Perancangan dan Pembuatan Sistem Kontrol Rotary Flexible Fixture Berbasis PLC dengan Kompensator PID

Susanto, Adi (2018) Perancangan dan Pembuatan Sistem Kontrol Rotary Flexible Fixture Berbasis PLC dengan Kompensator PID. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[img]
Preview
Text
2115105008-Undergraduate_Theses.pdf - Accepted Version

Download (2MB) | Preview

Abstract

Proses pemesinan logam melibatkan mesin perkakas, mata potong, serta benda kerja yang dicekam dan diarahkan oleh jig and fixture. Dibutuhkan pengembangan teknologi jig and fixture untuk mengerjakan benda kerja dalam posisi sudut secara teliti dan efisien, Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, telah dikembangkan sebuah prototype rotary flexible fixture yang terdiri dari komponen pengatur sudut rotary dan posisi sudut miring. Penelitian ini difokuskan pada perancangan dan pembuatan sistem kontrol berbasis PLC dengan kompensator PID yang digunakan untuk menentukan posisi sudut pada rotary flexible fixture untuk mendukung proses pemesinan seperti pada milling CNC, dan CNC EDM, machinig center dan lain-lain. Data awal perancangan didapatkan dengan memilih komponen sistem kontrol dan spesifikasinya, Seluruh komponen disusun dalam bentuk closed-loop system, dilanjutkan mencari bentuk state space equation dalam time domain, atau overall transfer function dalam frequency domain. Analisa sistem kontrol ini menggunakan bantuan software MATLAB 2015a, dengan memasukkan overall transfer function maka kestabilan sistem dapat dievaluasi dengan metode Routh-Hurwitz, Nyquist dan Root-Locus. Time response sistem diperiksa terhadap target perancangan masing-masing response, misalnya nilai rise time diharapkan tidak melebihi 0,2 detik, settling time tidak melebihi 0,4 detik, dan steady state error diharapkan mendekati harga nol dengan allowable error ±2%. Bila time response belum memenuhi target perancangan yang diharapkan, maka akan ditambahkan kompensator PID yang dilengkapi dengan sistem tuning. Analisa kestabilan sistem kontrol pada komponen pengatur posisi sudut rotary dan posisi sudut miring menurut kriteria Routh-Hurwitz, diperoleh hasil bahwa tidak ada perubahan tanda pada kolom pertama, sementara hasil dengan metode Root-Locus, diperoleh letak poles di sebelah kiri sumbu imajiner dengan akar karakteristik -8,214 dan -890.8± 1,47×104jω untuk komponen pengatur sudut rotary sedangkan untuk komponen pengatur posisi sudut miring memiliki akar karakteristik pada -3,648, -22.310 dan -441,5, selanjutnya menurut kriteria Nyquist menghasilkan diagram frequency response sistem tidak melingkupi titik (-1+j0). Jadi Menurut hasil analisa dari ketiga kriteria kestabilan tersebut, dapat disimpulkan bahwa sistem komponen pengatur sudut rotary dan komponen pengatur posisi sudut miring stabil. Sementara evaluasi Time response diperoleh rise time 0,267 detik, settling time 0,476 detik untuk komponen pengatur posisi sudut rotary, rise time 0,616 detik, settling time 1,123 detik untuk komponen pengatur posisi sudut miring, dan kedua komponen pengatur posisi sudut mencapai steady state error mendekati nol dengan allowable error ±2%. Karena time response ini belum memenuhi target yang diharapkan, maka ditambahkan kompensator PID, Pada saat dilakukan tuning dengan harga proporsional gain Kp 1,5 diperoleh rise time 0,178 detik, settling time 0,317 detik untuk komponen pengatur posisi sudut rotary sedangkan komponen pengatur posisi sudut miring mencapai rise time 0,181 detik, settling time 0,369 detik pada harga Kp 4,5 dan derivative gain Kd 0,3 dan kedua komponen mencapai steady state error tetap nol. Hasil perancangan ini akan digunakan sebagai dasar untuk perakitan dan pemrograman PLC dengan kompensator PID. ========================================================== Machining process consist of machine tool, cutting tool and work piece that must securely held by jig and fixture. An innovation of jig and fixture to machined work piece at desired angle, accurately and efficiently are called for. A rotary flexible fixture prototype then developed, to locate work piece at desired angular position using rotary and tilt angular positioning components to complement machining processes such as CNC mill, EDM, machining center, etc. This research focused on designing PLC based control system with PID compensator for the rotary flexible fixture prototype. Preliminarily, find state space equation at time or frequency domain of all components. These components then assembled into closed-loop transfer function and calculated its overall transfer function. Analysis of control system stability then follow, using such methods as Routh-Hurwitz, Nyquist and Root Locus, to simplify the process, the use of MATLAB is required. Next, the system’s time responses need to be evaluated, design targets are rise time no more than 0.2 second, settling time not exceeding 0.4 second and zero steady state error with ±2% allowable error. If time response are not satisfy the target, the use of PID compensator is mandatory. Stability analysis results shows no sign change at the first column of Routh-Hurwitz table for both systems, roots exact location at -8.214 and -890.8±1,47×104jω of LHP for rotary component, and -3,648, -22.310 and -441,5 for tilt component, Nyquist frequency response are not encircle (-1+j0) point, these two system are stable according to these three criteria. Time responses analysis results in time response 0.267 second and settling time 0,476 second for rotary component and rise time 0,616 second, settling time 1,123 second for tilt components, while, both systems yield zero steady state error. To meet design targets, PID compensator were employed, after tuning at proportional gain Kp 1.5, rotary component reached rise time 0,178 second, settling time 0,317 second, tilt component on the other hand reach rise time 0,181 second, settling time 0,369 second when Kp 4,5 and derivative gain Kd 0,3, two system maintain steady state error. These results are essential for PLC programming, assembly process and general consideration or recommendation for selecting components to gain a simple yet better perform control system.

Item Type: Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords: Rotary flexible fixture, PLC, time response, frequency response, PID compensator and tuning
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery
T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ213 Automatic control.
Divisions: Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User: Adi Susanto
Date Deposited: 01 Jul 2021 06:31
Last Modified: 29 Aug 2021 02:00
URI: https://repository.its.ac.id/id/eprint/55777

Actions (login required)

View Item View Item