative (PID) menggunakan metode algoritma  genetika  dengan  pengontrol Fuzzy Logic Stirred Tank Heater. Perancangan sistem Fuzzy Logic digunakan untuk mencari parameter  dalam  Algoritma  Genetika  yaitu probabilitas crossover dan  probabilitas  mutasi. Parameter  ini  digunakan  untuk  mencari  nilai Kp, Ki, dan Kd pada kontroler PID (Septiani et al.,  2017).  Penelitian  selanjutnya  menyajikan analisis  perbandingan  kinerja  pengendali  PID dan pengendali Fuzzy PID untuk kontrol proses CSTH (Continuous  Stirred  Tank  Heater) (Kabila & Glan Devadhas, 2015).
Penelitian  lain  menjelaskan  mengenai perbandingan  konfigurasi  pengendali cascade dan feedforward-feedback dalam  menjaga  dan mengatur  suhu  di Stirred  Tank  Heater (Yudho Suprapto  et  al.,  2018). Begitupun  penelitian selanjutnya  memaparkan  perbandingan  dua pengendali  dalam  pemodelan  kendali  suhu pemanas  tangki  berpengaduk.  Analisis  sistem loop terbuka  menunjukkan  bahwa  sistem  tidak efisien  tanpa  pengendali. Pengendali Linear Quadratic Gaussian (LQG) dan Linear Quadratic  Integral  (LQI) digunakan  untuk meningkatkan  kinerja  sistem.  Perbandingan sistem loop tertutup  dengan  pengontrol  yang diusulkan  dilakukan  dengan Matlab  /  Simulink Toolbox (Jibril et al., 2020).
Penelitian yang lain memaparkan penerapan  tiga  pengendali berbeda pada  proses kimia  seperti  pemanas  tangki  berpengaduk. Tiga  pengendali  yang  digunakan  adalah  PID, PID  berbasis  IMC (Internal  model  controller), dan pengendali adaptif gain scheduling. Sebuah studi  simulasi  dilakukan  dengan  menggunakan MATLAB untuk  mengontrol  sistem  proses menggunakan  pengendali  yang  disebutkan  di atas. Dengan bantuan studi simulasi dan kriteria kinerja  integral  waktu,  penelitian  ini  dapat menyimpulkan  kontroler  mana  yang  paling cocok untuk sistem pemanas tangki berpengaduk (Rajagopalen,  2013).  Penyetelan parameter PID dapat diusulkan dengan
pengendali  PID  berbasis genetic  algorithm (GA) yang dioptimalkan dalam proses continuous  stirred  tank  reactor  (CSTR) menggunakan  kombinasi  fungsi  tujuan yang berbobot  yaitu, integral  square  error  (ISE), integral  absolute  error  (IAE), dan integrated time  absolute  error (ITAE).  Parameter  PID yang  dioptimalkan  secara  global  cenderung mengoperasikan  proses  CSTR  di  seluruh rentang  operasi  untuk  mengatasi  keterbatasan pengontrol  PID  linier (Jayachitra  &  Vinodha, 2014).
Penelitian-penelitian  terdahulu  berfokus pada  hasil  akhir  yang  dituju,  yaitu  berhasil mengendalikan suhu pemanas tangki berpengaduk kontinyu dan menampilkan grafik respon suhu fluida yang dipanaskan. Jenis-jenis pengendalian  yang  telah  digunakan  untuk sistem  ini  diantaranya  pengendali  PID  berbasis algoritma genetika, PID berbasis internal model controller (IMC),  pengendali  adaptif gain scheduling, Pengontrol Linear Quadratic Gaussian (LQG),  pengontrol Linear  Quadratic Integral (LQI), Cascade
controller,
Feedforward-Feedback  Controller, pengendali PID Fuzzy, pengendali  PID  dengan  algoritma genetika ditambah logika fuzzy, dan pengendali PID  konvensional  atau  klasik.  Penelitian  yang sudah dilakukan menggunakan metode pengendalian  yang  kompleks  dalam  penerapan pada  sistem  pemanas  tangki  berpengaduk. Mayoritas  pengendali  yang  digunakan  pada pembahasan  diatas  adalah  pengembangan  dari PID  konvensional,  sehingga  pengendali  PID konvensional  merupakan  dasar  dari  penerapan sistem  kendali  yang  ada  pada  saat  ini.  Maka dari  itu,  sistem  pengendalian  yang  digunakan pada  penelitian  ini  adalah  pengendali  PID konvensional.  Selain  itu,  Pengendali  PID konvensional  merupakan  salah  satu  jenis pengendali yang paling banyak digunakan 90% industri  karena  skema  kendali  lanjutan  yang sederhana, fungsionalitas yang jelas,
kemudahan  penerapan  dan  penggunaan  yang disediakan  oleh  sistem  kendali  ini,  sehingga pengguna  dapat  memiliki  pengalaman  dalam menyetel parameter PID walaupun tidak secara
langsung  di  industri (Jayachitra  &  Vinodha, 2014).
Sistem  pengendalian  pada  penelitian  ini mengatur  suhu  fluida  dalam  pemanas  tangki berpengaduk kontinyu menggunakan  sensor LM35DZ  sebagai  pendeteksi  suhu.  Kemudian, prototipe  ini  memiliki  tiga  buah  aktuator dengan fungsinya masing-masing, yaitu elemen pemanas  untuk  menaikkan  suhu  dalam  tangki, pompa  air  untuk  memasukkan  air  yang  akan dipanaskan  dengan  kecepatan  aliran  konstan dan  mengeluarkan  air  dari  proses  pemanasan dalam tangki,  serta  motor  pengaduk  untuk mencampurkan suhu air yang berasal dari suhu air  masukkan  dan  elemen  pemanas  sehingga suhu  air  dalam  tangki  homogen.  Sistem pengendalian  ini  memilki  sistem  antarmuka berbasis  GUI  (graphical  user  interface)  yang dapat  menampilkan  data-data  masukkan  dan keluaran  sistem  melalui  komputer  (PC  atau Laptop)  menggunakan  aplikasi  LabVIEW  serta perangkat akusisi data NI ELVIS II+.

## METODE
Penelitian  ini  terbagi  atas  tiga  bagian utama  diantaranya,  perancangan  perangkat keras  pemanas tangki  berpengaduk kontinyu, perancangan  elektrik  NI  ELVIS  II,  dan perancangan perangkat lunak pada LabVIEW.
Model sistem pemanas tangki berpengaduk  ini  dirancang  untuk  memanaskan air  dalam  tangki  proses.  Perangkat  mekanik pada model pemanas tangki berpengaduk terdiri dari  tiga  buah  tangki,  baling-baling,  selang, saluran  masuk  dan  saluran  keluar  air.  Tangki proses  didesain  dengan  diameter  dalam  11  cm, ketebalan  tangki  0,3  cm  dan  tinggi  tangki  21,7 cm dari dasar bagian dalam tangki. Berdasarkan ukuran tangki yang sudah diketahui, volume air dalam tangki ingin dipertahankan sebesar 1000 mL.  untuk  mencapai  hal  tersebut,  posisi ketinggian  dari  saluran  masuk  dan  saluran keluar  harus  diperhitungkan.  Hasil  perhitungan menggunakan rumus volume tabung, ketinggian posisi  saluran  masuk  dan  saluran  keluar  yaitu 10,5  cm  dari  dasar  tangki  bagian  dalam.
Dibawah  posisi  saluran  masuk  dan  saluran keluar,  terdapat  sensor  yang  dipasang  dan saling  berhadapan.  Posisi  sensor  tersebut ditujukan  agar  pembacaan  suhu  dalam  tangki sudah  tercampur  merata  disetiap  sisinya  antara suhu  yang  dipanaskan  oleh  elemen  pemanas  di bagian  bawah  tangki  dan  suhu  air  yang  masuk di  bagian  atas  tangki.  Selain  itu,  baling-baling ditempatkan  di  bagian  tengah  tangki  dengan tujuan untuk meratakan suhu dalam tangki yang digerakkan oleh motor DC.
Model  pemanas  tangki  berpengaduk menggunakan  tiga  tangki  yaitu  tangki  cairan, tangki  proses,  dan  tangki  penampung.  Tangki cairan berisi fluida air yang akan diproses pada tangki  proses.  Air  dipindahkan  dari  tangki cairan  ke  tangki  proses  menggunakan  pompa air.  Pompa  akan  terus  mengisi  tangki  proses dan air keluar ke tangki penampung. Pompa air ditempatkan  pada  dasar  yang  sama  dengan tangki. Pompa tersebut dihubungkan menggunakan  selang  berukuran  5/16  inci. Proses  pemindahan  air  dari  tangki  proses  ke tangki  penampung  menggunakan  sifat  air  yang selalu  berpindah  ke  daerah  yang  lebih  rendah, gaya  gravitasi  bumi,  dan  didorong  oleh  aliran air yang masuk ke tangki proses.
Perancangan  elektrik  pemanas  tangki berpengaduk kontinyu berpusat  pada  papan prototipe NI  ELVIS  II.  Papan  prototipe  ini menjadi  tempat  terhubungnya  sensor-sensor dan  penggerak  aktuator  dengan  perangkat akusisi data. Koneksi rangkaian papan prototipe sistem  pemanas  tangki  berpengaduk  dibuat secara modular agar lebih mudah dipahami dan dibaca. Koneksi pin papan prototipe terdiri dari sambungan  sensor  suhu  ke-1  dan  ke-2, penggerak  elemen  pemanas,  penggerak  motor pengaduk, dan penggerak pompa air.
Terdapat dua buah sensor suhu. Konektor sensor suhu terdiri tiga pin, dua pin untuk catu daya, dan satu pin untuk data. Catu daya kedua sensor tersebut dipasang paralel sedangkan data sensor  1  terhubung  dengan  pin  analog masukkan  AI  7+  dan  data  sensor  2  terhubung dengan pin analog masukkan AI 6+.
Keterangan gambar:
(1) Selang ukuran 5/16”
(2) Pompa air
(3) Hose nipple
(4) Sensor suhu
(5) Baling-baling
(6) Elemen pemanas (7) Motor pengaduk (8) Tangki proses (9) Tangki air
(10) Tangki penampung
Gambar 1. Desain perancangan sistem pemanas tangki berpengaduk kontinyu
Terdapat  tiga  penggerak  aktuator  yang terhubung dengan NI ELVIS II, yaitu penggerak untuk mengendalikan elemen pemanas, penggerak untuk mengendalikan pompa air, dan penggerak untuk mengendalikan motor pengaduk.  Konektor solid  state  relay (SSR) untuk  mengendalikan  elemen  pemanas  terdiri dari  tiga pin,  yaitu  dua  pin  catu  daya  dan  satu pin  untuk  sinyal  kendali.  Pin  sinyal  kendali SSR  dihubungkan  dengan  pin analog keluaran AO0.  Program  akan  mengirim  sinyal  PWM  ke pin  tersebut.  Konektor  penggerak  pompa  air terdiri  dari  4  pin,  yaitu  satu  pin  VCC,  dua  pin untuk mengendalikan arah putaran, dan satu pin untuk  sinyal  kendali.  Pin  +5V  dihubungkan dengan +5V NI ELVIS II. Pin IN1 dihubungkan dengan ground dan  pin  IN2  dihubungkan dengan +5V sehingga motor berputar berlawanan  arah  jarum  jam. Pin  EN  A dihubungkan ke  analog keluaran AO1  sebagai pin  kendali  pompa.  Konektor  penggerak  motor pengaduk  mempunyai  cara  kerja  yang  sama dengan konektor penggerak pompa air. Pin +5V
dihubungkan dengan pin +5V NI ELVIS II. Pin IN3  dihubungkan  dengan ground dan  pin  IN4 dihubungkan  dengan  +5V  agar  motor  berputar forward. Sedangkan pin kendali motor pengaduk, yaitu EN B dihubungkan dengan pin digital keluaran DIO 1.

## Tabel 1. Koneksi pin komponen dengan Pin NI

## ELVIS II
Nama Komponen Pin yang dihubungkan Ket. Pin komponen Pin NI ELVIS II Sensor Suhu LM35DZ (1) 5V +5V GND GND DATA AI7+ Sinyal GND AI7- Sensor Suhu LM35DZ (2) 5V +5V GND GND DATA AI6+ Sinyal GND AI6- Elemen DC+ GND
Pemanas DC- GND CH AO0 PWM Pompa air 5V +5V ENA AO1 PWM IN1 GND IN2 +5V Motor pengaduk 5V +5V ENB DIO 1 ON/OFF IN3 GND IN4 +5V
Perancangan  perangkat  lunak  terdiri  dari dua  bagian  pada  sistem  ini  yaitu,  perangkat lunak  pada  bagian  akusisi  data  sensor  dan perangkat  lunak  untuk  kendali  aktuator. Perangkat  lunak  yang  digunakan  pada  sistem ini  adalah LabVIEW 2017.  Diagram  alir perancangan  perangkat  lunak  pada  akusisi  data sensor  dapat  dilihat  pada  Gambar  2.    Proses akusisi  data  diawali  dengan  pembacaan  data dari  sensor,  kemudian  masuk  ke  perangkat akusisi data yaitu NI ELVIS II. Nilai dari sensor berupa  sinyal  masukan  analog,  sehingga  perlu diubah  menjadi  sinyal  digital  yang  akan ditampilkan  pada  aplikasi LabVIEW sebagai sistem antarmuka.
Gambar 2. Diagram alir program akusisi data sensor suhu
Diagram  alir  perancangan  perangkat lunak  untuk  kendali  aktuator  terbagi  menjadi dua  mode,  yaitu  mode  manual  dan  mode  PID. sebelum megoperasikan sistem, langkah pertama  yang  dilakukan  adalah  memilih  mode kendali  pada  sistem.  diagram  alir  pemilihan mode kendali ditampilkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram alir pemilihan mode kendali sistem
Dalam  diagram  alir  mode  kendali manual,  program  diawal  dengan  memilih dioperasikan.  Setelah  itu,  kondisi  awal  pompa air  dalam  keadaan  mati/OFF.  Tekan  tombol pompa  air  untuk  mengaktifkan  pompa  pada antarmuka.  Pompa  akan  tetap  aktif  sampai tombol  tersebut  ditekan  kembali.  Sama  halnya dengan  pompa  air,  motor  pengaduk  mula-mula dalam keadaan mati/OFF. jika ingin mengaktifkan  motor  pengaduk,  tekan  tombol motor  pengaduk  dan  jika  ingin  menonaktifkan tekan tombol kembali. Kemudian mengaktifkan elemen  pemanas  dilakukan  dengan  cara memasukkan  nilai  PWM  pada  antarmuka. Elemen pemanas akan bekerja berbanding lurus dengan  nilai  PWM  yang  dimasukkan.  Diagram alir  mode  kendali  manual  ditunjukkan  pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram alir mode kendali manual
Data  titik  setel  suhu  dan  parameter  PID dimasukkan terlebih dahulu, kemudian program dijalankan.  Pompa  air  dan  motor  pengaduk akan aktif, kemudian antarmuka akan menampilkan  nilai  titik  setel  dan  nilai  suhu aktual  dalam  bentuk  numerik  dan  grafik terhadap  waktu.  Nilai  titik  setel  dan  nilai  suhu aktual  dibandingkan  dan  diolah  oleh  program PID.  Keluaran  nilai  PID  diubah  menjadi  sinyal PWM  yang  akan  dihubungkan  dengan solid state  relay (SSR). Nilai  keluaran  PID  tersebut ditampilkan dalam antarmuka sebagai indikator kinerja  aktuator  yang  dikendalikan.  Sedangkan SSR  disini  akan  mengendalikan  tegangan  yang digunakan oleh elemen pemanas.  Diagram alir mode kendali manual ditunjukkan pada Gambar 5.

## Gambar 5. Diagram alir mode kendali PID

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  pengujian  sensor  suhu  LM35DZ, digunakan  sebuah  alat  ukur  tambahan  yaitu termometer  TP-101  dengan  ketelitian  0,1°C sebagai pembanding untuk mengetahui bagaimana  pengaruh  suhu terhadap  nilai keluaran  sensor.  Tegangan  keluaran  pada sensor  suhu  diukur  menggunakan  multimeter Richmeter 102 dengan ketelitian 0,1 mV. Hasil pengujian  sensor  suhu  ditunjukkan  pada  Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengukuran sensor Suhu
No Suhu yang Diuji [°C] Tegangan Keluaran Sensor [mV] 1 24,9 255,3 2 27,3 278,6 3 30,0 305,0 4 32,6 331,2 5 35,2 356,2 6 37,1 374,3 7 39,9 402,3 8 42,6 428,4
9 45,0 451,7 10 47,7 477,6 11 50,0 500,8 12 52,6 527,6 13 55,2 551,8 14 57,8 577,7 15 59,9 599,5
Pengujian  dilakukan  sebanyak  15  kali percobaan  dengan  nilai  suhu  yang  diuji berbeda-beda.  Sebagai  representasi  suhu  air yang  sebenarnya,  dibuatkan  grafik  suhu  yang diuji terhadap tegangan  keluaran  untuk  melihat
liniearitas, persamaan regresi, dan nilai koefisien  determinasi  (R-Square).  Persamaan regresi  dan  nilai  koefisien  determinasi  didapat menggunakan fungsi microsoft excel.
Hubungan  tersebut  memiliki  nilai  gradien kemiringan  atau gain sebesar  9,8103  mV/C dengan  nilai  konstanta  tambahan  (c)  sebesar +10,732  mV.  Hubungan  tegangan  keluaran terhadap  suhu  air  memiliki  hubungan  yang linier  terbukti  dari  R-Square bernilai  1. Pembacaan tegangan keluaran rangkaian sensor tersebut  kemudian  dikonversi  menjadi  suhu yang ditampilkan di antarmuka.
Gambar  6. Grafik tegangan keluaran sensor suhu
Pengujian  karakteristik  elemen  pemanas bertujuan  untuk  mengetahui  fungsi  dari penggerak  elemen  pemanas  dan  menganalisis hubungan antara tegangan yang dimasukan dan daya  yang  digunakan  oleh  elemen  pemanas. Pada pengujian ini, digunakan sebuah alat ukur multimeter  Richmeter  102  dengan  ketelitian 0,1V  untuk  mengukur  tegangan  keluaran NI ELVIS  II yang  masuk  ke  penggerak  elemen pemanas  yaitu solid  state  relay  (SSR).
Tegangan keluaran tersebut dihasilkan menggunakan persentase duty cycle pulse width modulation  (PWM) yang  didapat  diubah  pada sistem  antarmuka. kemudian, powermeter LACARTA digital  power  meter dengan ketelitian  1  Watt  digunakan  untuk  mengukur daya  operasi  elemen  pemanas.  Hasil  pengujian
karakteristik elemen pemanas ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel  3.  Data pengujian karakteristik elemen pemanas Duty Cycle PWM [%] Tegangan Keluaran NI ELVIS II [V DC] Daya Elemen Pemanas [Watt] 0 0,0 0,0 10 0,5 99,0 20 1,0 146,0 30 1,5 196,0 40 2,0 237,0 50 2,5 273,0 60 3,0 324,0 70 3,5 342,0 80 4,0 371,0
90 4,5 405,0 100 5,0 415,0
Pengujian  dilakukan  sebanyak  10  kali percobaan dengan nilai persentase kelipatan 10. Untuk  mengetahui  pengaruh  nilai  persentase duty cycle PWM terhadap daya elemen pemanas yang  digunakan,  dibuatkan  grafik  persentase duty cycle PWM terhadap saya elemen pemanas untuk  melihaat  persamaan  regresi  dan  nilai koefisien determinasi (R-Square).
Berdasarkan  grafik  yang  ditunjukkan pada Gambar 7, pengaruh nilai persentase duty cycle PWM sebagai  masukkan  sistem  terhadap daya  elemen  pemanas  sebagai  keluaran  sistem adalah  polinomial.  Hal  tersebut  terbukti  dari
hasil  regresi  polinomial  dengan  nilai R-square yang  mendekati  1,  yaitu  0,9916. Nilai persentase tersebut kemudian dikonversi menjadi daya elemen pemanas yang ditampilkan di antarmuka.
Pengujian karakteristik pompa air bertujuan  untuk  mengetahui  debit  air  yang dialirkan  pada  saluran  masuk  oleh  pompa berdasarkan variasi persentase duty cycle PWM. Pengukuran debit air dilakukan dengan mengoperasikan  pompa  untuk  mengisi  tangki yang  sudah  diketahui  luas  permukaan  dan tingginya.  Pompa  akan  beroperasi  selama  10 detik  yang  sudah  ditentukan  oleh  program LabVIEW untuk mengisi tangki oleh air.
Gambar 7.  Grafik hubungan persentase Duty Cycle PWM terhadap daya elemen pemanas
Setelah  pompa  beroperasi  untuk  mengisi tangki,  maka  diukur  ketinggian  permukaan  air yang  didapat  dan  dikalikan  dengan  luas permukaan tangki tersebut sehingga menghasilkan  volume  air  yang  dihasilkan dalam  10  detik.  Untuk  mengetahui  debit  air yang  dihasilkan, maka  volume  air  yang  sudah diketahui dibagi dengan 10 sehingga didapatkan volume air dalam satu detik.
Dalam pengukuran debit air pada saluran keluar  terdapat  kondisi  yang  harus  terpenuhi, yaitu  tangki  air  sudah  terisi  oleh  air,  lubang saluran  keluar  diatur  untuk  mengisi  akuarium berbentuk balok dengan luas permukaan 83,265 cm 2 . Kemudian, pompa dioperasikan selama 10 detik untuk mengisi tangki yang sudah terisi air,
sehingga  air  akan  mengalir  ke  lubang  saluran keluar untuk mengisi akuarium. Tinggi permukaan air pada akuarium diukur menggunakan  jangka  sorong  mitutoyo  dengan ketelitian 0,02 mm.
Tabel  4.  Data pengujian debit saluran masuk dan debit saluran keluar
Duty Cycle PWM [%] Debit Saluran Masuk [cm 3 /s] Debit Saluran Keluar [cm 3 /s] 0 0,0 0,0 5 0,0 0,0 10 0,0 0,0 15 0,0 0,0 20 0,0 0,0 25 0,0 0,0
30 0,0 0,0 35 0,0 0,0 40 0,0 0,0 45 4,8 5,0 50 7,6 8,3 55 9,5 10,0 60 12,4 12,5 65 14,3 13,3 70 16,2 15,0 75 17,6 16,7 80 19,5 18,3 85 20,9 20,8 90 22,8 22,5 95 25,7 25,0 100 29,5 29,1
Untuk  mengatur  keseimbangan  energi cairan  dalam  tangki,  maka  sistem  harus memenuhi kondisi debit air pada saluran masuk dan  saluran  keluar  adalah  sama,  dan  tangki terisi  oleh  air.  Maka  dari  itu,  penelitian  ini
menggunakan  nilai  masukan Duty  Cycle PWM 45%  yang menghasilkan  debit saluran  masuk  4,8  cm 3 /s  dan  debit  saluran keluar 5,0 cm 3 /s.
Pengujian  motor  pengaduk  dilakukan untuk  mengetahui  pengaruh  motor  pengaduk terhadap  perubahan  suhu  air  dalam  tangki  dan waktu yang dibutuhkan sistem untuk menaikkan suhu. Skenario pengujian dilakukan dengan  menaikkan  suhu  ruangan  yaitu  25,9°C menjadi  suhu  titik  setel  40°C,  parameter  PID yang  digunakan  adalah  Kp=100,  Ti=0,01, Td=0, dan debit air yang masuk dan keluar 4,8 cm 3 /s.  Berikut  tabel  hasil  pengujian  proses pemanasan  mengoperasikan  motor  pengaduk dan tanpa motor pengaduk.
Tabel  5.  Data pengujian proses pemanasan tanpa mengoperasikan  dan mengoperasikan motor pengaduk
Pengujian Suhu Awal (°C) Suhu Akhir (°C) Waktu penyelesaian [Ts] (s) Sensor 1 Sensor 2 Rata-rata Sensor 1 Sensor 2 Rata-rata Tanpa Mengoperasikan Motor Pengaduk 25,9 25,9 25,9 40,3 39,3 39,8 346 Mengoperasikan Motor Pengaduk 25,9 25,9 25,9 39,8 39,8 39,8 360
Berdasarkan Tabel  5,  proses  pemanasan tanpa  menggunakan  pengaduk  mendapatkan perbedaan  suhu  yang  dideteksi  oleh  sensor  1 dan  sensor  2.  Selisih  hasil  pembacaan  dari kedua  sensor  tersebut  adalah  1°C.  Maka  dari itu, proses  pemanasan  tanpa  mengoperasikan motor  pengaduk  menyebabkan  suhu  dalam tangki  tidak  homogen.  Proses  pemanasan dengan mengoperasikan motor pengaduk menghasilkan  suhu  air  yang  homogen.  Suhu yang  dideteksi  oleh  sensor  1  dan  sensor  2 bernilai  sama  yaitu  39,8°C.  Meskipun  waktu yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  titik  setel lebih lama dibanding dengan tanpa mengoperasikan motor pengaduk, proses pemanasan  menggunakan  motor  pengaduk
sudah  memenuhi  persyaratan  sistem  yang dibuat.
Hasil  rancang  bangun GUI  (graphical user  interface)  sistem  kendali  pemanas  tangki berpengaduk kontinyu dapat  dilihat  pada Gambar  8. Sedangkan Gambar  9  menampilkan proses  pengendalian  suhu  air  dalam  tangki menggunakan  pengendali  PID.  Penyajian  data antarmuka  GUI  ini  dibuat  secara  interaktif karena  sistem  dapat  memberikan  reaksi terhadap  aksi  yang  diberikan  oleh  pengguna. Sistem  antarmuka  kendali  suhu  menyajikan hasil  pembacaan  sensor  secara  riil  setiap  0,1 detik,  sehingga  pengguna  dapat  menyaksikan perubahan sistem secara langsung.
Gambar 8. Hasil perancangan GUI
Gambar 9. GUI sistem kendali suhu pemanas tangki berpengaduk kontinyu
Gambar 10. Masukan Step-Respone Step Plant pemanas tangki berpengaduk kontinyu Proses penalaan pengendali PID menerapkan metode Ziegler-Nichols orde
pertama, karena  keluaran  sistem  bernilai konstan  ketika  diberi  masukkan  konstan. Langkah  pertama  yang  dilakukan  adalah melihat  respon  sistem pada  sistem  lingkar terbuka. Parameter sistem yang digunakan yaitu suhu  awal  dan  suhu  air  yang  masuk  ke  sistem adalah  25°C,  debit  air  yang  masuk  dan  keluar 4,8  cm 3 /s  dan  kemampuan  elemen  pemanas
100%.
Dalam menentukan nilai konstanta waktu tunda  (L)  dan  konstanta  waktu  (T)  dari  grafik respon  yang  dihasilkan  oleh  sistem,  dibuat gambar  garis  singgung  pada  titik  belok  kurva berbentuk S dan menentukan perpotongan garis singgung antara garis dengan sumbu waktu dan sumbu variabel  process (garis  tangensial) (Ogata, 2010).
Berdasarkan  gambar  11,  nilai  konstanta waktu  tunda  (L)  yang  didapatkan  sebesar  3 detik,  sedangkan  nilai  konstanta  waktu  (T) sebesar  208  detik.  kedua  nilai  tersebut
digunakan  untuk  menentukan  nilai  parameter PID  pada  sistem  berdasarkan  tabel  peraturan Ziegler-Nichols orde  pertama.  Nilai  parameter PID  yang  sudah  didapatkan  berdasarkan perhitungan, digunakan pada sistem dan berikut hasilnya respon sistem lingkar tertutup.
Gambar 11. Kurva respon plant pemanas tangki berpengaduk kontinyu
(1) (2)
(3)
Melihat  hasil  respon  sistem  dengan parameter PID  yang sudah didapat, maka perlu dilakukan  penalaan  ulang  parameter  PID  agar sistem mencapai  titik  setel  yang  diinginkan dengan  kecepatan  dan  akurasi  yang  tinggi. setelah  dilakukan  penalaan  ulang  parameter PID, maka  didapat  parameter  PID  yang  sesuai kebutuhan  sistem  untuk  mencapai  titik  setel yang  diinginkan,  yaitu  Kp=83.2,  Ti=0.03,
Td=0.00.  Respon  grafik  hasil  penalaan  ulang parameter PID ditunjukkan pada gambar 13.
Gambar 12. Respon grafik dengan parameter PID Kp=83.20 Ti=6.00 Td=1.50
Gambar 13. Respon grafik dengan parameter PID Kp=83.20 Ti=0.03 Td=0.00

## SIMPULAN
Konstruksi  sistem  pada  model  pemanas tangki berpengaduk kontinyu telah dibuat dapat menampung air sebanyak 1000 mL.
Berdasarkan  hasil  percobaan  dan  analisis  yang telah  dilakukan,  pengendali  PID  konvensional dapat  diimplementasikan  pada  penelitian  ini karena  mampu  melakukan pengendalian  suhu air  dalam  tangki  sesuai  dengan  titik  setel  yang diinginkan.  Metode  penalaan  pengendali  PID menerapkan aturan  penalaan Ziegler-Nichols metode  pertama  serta  penalaan  manual.  Hasil penalaan  parameter  PID sesuai  kebutuhan sistem  untuk  mencapai  titik  setel  yang diinginkan, yaitu Kp=83.2, Ti=0.03, Td=0.00.
Pengembangan  pada  sistem  kendali  suhu pemanas  tangki  berpengaduk kontinyu dapat ditingkatkan  lagi  pembacaan  sensor  suhu LM35D  agar  terhindar  dari  gangguan  atau noise, sehingga  data  yang  ditampikan  pada sistem  antarmuka  lebih  akurat.  Selain  itu, sistem  ini  dapat  ditambahkan  gangguan  atau disturbance agar  performa  sistem  dengan menerapkan  pengendali  PID  konvensional dapat  duji.  Membandingkan  penerapan  jenis pengendali  PID  konvensional  dengan  jenis pengendali  yang  lain  untuk  melihat  jenis pengendali  mana  yang  menghasilkan  performa sistem lebih baik.

## DAFTAR RUJUKAN
Jayachitra,  A.,  &  Vinodha,  R.  (2014).  Genetic Algorithm  Based  PID  Controller  Tuning Approach  for  Continuous  Stirred  Tank
Reactor. Advances in Artificial Intelligence, 2014, 1 – 8.
https://doi.org/10.1155/2014/791230
Jibril, M., Tadese, M., & Tadese, E. A. (2020).
Temperature  Control  of  Stirred  Tank Heater  using  Optimal  Control  Technique. June, 9.
https://doi.org/10.20944/preprints202006. 0285.v1 Kabila,  V.,  &  Glan  Devadhas,  G.  (2015). Comparative  Analysis  of  PID  and  Fuzzy PID Controller Performance for
Continuous  Stirred  Tank  Heater. Indian
Journal of Science and Technology, 8(23).
https://doi.org/10.17485/ijst/2015/v8i23/8 5351
Ogata, K. (2010). Modern Control Engineering. In  M.  J.  Horton  (Ed.), Indian  Pediatrics (Fifth, Vol. 39, Issue 12). Pretince Hall.
Rajagopalen,  A.  S.  (2013).  Identification  of  an Effective  Controller  for  a  Stirred  Tank Heater  Process. International  Journal  of Engineering  and  Advanced  Technology,
3(1), 271 – 279.
Septiani,  N.  I.,  Bayusari,  I.,  Caroline,  C., Haiyunnisa, T., & Suprapto, B. Y. (2017). Optimization  of  PID  control  parameters with genetic algorithm plus fuzzy logic in stirred  tank  heater  temperature  control process. ICECOS  2017 - Proceeding  of 2017 International Conference on Electrical  Engineering  and  Computer Science:  Sustaining the  Cultural  Heritage Toward the Smart Environment for Better Future, August, 61 – 66. https://doi.org/10.1109/ICECOS.2017.816
7167
Yudho  Suprapto,  B.,  Bayusari,  I.,  Caroline,  & Muhammad. (2018). Comparison  of
Cascade and Feedforward-Feedback Controllers  for  Temperature  Control  on Stirred Tank Heater Systems. Proceedings - 2018 International Seminar on Application for Technology of Information and Communication: Creative Technology for Human Life, ISemantic 2018, September 2018, 166 – 170. https://doi.org/10.1109/ISEMANTIC.2018
.8549782