BAB III RANCANGAN PENELITIAN
3.1 Perancangan Alat
Gambar 3.1 merupakan blok diagram dari seluruh sistem otomasi kertas daur ulang. Namun pada tugas akhir ini hanya dibatasi pada sistem pengepresan bubur kertas. Sistem pengeresan merupakan sebuah mekanik pres yang terhubung dengan blok – blok sistem yang berada di dalam kotak bergaris pada gambar 3.1. Mekanik pres yang akan dirancang terbuat dari plat besi agar dapat menahan beban saat proses pengepresan dilakukan. Blok sistem yang terhubung dengan mekanik pres terdiri dari sensor kelembaban, sensor plat, sensor loyang, dan motor DC. Sensor yang digunakan pada blok sensor loyang dan sensor plat adalah limit switch. Kedua sensor tersebut berfungsi sebagai pembatas gerakan plat pengepres dan sebagai safety system. Untuk sensor kelembaban digunakan sensor HSM-20G yang berfungsi sebagai pengukur kelembaban udara pada loyang (cetakan). Sebagai aktuator mekanik pres digunakan motor DC yang beroperasi pada tegangan 24 Volt dengan besar arus 0,85 Ampere. Sebagai pengendali utama pada sistem digunakan mikrokontroler AVR seri ATmega 8535, dan mode kendali yang digunakan pada sistem adalah kendali dua posisi (on-off) histerisis.
3.1.1. Perancangan Mekanik Pres
Perancangan mekanik sistem pengepres meliputi plat pengepres, rangka – rangka pengepres, roda gigi (gear) dan loyang. Bentuk fisik sistem pengepresan kertas daur ulang dibuat seperti gambar 3.3. Fungsi pada tiap bagian mekanik pengepres dapat dijelaskan sebagai berikut:
a) Motor DC
Motor DC digunakan sebagai aktuator yang menggerakkan roda gigi (gear) yang terhubung pada plat pengepres. Ketika sensor kelembaban mencapai setpoint maka mikrokontroler memberikan perintah kepada motor untuk menggerakkan plat pengepres. b) Roda Gigi (Gear)
Roda gigi berfungsi untuk menyalurkan daya dari motor ke mekanik pengepres. Kecepatan putaran motor digunakan untuk memutar roda gigi agar mendapatkan torsi yang digunakan untuk menggerakkan plat pengepres.
c) Pengepres
Pengepres berfungsi menekan bubur kertas untuk membentuk dan mengurangi kadar air dalam bubur kertas. Pengepres terdiri dari plat besi berukuran kertas A4, plat tersebut terhubung dengan pipa besi yang digerakkan oleh roda gigi.
Gambar 3.3. Bentuk Fisik Mekanik Pengepres Kertas
3.1.2. Perancangan Roda Gigi (Gear)
Sebagai pemindah daya dari motor ke mekanik pres digunakan roda gigi. Pada perancangan ini roda gigi yang digunakan adalah gearbox dengan rasio 1:200 dan torsi sebesar 25 kg. Gearbox tersebut terhubung dengan plat besi yang menekan bubur kertas. Penghubung antara gearbox dengan plat besi adalah rantai dengan diameter 1 cm.
Gambar 3.4. Gearbox
3.1.3. Sistem Dongkrak Diferensial
Sebagai penggerak plat pengepres digunakan sistem dongkrak diferensial (Rack and Pinion). Sistem ini bekerja berdasarkan daya yang ditransmisikan dari motor melalui roda gigi untuk mengangkat beban dengan gerak linear. Pada kaki tiang penyangga mekanik pres dibuat plat menyerupai gear yang dapat disambung dengan gearbox. Plat yang menyerupai gear tersebut dibuat lurus agar dapat bergerak secara linear untuk menggerakkan plat pengepres. Sistem dongkrak diferensial dibuat seperti gambar 3.5.
Sensor Kelembaban
Sensor Loyang Pengepres
Rak loyang Motor DC
Roda Gigi (gear) Sensor Plat
Gambar 3.5. Rancangan Sistem Dongkrak Diferensial
3.1.4. Kendali Dua Posisi (on-off)
Mode kendali yang akan digunakan pada perancangan adalah kendali dua posisi (on-off). Mode kendali dua posisi digunakan karena rangkaian pembalik putaran motor DC hanya membutuhkan masukan logika 0 atau 1. Kendali dua posisi akan bekerja setelah
setpoint kelembaban dimasukkan ke mikrokontroler. Kemudian keluaran dari kendali dua posisi akan menjadi masukan bagi rangkaian pembalik putaran motor DC. Jika keluaran dari kendali dua posisi bernilai 01 maka motor berputar ke kanan, dan jika bernilai 10 maka motor berputar ke kiri. Putaran motor DC tersebut akan menggerakkan plant yaitu plat pengepres yang berfungsi untuk menekan bubur kertas. Gerakan plant akan menjadi
input sensor yang kemudian akan menjadi umpan balik terhadap sistem. Diagram blok sistem pengepres dapat dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Rancangan Diagram Blok Sistem Pengepres
3.1.5. Motor DC
Dalam sistem ini digunakan motor DC sebagai aktuator yang menggerakkan mekanik pengepres. Penggunaan motor DC pada perancangan dikarenakan memiliki torsi yang lebih besar dari motor stepper untuk mengangkat beban. Tipe motor yang digunakan adalah motor DC DGM-204-2A. Motor DC tersebut beroperasi pada tegangan 24 Volt dengan arus sebesar 0,85 Ampere.
Beban
Daya angkat
Gambar 3.7. Motor DC DGM-204-2A
Gambar 3.8. Karakteristik Motor DC Secara Umum
3.1.6. Pembalik Putaran Motor DC
Untuk mempermudah membalik putaran motor digunakan komponen driver IC L293D. Di dalam IC L293D terdapat dua buah driver motor DC, namun yang digunakan hanya satu driver. VCC1 diberi tegangan sebesar 5 Volt sebagai sumber tegangan driver. VCC2 diberi tegangan 12 Volt sesuai dengan tegangan nominal motor. Kaki 1Y dan 2Y adalah keluaran untuk motor. Kaki 1EN (enable) dihubungkan ke sumber 5 Volt karena motor tidak memerlukan PWM untuk merubah kecepatan motor. Untuk kaki ground semua digabung menjadi satu.
Kaki 1A dan 2A sebagai logika masukan pada driver untuk membalik putaran motor. Kaki 1A dan 2A dihubungkan ke kaki PB4 dan PB5 pada mikrokontroler seperti gambar 3.13. Jika 1A diberi logika 1 dan 2A diberi logika 0 maka motor berputar searah jarum jam. Jika 1A diberi logika 0 dan 2A diberi logika 1 maka motor berputar berlawanan arah jarum jam. Konfigurasi logika masukan dapat dilihat pada tabel 3.1. Untuk menghentikan putaran motor kaki 1A dan 2A diberi logika 1 atau 0. Selain itu juga dapat dilakukan dengan cara memberi logika 0 pada kaki 1EN. Konfigurasi rangkaian driver
Tabel 3.1. Konfigurasi Logika Masukan IC L293D Kaki 1A Kaki 2A Putaran Motor
0 0 Berhenti
1 0 Searah jarum jam 0 1 Berlawanan jarum jam
1 1 Berhenti
Gambar 3.9. Rangkaian Driver Motor IC L293D
3.1.7. Sensor Posisi
Sensor posisi yang digunakan pada perancangan ini adalah limit switch. Penggunaan sensor posisi terdapat pada dua blok sistem, yaitu blok sensor plat dan blok sensor loyang. Dalam hal ini limit switch berfungsi sebagai saklar untuk memberikan masukan logika tinggi atau rendah pada mikrokontroler. Sebelum terhubung dengan sumber tegangan, terlebih dahulu limit switch dihubungkan dengan resistor pull-down. Fungsi dari resistor pull-down tersebut adalah agar kondisi default dari input
mikrokontroler mendapat logika 0. Ketika limit switch ditekan maka input mikrokontroler akan berubah menjadi logika 1.
Gambar 3.10. Rancangan Sensor Posisi 5V 12V Input mikrokontroler pin D5 Input mikrokontroler pin D6 GND Vcc Input mikrokontroler pin B 0,1
3.1.8. Pembagian Port Mikrokontroler
Sistem akan dikendalikan oleh mikrokontroler sebagai pengendali utama. Tiap blok sistem terbagi dalam beberapa port yang terdapat pada mikrokontroler. Pembagian port
pada mikrokontroler adalah sebagai berikut :
1. Blok sensor plat menggunakan port PA6 dan PA7.
2. Blok Sensor Kelembaban menggunakan port PA3, PA4, dan PA5. 3. Blok motor pengepres menggunakan port PD5 dan PD6.
4. Blok sensor Loyang menggunakan port PD2, PD3, dan PD4.
Rancangan rangkaian tiap blok sistem yang terhubung mikrokontroler dibuat seperti gambar 3.11.
Gambar 3.11. Pembagian Port Pada Mikrokontroler