SIMULATOR SISTEM KONTROL





BAB I PENDAHULUAN
Sistem kontrol merupakan teknologi kunci untuk otomasi industri. Karena itu, ilmu kontrol  menjadi penting dalam berbagai program studi seperti Teknik Fisika, Teknik Kimia, Teknik Elektro, maupun Teknik  Mesin. Untuk memahami sistem kontrol, ilmu dasar yang harus dikuasai para mahasiswa terbentang mulai dari teori sistem dinamik, pemodelan, analis domain waktu, analisis domain frekuensi, hingga ilmu kontrol lanjut. Dari pengalaman dan survey yang dilakukan pada para mahasiswa, ilmu-ilmu ini cukup berat untuk dipelajari secara teoritis tanpa praktek yang memadai. Sayangnya, peralatan sistem kontrol seperti mini-plant, sensor, transmitter, controller, actuator dan lain-lain relative mahal untuk  digunakan sebagai dipakai praktikum. Karena itu simulator menjadi pilihan yang ekonomis, Membuat simulator sistem kontrol cukup mudah, selama perangkat bantu yang dipilih tepat guna. Ukuran tepat guna tersebut, tentunya harus disesuaikan dengan kondisi pemakai, pembuat dan metode pengajaran. Dalam konteks perkuliahan, pemakai simulator yang utama adalah dosen dan mahasiswa. Pada umumnya, dosen ingin simulator yang mampu mendemokan berbagai konsep yang ingin disampaikannya selama pengajaran. Sementara itu mahasiswa menuntut simulator yang dapat dirangkai dengan bebas untuk membentuk berbagai sistem, kemudian dicoba-coba dengan berbagai kasus.Jika dirangkum, sifat simulator yang diharapkan adalah:
  • Ramah pemakai: mudah digunakan.
  • Animatif: memiliki tampilan indah dan hidup.
  • Interaktif: selama simulasi, program dapat menerima masukan dan menanggapinya.
Dilain pihak, pembuat adalah mereka yang membangun atau memodifikasi simulator tersebut, untuk berbagai kasus sistem control sehingga siap digunakan sebagai alat bantu ajar.Dari sisi pembuat, simulator ini haruslah:
• Fleksibel: Menyediakan berbagai modul dasar yang dapat dirangkai dengan mudah untuk berbagai konfigurasi sistem.
• Tingkat tinggi: mudah diprogram, bahkan kalau perlu tanpa pemrograman sama sekali.
BAB II
BAHAN DAN METODE
Ilmu kontrol mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan pengendalian sistem fisis sehingga dapat beroperasi sesuai kinerja yang diinginkan. Sebagai ilustrasi, tinjau sebuah system tangki air pada Gambar 1. Tampak bahwa dari segi tangki:
  • Air dalam tangki memiliki tinggi (h1).
  • Tinggi tersebut diukur oleh level transmitter LT1 sebagai keluaran (y).
  • Air dapat mengalir masuk ke sistem (u) yang akan menambah ketinggian air dalam tangki.
  • Air dapat mengalir keluar sewaktu-waktu sesuai bukaan keran V2, sehingga dianggap sebagai gangguan (w).
Gambar 1. Sistem kontrol tangki air, (sumber : blab ala)

Sementara itu, yang diinginkan adalah menjaga tinggi permukaan air pada tangki tersebut. Untuk itu dipasanglah pengontrol LC1 dimana:
-       Pengontrol menerima set-point variable (SV), yaitu tinggi air yang diinginkan.
-       Pengontrol mengamati tinggi air sebagai process variable (PV).
-       Pengontrol membandingkan PV terhadap SV kemudian menghasilkan manipulated variable (MV) yang akan membuka keran V1 secukupnya agar tinggi h1 berubah ke harga yang diinginkan.
-       Kelakuan pengontrol dapat diatur dengan mengubah parameter penalaan (TUN).  
Dalam sistem kontrol, salah satu masalah mendasar adalah penalaan, yaitu menemukan harga TUN yang tepat agar PV dapat cepat dan mulus mengejar harga SV (Gambar 2).

Gambar 2. Plot PV untuk berbagai penalaan

Untuk membuat simulator sistem control berbasis komputer, diperlukan model matematis yang dapat dihitung secara numerikal (tidak secara analitikal). Salah satu pendekatan adalah menggunakan model sistem dinamik. Pada model ini, suatu sistem dibangun dari beberapa blok yang saling berinteraksi. Interaksi antar blok digambarkan dalam diagram blok seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram blok kontrol tangki

Selanjutnya, tiap blok dapat dirinci sebagai berikut (Gambar 3):
  • State (keadaan): kondisi internal blok yang dapat berubah dari waktu ke waktu.
  • Sinyal masukan: informasi yang masuk kedalam blok dan berpotensi mengubah keadaan internal blok.
  • Sinyal keluaran: informasi dari blok yang tidak mengubah keadaan blok, namun mungkin menjadi masukan bagi blok lain.
  • Proses: kelakuan sistem yang menentukan perubahan state dari waktu ke waktu akibat adanya masukan ke sistem, sekaligus menghasilkan sinyal keluaran dari blok.
Gambar 4. Rincian model blok

Masing-masing blok dapat dirumuskan oleh sepasang persamaan ruang keadaan waktu diskrit berikut:
x(k + 1) = f (x(k),u(k),w(k))                                                      (1)
y(k) = g(x(k),u(k),w(k))                                                            (2)
Selanjutnya, sepasang rumus tersebut dapat digunakan sebagai dasar simulasi dinamika proses melalui implementasi algoritma pemprograman seperti pada Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Algoritma komputasi sistem dinami
BAB III
IMPLEMENTASI SIMULATOR
Algoritma yang telah dibahas sebelumnya adalah dasar berbagai simulasi sistem dinamik, apapun bahasa pemrogaman yang digunakan. Pada bagian ini akan dibahas tiga simulator yang telah dibuat menggunakan Spreadsheet, Flash dan Turbo Pascal.
3.1. Simulator Berbasis Spreadsheet
Spreadsheet merupakan perangkat lunak yang penggunaannya cukup luas dalam berbagai bidang pekerjaan, termasuk untuk administrasi dan pendidikan. Karena itu spreadsheet dapat ditemukan terpasang pada sebagian besar komputer. Selain itu, spreadsheet umumnya dilengkapi dengan fasilitas konversi file antar produk. Kondisi ini memungkinkan simulator berbasis spreadsheet dimainkan pada berbagai komputer tanpa banyak perlakuan khusus. Fasilitas perhitungan yang lengkap, tampilan grafis yang beragam, sistem penggunaan yang intuitif serta ukuran file yang relatif kecil, memungkinkan pembangunan simulator system kontrol yang representatif dan mudah gandakan antar komputer dalam waktu singkat.
Simulator pada makalah ini membutuhkan spreadsheet dengan fasilitas perhitungan dalam beberapa halaman per file. Struktur pembanguan simulator dengna fasilitas ini adalah sebagai berikut:
  • Halaman pertama digunakan sebagai antarmuka, tempat para pengguna menentukan harga parameter proses serta pengontrol yang diinginkan. Ikon-ikon kendali untuk menampung masukan pengguna seperti slider, dialog box dan grafik simulasi yang tersedia sebagai fitur spreadsheet dimanfaatkan pada simulator ini. Halaman kedua selanjutnya menghitung profil dinamik sistem kontrol menggunakan harga parameter yang dimasukkan pada halaman 1. Persamaan (1)-(2) serta algoritma pada Gambar 5 dapat langsung di implementasikan pada spreadsheet melalui perhitungan antar sel. Satu kolom digunakan untuk menghitung nilai satu variabel, dan setiap baris pada kolom tersebut menyatakan perubahan variabel yang bersangkutan terhadap waktu. Selang waktu yang digunakan dapat dipilih oleh pangguna.
Gambar 6. Arsitektur Simulasi Spreadsheet

Pada saat simulasi, pengguna hanya mempunyai hak akses pada halaman 1, di mana batas-batas pilihan parameter sistem telah ditentukan oleh pemrogram. Spreadsheet langsung menghitung dan menampilkan grafik setiap mendeteksi adanya perubahan parameter sistem. Hal ini diilustrasikan pada Gambar 7. Kemampuan ini memfasilitasi penanaman intuitif atas pengaruh perubahan parameter terhadap respon sistem kontrol.
Gambar 7. Tampilan Simulasi Spreadsheet (sumber: www.indowebster.com)
Simulator berbasis Spreadsheet ini memiliki beberapa keunggulan, seperti:
  • Perangkat spreadsheet relatif sudah sangat dikenal masyarakat, terdapat pada banyak komputer dan ukuran file relatif kecil sehingga transportabilitasnya tinggi.
  • Selama persamaan (1)-(2) terdefinisi dengan baik, perhitungannya mudah diprogramkan pada spreadsheet.
Hal ini membuat simulator berbasis Spreadsheet cocok dipakai untuk pengajaran di kelas, terutama pada institusi dengan fasilitas komputasi terbatas. Adapun keterbatasan simulator ini adalah:
  • Terbatasnya fitur untuk animasi sistem, sehingga representasi hanya terbatas pada grafik respon sistem.

3.2 Simulator Berbasis Flash
Flash adalah teknologi perangkat lunak khusus untuk membuat animasi multimedia yang dapat dijalankan sebagai aplikasi desktop, maupun aplikasi web. Proses pengembangannya adalah sebagai berikut (Gambar 8):
  • File sumber program Flash disebut FLA. File ini dibuat menggunakan Flash Development Kit.
  • File program flash disebut SWF yang merupakan hasil kompilasi dari file FLA.
  • File SWF ini dapat langsung dijalankan sebagai aplikasi desktop menggunakan Flash Player.
  • File SWF juga dapat disisipkan pada dokumen HTML kemudian dipasang pada sebuah web server. Dengan sebuah computer klien yang dilengkapi browser dan Flash plugin, pemakai dapat mengakses dokumen HTML+SWF tersebut untuk dijalankan sebagai aplikasi web.
Gambar 8. Siklus program berbasis Flash (sumber :

Karena memang didesain untuk aplikasi multimedia, Flash menyediakan fasilitas yang kaya dan mudah untuk membuat program grafis yang animatif dan interaktif. Arsitektur dasar aplikasi flash terdiri atas beberapa screen yang dapat disusun secara hirarkis maupun terurut (Gambar 9). Selama program berjalan, pemakai akan berhadapan dengan salah satu screen dan dapat berpindah ke screen yang lain dengan fasilitas navigasi.
Gambar 9. Struktur Screen Flash

Selanjutnya, pada tiap screen dapat terdapat beberapa lapis frame. Satu lapisanframe dapat menampilkan berbagai obyek grafis menurut timeline tertentu. Dengan menaruh obyek grafis yang berubah secara gradual dari frame ke frame maka dapat didapat efek animasi yang menarik. Selain itu, obyek grafis juga dapat difungsikan sebagai elemen interaktif. Apabila diklik, obyek tersebut akan melakukan aksi tertentu, misalnya saja untuk mengubah tampilan obyek lain atau pindah screen. Seluruh animasi dan interaksi tersebut dapat dibangun tanpa pemrograman sedikitpun. Untuk animasi tingkat lanjut, tiap obyek harus diprogram agar memiliki kelakuan khusus. Untuk itu Flash menyediakan bahasa berorientasi obyek yang disebut Action Script. Dengan action script inilah simulasi sistem dinamik dapat diimplementasikan. Untuk membuat bahan ajar berbasis Flash, tidak sebatas pada simulator, langkah-langkah utamanya adalah:
  • Untuk satu kuliah, susun silabus yang menjabarkan pokok-pokok topik utama. Masing-masing topik akan menjadi satu modul  Flash (file SWF tersendiri).
  • Untuk tiap topik, susun alur pengajaran lalu turunkan menjadi hirarki halaman (screen).
  • Untuk tiap halaman, buat sketsa teks, grafik, maupun animasi yang akan ditampilkan dan juga interaksi yang diperlukan.
  • Apabila diperlukan simulasi, turunkan model sistem dinamik yang diperlukan.
  • Setelah itu semua terumuskan, gunakan Flash development kit untuk membuat modul Flash.

Setiap modul flash tersebut dapat dijalankan secara mandiri sebagai aplikasi desktop (Gambar 10) maupun aplikasi web (Gambar 11). Agar lebih rapi, dapat dibuat program menu utama yang menata modul-modul tersebut sesuai struktur kuliah yang ada.
Gambar 10. Simulator berbasis Flash sebagai aplikasi Desktop

Gambar 11. Simulator berbasis Flash sebagai aplikasi Web

Jika dirangkum, simulator berbasis Flash memiliki beberapa keunggulan, seperti:
  • Dapat berjalan sebagai aplikasi web maupun aplikasi desktop.
  • Dapat menampilkan bahan ajar maupun simulator pada halaman-halaman yang terstruktur.
  • Tampilannya grafisnya sangat menarik,animatif, dan juga interaktif.
  • Berbagai sistem dapat disimulasikan dengan pemrograman actionScript.
Hal ini membuat simulator berbasis Flash cocok dipakai untuk pengajaran di kelas maupun pengajaran online.Sementara itu, ada juga keterbatasannya seperti:
·         Akses ke perangkat keras tidak ada, sehingga tidak mungkin dipakai untuk praktikum dengan instrumen nyata.
·         Cukup rumit untuk dipelajari sehingga masih sedikit orang yang dapat membangu simulator ini.
·         Kurang fleksibel karena modularitasnya belum dapat sampai tingkat komponen, baru sampai tingkat modul SWF.

3.3 Simulator Berbasis Virtual Control
Virtual Control (Vircon) adalah sebuah program yang khusus dibuat untuk instrumentasi dan kontrol sederhana [1]. Arsitektur dasar Vircon diilhami langsung oleh konsep ruang keadaan.Dengan demikian Vircon terdiri atas blok-blok yang disebut virtual instrumen. Vircon menyediakan berbagai instrumen standard yang dapat dikelompokkan sebagai:
  • Interface: instrumen untuk koneksi masukan keluaran melalui perangkat keras seperti kartu AD/DA maupun komunikasi serial.
  • Meter: instrumen penampil data mulai dari meter jarum analog, digital display, clock, signal tracer hingga data logger.
  • Generator: instrumen penghasil sinyal seperti setter atau signal generator
  • Signal Processor: pengolah sinyal generik dari yang sederhana seperti adder dan multiplier hingga yang rumit seperti fungsi transfer dan state space.
  • Regulatory Controller: pengontrol system kontinyu. Yang paling populer adalah PID dan On-Off.
  • Batch Controller: pengontrol sistem batch yaitu switch-bar dan finite state automata engine.
  • Plant Mimic: instrumen yang berfungsi sebagai human machine interface untuk plant nyata tertentu.
  • Plant Simulator: instrument untuk simulasi plant. Saat ini tersedia simulator rangkaian listrik, tangki, oven pemanas, evaporator, hingga pembangkit listrik dengan reactor nuklir.
Gambar 12. Contoh Modul Tangki Air.

Untuk membuat modul sistem tertentu, misal modul tangki air pada Gambar 12, pemakai (pengajar maupun mahasiswa) dapat melakukan langkah-langkah berikut:
  • Buat modul baru. Dalam konteks Vircon, modul adalah satu kesatuan rangkaian blok yang nantinya dapat disimpan menjadi file tersendiri (VIR). Setiap modul memiliki satu panel kosong dimana pemakai dapat merangkai blok-blok instrumen yang diperlukan.
  • Pilih instrumen yang diperlukan dari menu yang tersedia, dan letakkan di panel. Setiap instrumen memiliki tampilan sendiri pada panel dan dapat ditata sekehendak hati (Gambar 13).
  • Buka dialog properti tiap instrumen untuk mengkoneksikannya ke blok lain dan juga mengatur parameter lainnya.
  • Simpan modul tersebut menjadi file VIR. Modul Vircon yang telah disimpan ini kelak dapat dibuka oleh mereka yang akan melakukan simulasi atau percobaan. Untuk itu tersedia menu-menu:
  • Process: mengatur pewaktuan, dapat diatur agar Vircon ini bekerja secara waktu nyata (untuk koneksi degan instrumen nyata) atau dengan skala waktu (untuk simulasi yang cepat).
  • Reset, Start dan Stop: mengatur jalannya modul.
Gambar 13. Kontrol Tangki Air pada Vircon
Modul Vircon juga dapat dipasang pada web server lalu membuat kaitannya pada halaman HTML. Klien yang ingin mengaksesnya harus memasang prgram Vircon dan mendaftarkannya sebagai program bantu pada browser yang bersangkutan. Jika pemakai meng-klik kaitan ke modul Vircon, browser akan otomatis mendownload modul tersebut dan memanggil Vircon untuk menjalankan modul tersebut. Dibanding simulator berbasis Spreadsheet maupun Flash, Vircon memiliki keunggulan berikut:
  • Sudah menyediakan blok-blok dasar system kontrol maupun sistem dinamik secara umum, tidak perlu pemrograman lagi.
  • Fleksibilitas lebih tinggi Karena modularitasnya hingga tingkat komponen (instrumen) sehigga pemakai mudah merangkai sistem kontrol sendiri.
  • Dapat dihubungkan ke perangkat keras.
  • Tampilanya menarik, animatif, dan interaktif serta sudah khusus dibuat untuk system instrumentasi dan kontrol.
  • Modul Vircon dapat disebarkan sebagai file lokal maupun file di server web. Dengan demikian Vircon dapat dipakai kuliah di kelas maupun percobaan di laboratorium. Vircon juga dapat dipakai untuk materi kuliah on-line namun tidak sebagus Flash.
Di lain pihak, Vircon juga memiliki beberapa kelemahan:
  • Pilihan instrumennya terbatas. Menambah instrumen baru tidaklah mungkin, kecuali oleh pemegang kode sumber Vircon.
  • Vircon adalah program tua yang pada awalnya dibangun dengan Turbo Pascal for Windows untuk sistem operasi Windows 3.x.


BAB I
PENDAHULUAN
Sistem kontrol merupakan teknologi kunci untuk otomasi industri. Karena itu, ilmu kontrol  menjadi penting dalam berbagai program studi seperti Teknik Fisika, Teknik Kimia, Teknik Elektro, maupun Teknik  Mesin. Untuk memahami sistem kontrol, ilmu dasar yang harus dikuasai para mahasiswa terbentang mulai dari teori sistem dinamik, pemodelan, analis domain waktu, analisis domain frekuensi, hingga ilmu kontrol lanjut. Dari pengalaman dan survey yang dilakukan pada para mahasiswa, ilmu-ilmu ini cukup berat untuk dipelajari secara teoritis tanpa praktek yang memadai. Sayangnya, peralatan sistem kontrol seperti mini-plant, sensor, transmitter, controller, actuator dan lain-lain relative mahal untuk  digunakan sebagai dipakai praktikum. Karena itu simulator menjadi pilihan yang ekonomis, Membuat simulator sistem kontrol cukup mudah, selama perangkat bantu yang dipilih tepat guna. Ukuran tepat guna tersebut, tentunya harus disesuaikan dengan kondisi pemakai, pembuat dan metode pengajaran. Dalam konteks perkuliahan, pemakai simulator yang utama adalah dosen dan mahasiswa. Pada umumnya, dosen ingin simulator yang mampu mendemokan berbagai konsep yang ingin disampaikannya selama pengajaran. Sementara itu mahasiswa menuntut simulator yang dapat dirangkai dengan bebas untuk membentuk berbagai sistem, kemudian dicoba-coba dengan berbagai kasus.Jika dirangkum, sifat simulator yang diharapkan adalah:
  • Ramah pemakai: mudah digunakan.
  • Animatif: memiliki tampilan indah dan hidup.
  • Interaktif: selama simulasi, program dapat menerima masukan dan menanggapinya.
Dilain pihak, pembuat adalah mereka yang membangun atau memodifikasi simulator tersebut, untuk berbagai kasus sistem control sehingga siap digunakan sebagai alat bantu ajar.Dari sisi pembuat, simulator ini haruslah:
• Fleksibel: Menyediakan berbagai modul dasar yang dapat dirangkai dengan mudah untuk berbagai konfigurasi sistem.
• Tingkat tinggi: mudah diprogram, bahkan kalau perlu tanpa pemrograman sama sekali.
BAB II
BAHAN DAN METODE
Ilmu kontrol mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan pengendalian sistem fisis sehingga dapat beroperasi sesuai kinerja yang diinginkan. Sebagai ilustrasi, tinjau sebuah system tangki air pada Gambar 1. Tampak bahwa dari segi tangki:
  • Air dalam tangki memiliki tinggi (h1).
  • Tinggi tersebut diukur oleh level transmitter LT1 sebagai keluaran (y).
  • Air dapat mengalir masuk ke sistem (u) yang akan menambah ketinggian air dalam tangki.
  • Air dapat mengalir keluar sewaktu-waktu sesuai bukaan keran V2, sehingga dianggap sebagai gangguan (w).
Gambar 1. Sistem kontrol tangki air, (sumber : blab ala)

Sementara itu, yang diinginkan adalah menjaga tinggi permukaan air pada tangki tersebut. Untuk itu dipasanglah pengontrol LC1 dimana:
-       Pengontrol menerima set-point variable (SV), yaitu tinggi air yang diinginkan.
-       Pengontrol mengamati tinggi air sebagai process variable (PV).
-       Pengontrol membandingkan PV terhadap SV kemudian menghasilkan manipulated variable (MV) yang akan membuka keran V1 secukupnya agar tinggi h1 berubah ke harga yang diinginkan.
-       Kelakuan pengontrol dapat diatur dengan mengubah parameter penalaan (TUN).  
Dalam sistem kontrol, salah satu masalah mendasar adalah penalaan, yaitu menemukan harga TUN yang tepat agar PV dapat cepat dan mulus mengejar harga SV (Gambar 2).

Gambar 2. Plot PV untuk berbagai penalaan

Untuk membuat simulator sistem control berbasis komputer, diperlukan model matematis yang dapat dihitung secara numerikal (tidak secara analitikal). Salah satu pendekatan adalah menggunakan model sistem dinamik. Pada model ini, suatu sistem dibangun dari beberapa blok yang saling berinteraksi. Interaksi antar blok digambarkan dalam diagram blok seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram blok kontrol tangki

Selanjutnya, tiap blok dapat dirinci sebagai berikut (Gambar 3):
  • State (keadaan): kondisi internal blok yang dapat berubah dari waktu ke waktu.
  • Sinyal masukan: informasi yang masuk kedalam blok dan berpotensi mengubah keadaan internal blok.
  • Sinyal keluaran: informasi dari blok yang tidak mengubah keadaan blok, namun mungkin menjadi masukan bagi blok lain.
  • Proses: kelakuan sistem yang menentukan perubahan state dari waktu ke waktu akibat adanya masukan ke sistem, sekaligus menghasilkan sinyal keluaran dari blok.
Gambar 4. Rincian model blok

Masing-masing blok dapat dirumuskan oleh sepasang persamaan ruang keadaan waktu diskrit berikut:
x(k + 1) = f (x(k),u(k),w(k))                                                      (1)
y(k) = g(x(k),u(k),w(k))                                                            (2)
Selanjutnya, sepasang rumus tersebut dapat digunakan sebagai dasar simulasi dinamika proses melalui implementasi algoritma pemprograman seperti pada Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Algoritma komputasi sistem dinami
BAB III
IMPLEMENTASI SIMULATOR
Algoritma yang telah dibahas sebelumnya adalah dasar berbagai simulasi sistem dinamik, apapun bahasa pemrogaman yang digunakan. Pada bagian ini akan dibahas tiga simulator yang telah dibuat menggunakan Spreadsheet, Flash dan Turbo Pascal.
3.1. Simulator Berbasis Spreadsheet
Spreadsheet merupakan perangkat lunak yang penggunaannya cukup luas dalam berbagai bidang pekerjaan, termasuk untuk administrasi dan pendidikan. Karena itu spreadsheet dapat ditemukan terpasang pada sebagian besar komputer. Selain itu, spreadsheet umumnya dilengkapi dengan fasilitas konversi file antar produk. Kondisi ini memungkinkan simulator berbasis spreadsheet dimainkan pada berbagai komputer tanpa banyak perlakuan khusus. Fasilitas perhitungan yang lengkap, tampilan grafis yang beragam, sistem penggunaan yang intuitif serta ukuran file yang relatif kecil, memungkinkan pembangunan simulator system kontrol yang representatif dan mudah gandakan antar komputer dalam waktu singkat.
Simulator pada makalah ini membutuhkan spreadsheet dengan fasilitas perhitungan dalam beberapa halaman per file. Struktur pembanguan simulator dengna fasilitas ini adalah sebagai berikut:
  • Halaman pertama digunakan sebagai antarmuka, tempat para pengguna menentukan harga parameter proses serta pengontrol yang diinginkan. Ikon-ikon kendali untuk menampung masukan pengguna seperti slider, dialog box dan grafik simulasi yang tersedia sebagai fitur spreadsheet dimanfaatkan pada simulator ini. Halaman kedua selanjutnya menghitung profil dinamik sistem kontrol menggunakan harga parameter yang dimasukkan pada halaman 1. Persamaan (1)-(2) serta algoritma pada Gambar 5 dapat langsung di implementasikan pada spreadsheet melalui perhitungan antar sel. Satu kolom digunakan untuk menghitung nilai satu variabel, dan setiap baris pada kolom tersebut menyatakan perubahan variabel yang bersangkutan terhadap waktu. Selang waktu yang digunakan dapat dipilih oleh pangguna.
Gambar 6. Arsitektur Simulasi Spreadsheet

Pada saat simulasi, pengguna hanya mempunyai hak akses pada halaman 1, di mana batas-batas pilihan parameter sistem telah ditentukan oleh pemrogram. Spreadsheet langsung menghitung dan menampilkan grafik setiap mendeteksi adanya perubahan parameter sistem. Hal ini diilustrasikan pada Gambar 7. Kemampuan ini memfasilitasi penanaman intuitif atas pengaruh perubahan parameter terhadap respon sistem kontrol.
Gambar 7. Tampilan Simulasi Spreadsheet (sumber: www.indowebster.com)
Simulator berbasis Spreadsheet ini memiliki beberapa keunggulan, seperti:
  • Perangkat spreadsheet relatif sudah sangat dikenal masyarakat, terdapat pada banyak komputer dan ukuran file relatif kecil sehingga transportabilitasnya tinggi.
  • Selama persamaan (1)-(2) terdefinisi dengan baik, perhitungannya mudah diprogramkan pada spreadsheet.
Hal ini membuat simulator berbasis Spreadsheet cocok dipakai untuk pengajaran di kelas, terutama pada institusi dengan fasilitas komputasi terbatas. Adapun keterbatasan simulator ini adalah:
  • Terbatasnya fitur untuk animasi sistem, sehingga representasi hanya terbatas pada grafik respon sistem.

3.2 Simulator Berbasis Flash
Flash adalah teknologi perangkat lunak khusus untuk membuat animasi multimedia yang dapat dijalankan sebagai aplikasi desktop, maupun aplikasi web. Proses pengembangannya adalah sebagai berikut (Gambar 8):
  • File sumber program Flash disebut FLA. File ini dibuat menggunakan Flash Development Kit.
  • File program flash disebut SWF yang merupakan hasil kompilasi dari file FLA.
  • File SWF ini dapat langsung dijalankan sebagai aplikasi desktop menggunakan Flash Player.
  • File SWF juga dapat disisipkan pada dokumen HTML kemudian dipasang pada sebuah web server. Dengan sebuah computer klien yang dilengkapi browser dan Flash plugin, pemakai dapat mengakses dokumen HTML+SWF tersebut untuk dijalankan sebagai aplikasi web.
Gambar 8. Siklus program berbasis Flash (sumber :

Karena memang didesain untuk aplikasi multimedia, Flash menyediakan fasilitas yang kaya dan mudah untuk membuat program grafis yang animatif dan interaktif. Arsitektur dasar aplikasi flash terdiri atas beberapa screen yang dapat disusun secara hirarkis maupun terurut (Gambar 9). Selama program berjalan, pemakai akan berhadapan dengan salah satu screen dan dapat berpindah ke screen yang lain dengan fasilitas navigasi.
Gambar 9. Struktur Screen Flash

Selanjutnya, pada tiap screen dapat terdapat beberapa lapis frame. Satu lapisanframe dapat menampilkan berbagai obyek grafis menurut timeline tertentu. Dengan menaruh obyek grafis yang berubah secara gradual dari frame ke frame maka dapat didapat efek animasi yang menarik. Selain itu, obyek grafis juga dapat difungsikan sebagai elemen interaktif. Apabila diklik, obyek tersebut akan melakukan aksi tertentu, misalnya saja untuk mengubah tampilan obyek lain atau pindah screen. Seluruh animasi dan interaksi tersebut dapat dibangun tanpa pemrograman sedikitpun. Untuk animasi tingkat lanjut, tiap obyek harus diprogram agar memiliki kelakuan khusus. Untuk itu Flash menyediakan bahasa berorientasi obyek yang disebut Action Script. Dengan action script inilah simulasi sistem dinamik dapat diimplementasikan. Untuk membuat bahan ajar berbasis Flash, tidak sebatas pada simulator, langkah-langkah utamanya adalah:
  • Untuk satu kuliah, susun silabus yang menjabarkan pokok-pokok topik utama. Masing-masing topik akan menjadi satu modul  Flash (file SWF tersendiri).
  • Untuk tiap topik, susun alur pengajaran lalu turunkan menjadi hirarki halaman (screen).
  • Untuk tiap halaman, buat sketsa teks, grafik, maupun animasi yang akan ditampilkan dan juga interaksi yang diperlukan.
  • Apabila diperlukan simulasi, turunkan model sistem dinamik yang diperlukan.
  • Setelah itu semua terumuskan, gunakan Flash development kit untuk membuat modul Flash.

Setiap modul flash tersebut dapat dijalankan secara mandiri sebagai aplikasi desktop (Gambar 10) maupun aplikasi web (Gambar 11). Agar lebih rapi, dapat dibuat program menu utama yang menata modul-modul tersebut sesuai struktur kuliah yang ada.
Gambar 10. Simulator berbasis Flash sebagai aplikasi Desktop

Gambar 11. Simulator berbasis Flash sebagai aplikasi Web

Jika dirangkum, simulator berbasis Flash memiliki beberapa keunggulan, seperti:
  • Dapat berjalan sebagai aplikasi web maupun aplikasi desktop.
  • Dapat menampilkan bahan ajar maupun simulator pada halaman-halaman yang terstruktur.
  • Tampilannya grafisnya sangat menarik,animatif, dan juga interaktif.
  • Berbagai sistem dapat disimulasikan dengan pemrograman actionScript.
Hal ini membuat simulator berbasis Flash cocok dipakai untuk pengajaran di kelas maupun pengajaran online.Sementara itu, ada juga keterbatasannya seperti:
·         Akses ke perangkat keras tidak ada, sehingga tidak mungkin dipakai untuk praktikum dengan instrumen nyata.
·         Cukup rumit untuk dipelajari sehingga masih sedikit orang yang dapat membangu simulator ini.
·         Kurang fleksibel karena modularitasnya belum dapat sampai tingkat komponen, baru sampai tingkat modul SWF.

3.3 Simulator Berbasis Virtual Control
Virtual Control (Vircon) adalah sebuah program yang khusus dibuat untuk instrumentasi dan kontrol sederhana [1]. Arsitektur dasar Vircon diilhami langsung oleh konsep ruang keadaan.Dengan demikian Vircon terdiri atas blok-blok yang disebut virtual instrumen. Vircon menyediakan berbagai instrumen standard yang dapat dikelompokkan sebagai:
  • Interface: instrumen untuk koneksi masukan keluaran melalui perangkat keras seperti kartu AD/DA maupun komunikasi serial.
  • Meter: instrumen penampil data mulai dari meter jarum analog, digital display, clock, signal tracer hingga data logger.
  • Generator: instrumen penghasil sinyal seperti setter atau signal generator
  • Signal Processor: pengolah sinyal generik dari yang sederhana seperti adder dan multiplier hingga yang rumit seperti fungsi transfer dan state space.
  • Regulatory Controller: pengontrol system kontinyu. Yang paling populer adalah PID dan On-Off.
  • Batch Controller: pengontrol sistem batch yaitu switch-bar dan finite state automata engine.
  • Plant Mimic: instrumen yang berfungsi sebagai human machine interface untuk plant nyata tertentu.
  • Plant Simulator: instrument untuk simulasi plant. Saat ini tersedia simulator rangkaian listrik, tangki, oven pemanas, evaporator, hingga pembangkit listrik dengan reactor nuklir.
Gambar 12. Contoh Modul Tangki Air.

Untuk membuat modul sistem tertentu, misal modul tangki air pada Gambar 12, pemakai (pengajar maupun mahasiswa) dapat melakukan langkah-langkah berikut:
  • Buat modul baru. Dalam konteks Vircon, modul adalah satu kesatuan rangkaian blok yang nantinya dapat disimpan menjadi file tersendiri (VIR). Setiap modul memiliki satu panel kosong dimana pemakai dapat merangkai blok-blok instrumen yang diperlukan.
  • Pilih instrumen yang diperlukan dari menu yang tersedia, dan letakkan di panel. Setiap instrumen memiliki tampilan sendiri pada panel dan dapat ditata sekehendak hati (Gambar 13).
  • Buka dialog properti tiap instrumen untuk mengkoneksikannya ke blok lain dan juga mengatur parameter lainnya.
  • Simpan modul tersebut menjadi file VIR. Modul Vircon yang telah disimpan ini kelak dapat dibuka oleh mereka yang akan melakukan simulasi atau percobaan. Untuk itu tersedia menu-menu:
  • Process: mengatur pewaktuan, dapat diatur agar Vircon ini bekerja secara waktu nyata (untuk koneksi degan instrumen nyata) atau dengan skala waktu (untuk simulasi yang cepat).
  • Reset, Start dan Stop: mengatur jalannya modul.
Gambar 13. Kontrol Tangki Air pada Vircon
Modul Vircon juga dapat dipasang pada web server lalu membuat kaitannya pada halaman HTML. Klien yang ingin mengaksesnya harus memasang prgram Vircon dan mendaftarkannya sebagai program bantu pada browser yang bersangkutan. Jika pemakai meng-klik kaitan ke modul Vircon, browser akan otomatis mendownload modul tersebut dan memanggil Vircon untuk menjalankan modul tersebut. Dibanding simulator berbasis Spreadsheet maupun Flash, Vircon memiliki keunggulan berikut:
  • Sudah menyediakan blok-blok dasar system kontrol maupun sistem dinamik secara umum, tidak perlu pemrograman lagi.
  • Fleksibilitas lebih tinggi Karena modularitasnya hingga tingkat komponen (instrumen) sehigga pemakai mudah merangkai sistem kontrol sendiri.
  • Dapat dihubungkan ke perangkat keras.
  • Tampilanya menarik, animatif, dan interaktif serta sudah khusus dibuat untuk system instrumentasi dan kontrol.
  • Modul Vircon dapat disebarkan sebagai file lokal maupun file di server web. Dengan demikian Vircon dapat dipakai kuliah di kelas maupun percobaan di laboratorium. Vircon juga dapat dipakai untuk materi kuliah on-line namun tidak sebagus Flash.
Di lain pihak, Vircon juga memiliki beberapa kelemahan:
  • Pilihan instrumennya terbatas. Menambah instrumen baru tidaklah mungkin, kecuali oleh pemegang kode sumber Vircon.
  • Vircon adalah program tua yang pada awalnya dibangun dengan Turbo Pascal for Windows untuk sistem operasi Windows 3.x.

0 komentar:

Poskan Komentar