fariszuh / ta-pct100

Tugas Akhir "PERANCANGAN KONTROLER TERTANAM MENGGUNAKAN DIRECT NEURAL NETWORK UNTUK PENGATURAN LEVEL TANGKI PCT-100" Departemen Teknik Elektro ITS 2023. Product Process Control Technology 100 (PCT100) by Bytronic : http://www.bytronic.net/product/process-control-trainer-pct-100

Tugas Akhir PCT-100

Repository ini berisi file tugas akhir Implementasi PCT-100. File yang tersedia berisi file program TA yang dibuat Penulis Muhammad Faris Zuhairi (2019 / Wisudawan 128 ITS), dengan judul berikut:

PERANCANGAN KONTROLER TERTANAM MENGGUNAKAN DIRECT NEURAL NETWORK UNTUK PENGATURAN LEVEL TANGKI PCT-100

Link Tugas Akhir: https://repository.its.ac.id/98936/ atau pada direktori "Faris's Undergraduate Thesis (Buku TA)/07111940000164-Undergraduate_Thesis.pdf"

Berikut foto prototype yang dibuat dan dihibahkan ke Lab. Kontrol dan Otomasi Dept. Teknik Elektro ITS

1. Tahap Permodelan

Tahap ini model plant diambil menggunakan identifikasi plant dan penurunan rumus. Permodelan dimulai dengan mengambil data menggunakan STM32 dengan hasil datasets terdapat pada folder berikut:

• /Datasets for Modelling & Test Result/

  • /Karakteristik Drain Valve/ : Data yang digunakan untuk memodelkan drain valve.

    Divariasikan: tegangan drain (Vdrain) dan tegangan flow control valve (Vfc). Dijaga konstan: tegangan pompa (Vpompa) 10V.

  • /Karakteristik Flow Control Valve/ : Data yang digunakan untuk memodelkan flow control valve.

    Divariasikan: tegangan pompa (Vpompa) dan tegangan flow control valve (Vfc). Dijaga konstan: tegangan drain (Vdrain) tertutup (0 VDC).

  • /Karakteristik Pompa/ : Data yang digunakan untuk memodelkan pompa inlet.

    Divariasikan: tegangan pompa (Vpompa). Dijaga konstan: tegangan drain (Vdrain) tertutup (0 VDC) dan dan tegangan flow control valve (22 VDC).

  • /Karakteristik AI USB4716/ : Hasil pengujian DAC Amplifier AO STM32 dengan AI USB4716. Pengambilan data ini tanpa menghubungkan prototype ke plant (actuator dan sensor). Kode pengujian ini ada di folder /Pengujian (Testing)/.

    Divariasikan: tegangan AO STM32.

  • /Karakteristik AO USB4716/ : Hasil pengujian ADC AI STM32 dengan AO USB4716. Pengambilan data ini tanpa menghubungkan prototype ke plant (actuator dan sensor). Kode pengujian ini ada di folder /Pengujian (Testing)/.

    Divariasikan: tegangan AO USB4716.

  • /Pengujian NN/Implementasi/ : Hasil pengujian algoritma NN yang ditanam pada STM32. Pengambilan data ini dengan menghubungkan prototype ke plant (actuator dan sensor).

    Divariasikan: learning rate konstan dan nilai alpha (adaptasi learning rate) --> sudah dipisahkan dalam 2 folder yang berbeda.

  • /Rafif Firdiansyah's Level Sensor Data/ : Excel workbook pembacaan tegangan level sensor dan simpangannya dengan level aktual (cm).

  • /With Both Drain Valve/ : Data yang digunakan untuk memodelkan kedua valve pada kondisi berikut: Terbuka: manual dan motor drain valve. Tertutup: tidak ada.

    Divariasi: tegangan drain (Vdrain).

    Dijaga konstan: tegangan pompa (10 Vpompa) dan tegangan flow control valve (15 Vfc).

  • /with Manual Valve/ : Data yang digunakan untuk memodelkan manual valve pada kondisi berikut: Terbuka: manual drain valve. Tertutup: motor drain valve --> tegangan drain (0 Vdrain) .

    Divariasi: tegangan pompa (Vpompa), dan tegangan flow control valve (Vfc).

    Dijaga konstan: full open manual valve.

  • /with Proportional Drain Valve/ : Data yang digunakan untuk memodelkan motor valve pada kondisi berikut: Terbuka: motor drain valve. Tertutup: manual drain valve.

    Divariasi: tegangan flow control valve (15 Vfc).

    Dijaga konstan: tegangan drain (Vdrain) dan tegangan pompa (Vpompa).

Sedangkan, folder berikut berisi file program DAQ untuk pengambilan data plant.

• /MATLAB USB-4716/ : pengambilan data melalui DAQ Advantech USB-4716

  • /Code TA Dedy Motor Induksi & Altivar 610/ : Kode dan Tugas Akhir Dedy / Bambang Permadi Widyasmara tentang Kontrol PID-GA Motor Induksi.

    • Call.m : file utama yang hanya di run untuk mulai mengambil dan mengirim data.
    • ReadWrite.m : file library yang dibuatkan Faris (tidak perlu diubah-ubah).

  • /Code USB4716 TA Faris (Worked)/ : File yang sudah diuji dan berhasil membaca AI dan mengirim AO.

    • /Hasil Pengujian ADC-DAC STM32 dengan USB4716/ : Berisi file .mat workspace MATLAB pembacaan pengujian sinyal ramp AI dan AO dari Kit STM32 Implementasi.
    • CascadeController.m : mencoba menyusun kontroler cascade berdasarkan AI-AO
    • InstantAI.m : library default MATLAB untuk analog input DAQ
    • NN.m : mencoba menyusun kontroler Direct NN
    • Static_AO.m : library default MATLAB untuk analog output DAQ
    • Static_AO_custom.m : perubahan Static_AO.m agar bisa mengirim sinyal berubah2 (tidak terbatas default sawtooth, sine, square, dll)
    • Static_AO_simple.m : simplifikasi dari Static_AO_custom.m

  • /Library Example Bawaan Navigator App/ : Library MATLAB yang didapatkan dari tutorial aplikasi Navigator.exe.

  • /Library python-advantech-DAQNavi-bdaqctrl/ : Library python untuk USB-4716, masih perlu compiler dari C ke python

• /regresi : regresi respon level dan flow untuk mendapat gain scaling transmitter

  • regresi_FT.m : mencari gain flow meter untuk mengubah tegangan volt ke debit liter/menit (lt/min)
  • regresi_LT.m : mencari gain level sensor untuk mengubah tegangan volt ke level (mm)

• /write_csv : testing program python data logger

  • save_data_fopen.py : test buka data csv menggunakan fungsi fopen()
  • save_data_withopen.py : test buka data csv menggunakan fungsi withopen()

2. Tahap Simulasi

Model yang telah diperoleh pada tahap sebelumnya digunakan untuk desain kontroler.

• /Modelling & PCT-100 Simulation Testing/ :

  • /MAT simulasi/ : Berisi file .mat workspace MATLAB. Setpoint/SP divariasikan 100mm dan dynamic naik turun. MOV divariasi bukaan mulai 0%, 50% (aka 0.5), 100% (aka 1), dan dynamic (uniform random). Untuk Learning Rate (lr) konstan, alpha=0 dan lrinit divariasi mulai dari 1e-5 hingga 5. Namun, untuk Adaptasi Learning Rate melalui parameter alpha, divariasikan alpha mulai 1e-4 hingga 0.1, dimana alpha identik dengan kecepatan perubahan learning rate (lr).

  • /Proteus DAC PWM/ : Berisi simulasi proteus untuk rangkaian PWM generator, amplifier teganan AO, dan filter sebelum diimplementasikan bersama STM32.

  • /Tank Level Modelling/ : Simulasi kontroler berdasarkan model. Namun file terbarunya berada diluar folder ini (upper directory sekali).

  • closedLoop.slx : Simulink closed loop system

  • loadDatasets.m : file function matlab untuk membuka datasets untuk permodelan/menampilkan grafik respon

  • modellingDatasets.m : pengolahan raw data plant untuk mendapatkan gain scaling model

  • openLoop.slx : Simulasi open loop system

• /Pengujian (Testing)/ : Berisi kode untuk pengujian performa kontroller.

  • pengujian_ADC_AI_STM.m : pengujian ADC AI STM32 dengan menginjeksi tegangan AO sinyal ramp naik turun pada USB4716.
  • pengujian_ADC_A0_STM.m : pengujian DAC A0 STM32 dengan DAC STM32 menginjeksi tegangan sinyal ramp naik turun ke USB4716.
  • pengujian_lr.m : berisi kode untuk plot hasil model NN satu satu dari datasets.

3. Tahap Implementasi

• /Datasheet and Manual Embedded System Kit/ : Berisi datasheet dan manual komponen prototype Embedded System Kit.

  • /ADAM 5000L-TCP/ : Folder berisi Advantech ADAM5000L TCP installer, modbus simulator, dan RD9700 USB-Ethernet Driver

  • /Manual Advantech USB4716/ : Folder berisi datasheet Advantech USB4716 dan Tugas Akhir yang menggunakan perangkat DAQ ini. Installer DAQ ini dapat didownload terbaru pada laman resmi Advantech, aplikasi utility dan drivernya ialah Navigator.exe.

  • /Manual PCT100 by Bytronic/ : Folder berisi datasheet PCT-100 dan Burkert Proportional Valve 2835D.

• /Embedded System Kit PCB & Acrylic Box/ : Berisi file PCB dan 3D Akrilik.

  • /3D Akrilik/ : Berisi file cetak akrilik dan gcode 3D print casing USB-TTL Converter.
  • /Schematic PCB/ : Berisi file PCB Eagle.

• /Faris's Undergraduate Thesis (Buku TA)/ : Berisi dokumen Seminar Tugas Akhir (STA Himatektro ITS) dan Tugas Akhir Faris.

• /Konten Sidang (Thesis Defense) dan Proposal/ : Berisi file proposal (dokumen dan PPT sidang sempro) dan PPT sidang TA.

• /Manual Book Embedded System Kit/ : Berisi manual book dari prototype Embedded System Kit yang sudah dibuat. Harap pengguna prototype dan asisten Lab. Kontrol dan Otomasi ITS mempelajari ini.

• /PCT100 with ADAM 5000L MQTT/ : Implementasi PCT100 untuk TA Khoiruz (PID-PSO) dan TA Rafif (fuzzy MQTT) menggunakan ADAM5000L/TCP.

  • /Modelling & Testing/ : Pengujian kontroler fuzzy dan PID dituning PSO
    • /Datasets/ : Hasil pengambilan data openloop untuk TA Khoiruz dan Rafif
    • /multiple subscribe fuzzy/ : testing program MQTT subscribe untuk kontroler fuzzy
      • Close Loop Fuzzy Multiple Subscribe.py : subscribe untuk closed loop system
      • MQTTtestMultipleSubscribe.py : test data masuk MQTT
    • /scaling_regresi_flow_meter/ : mencari gain scaling flow, raw data dari software PCT100 (bukan DAQ) oleh Khoiruz untuk permodelan plant.
    • closedLoop_fuzzy.py : kontroler closed loop fuzzy
    • closedLoop_fuzzy_azzam.py : kontroler close loop fuzzy dengan rule base TA Hamzah Nur Azzam Motor Induksi
    • closedLoop_level.py : kontroler PID close loop level khoiruz
    • closedLoop_level_buTri.py : kontroler PID khoiruz hasil revisi penguji Bu Trihastuti
    • openLoop_level_flow.py : open loop untuk mendapat respon level dan flow identifikasi
    • readStreamModbus.py : Reverse engineering informasi stream Modbus UDP dari DAQ ADAM4000L/TCP
    • systemIdentification.py : Identifikasi sistem orde 1 + time delay dan orde 2 sesuai jurnal Jacoubek_Pavel
    • testRampMotorDC_SPA.py : pengujian sinyal kontrol ramp motor DC untuk tugas sistem pengaturan adaptif
    • testTs.py : pengujian untuk memperkecil timesampling Ts Modbus UDP DAQ ADAM4000L
    • testUDPmasAdrian.py : ambil data informasi AI UDP
    • testUDPmodbus2.py : ambil data informasi AI UDP dengan algoritma lain
  • /Python GUI/ : Test coba desain GUI Python Modbus TCP
  • /Regresi Sensor/ : berisi regresi level transmitter (LT) dan flow meter (FT).
  • /Serial STM32/Send Command.py : berisi kode untuk send command SP, Kp, Ki, Kd ke mikrokontroller STM32 sebagai parameter kontroller.
  • /List Pin IO ADAM.xlsx : List pin Input Output ADAM5000L dan berisi address register Modbus TCP.

• /Rafif's MQTT Mobile App/ : Settingan MQTT Rafif untuk kontroler fuzzy.

  • /Konfigurasi APP IoT MQTT Panel/ : Konfigurasi IoT MQTT Panel (Aplikasi PlayStore).
  • testMQTT.py : implementasi python dengan app IoT MQTT Panel (playstore)

• /Receipt & Buying Report/ : Kumpulan nota dan laporan keuangan pembuatan prototype Embedded System Kit. Budget Rp1juta dari Lab. via Pak Eka Iskandar.

  • Rekap Nota Embedded System Kit_Update 19 Nov 2023.xlsx : Laporan keuangan masuk keluar dan total.

• /References for Citation/ : Kumpulan buku dan jurnal penelitian.

  • /Faris's Journal Reference/ : Referensi jurnal faris untuk neural network dan plant mathematical modelling.
  • /PID ANFIS Hakhi : Referensi jurnal Hakhi berkaitan dengan ANFIS.
  • /Previous Thesis/ : Tugas akhir sebelumnya yang membahas coupled tank, PCT single tank, quadruple tank, NN, dan TA lain yang berkaitan.
  • /System Identification Journal/ : Jurnal referensi identifikasi model system.
  • /Theory Book/ : Buku teori yang dapat digunakan untuk dasar teori bab 2.

• /STM32/MultichannelADC/ : Pengujian kontroler dengan program yang sudah tertanam

Documentation

• /Work Documentation/ : berisi dokumentasi pekerjaan dengan Sobat PCT 2023.

Faris's NN Implementation Video (showed during Final Project Presentation/Sidang TA)

1. PCT100 with constant Set Point https://www.youtube.com/watch?v=iwgPA4LB7lY&ab_channel=MuhammadFarisZuhairi
2. PCT100 with Increasing-Decreasing Set Point (step 50mm) https://www.youtube.com/watch?v=AL7DxppEuDM&ab_channel=MuhammadFarisZuhairi

Team's Documentation

1. [28/03/2023 - Part 1 Paparan Progress Bimbingan TA PCT-100 at 23:24:33] https://youtu.be/hUXw9mhMRqU
2. [28/03/2023 - Part 2 Paparan Progress Bimbingan TA PCT-100 at 23:34:30] https://youtube.com/shorts/yUkm82Lsc_I
3. [28/03/2023 - Part 3 Paparan Progress Bimbingan TA PCT-100 at 23:35:58] https://youtu.be/i6Gw3u0Zylg
4. [28/03/2023 - Part 4 Paparan Progress Bimbingan TA PCT-100 at 23:44:26] https://youtu.be/1I7eSQTP36s
5. [29/03/2023 - Part 5 Paparan Progress Bimbingan TA PCT-100 at 23:04:08] https://youtu.be/HnbYzEy3LrQ

Disclaimer

Apabila terdapat kebingungan pada program/struktur repository, silahkan menghubungi author IDLINE: fariszuh