ii ABSTRAK
ANALISIS DAN PEMANFAATAN TABUNG OPTIK BENTUK U UNTUK PENGUKURAN KEKERUHAN AIR KOLAM BUDI DAYA IKAN SERTA PENGONTROLANNYA MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC
CONTROLLER (PLC)
Oleh
DEWI SARTIKA RHOMADHANI
Telah direalisasikan sensor kekeruhan dari bahan optik bentuk U untuk pengontrolan kekeruhan air kolam budi daya ikan menggunakan PLC. Sensor kekeruhan bahan optik bentuk U terdiri dari LED RGB sebagai transmitter dan LDR sebagai receiver. Dibuat juga sensor kekeruhan dari tabung optik bentuk lingkaran dan sensor kekeruhan tanpa bahan optik. Pengkalibrasian sensor terhadap tingkat kekeruhan menggunakan turbidimeter yang memiliki satuan Nephelometric Turbidity Units (NTU). Sampel air yang diukur dari 0 NTU-900 NTU. Pengontrolan kekeruhan air kolam budi daya ikan menggunakan PLC Omron CPM1A. Sistem pompa penghisap dan pembuangan air bekerja ketika kekeruhan air kolam mencapai kekeruhan referensi,yaitu 400 NTU. Saat kekeruhan berada dibawah kekeruhan referensi sistem berhenti bekerja. Berdasarkan hasil penelitian menggunakan sensor kekeruhan bahan optik bentuk U output sensor berkisar 0,01 volt-0,03 volt. Sementara sensor kekeruhan bahan optik bentuk lingkaran memberikan respon tetap terhadap perubahan kekeruhan, dan sensor kekeruhan tanpa bahan optik memberikan respon linier.
i
ABSTRACT
ANALYSIS AND UTILIZATION OF THE U SHAPE OPTICAL TUBE TO CONTROL POND FISH FARMING WATER TURBIDITY USING PLC
By
DEWI SARTIKA RHOMADHANI
It has been realized a turbidity sensor from U shape optical materials for controlling turbidity of pond’s water fish farming using PLC. U shape turbidity sensor consists of a RGB LED as transmitter and LDR as receiver. We also made a round-shape turbidity sensor from optical materials and turbidity sensor without optical materials. Turbidity sensor calibration on the level of turbidity using a turbidimeter, witch has units Nephelometric Turbidity Units (NTU).Water samples were measured from 0 NTU-900 NTU. The water turbidity of pond fish farming controlledby Omron PLC CPM1A. The vacuum pump system and sewerage works when the pool water turbidity reaches a reference turbidity, which is 400 NTU. When turbidity was under turbidity reference, system stops working. Based on the results of research using a U-shaped optical materials turbidity respond output sensor was only about 0.01 volts-0.03 volts. On the other hand the round-shape from optical materialsturbidity sensor did not respond to changes in turbidity, while the turbidity sensor without optical materials give linear response.
ANALISIS DAN PE KEKERUHAN AIR KOLAM BUDI DAYA ANNYA MENGGUNAKAN PROGRAMMA
CONTROLLER (PLC)
Oleh
DEWI SARTIKA RHOMADHANI
Skripsi
gai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gela SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
ltas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Ala
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Dewi Sartika Rhomadhani dilahirkan pada tanggal 01 Maret 1993 dilahirkan di Sumberjaya Kabupaten Lampung Barat dan merupakan
anak keempat dari enam bersaudara pasangan dari Bapak Kasmir dan Ibu Inulmah.
Penulis memulai perjalanan sekolah berawal sekolah di SDN 4 Simpang Sari hingga lulus pada tahun 2005. Selanjutnya melanjutkan
sekolah di SMPN 1 Sumberjaya Lulus pada Tahun 2008 dan melanjutkan sekolah di SMAN 1 Sumberjaya lulus pada tahun 2011. Setalah lulus dari SMA kemudian penulis melanjutkan kuliah di jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung
melalui jalur SNMPTN undangan. Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam berbagai organisasi. Penulis tergabung dalam Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) sebagai anggota SAINTEK periode 2011- 2012, sekretaris bidang
SAINTEK periode 2012-2013, anggota departemen ADKES BEM FMIPA Unila periode 2012-2013, UKM Rohani Islam (ROIS) Fakultas MIPA sebagai anggota
bidang SBM periode 2011-2012. Selain aktif di organisasi penulis juga aktif dalam bidang akademik, penulis juga aktif sebagai asisten praktikum yaitu Fisika Dasar I, Fisika Dasar II, Elektronika Dasar I, Elektronika Dasar II, Fisika
viii
pengkondisi sinyal. Tahun 2012 penulis masuk 10 besar mengikuti lomba
OSN-PTI yang diadakan oleh PT.Pertamina dalam bidang riset.
Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di RSG GAS BATAN
SERPONG dengan judul “ Analisis Dan Uji Nilai Batas Kanal Pengukuran Fluks Neutron Pada Daerah Intermediate (Menengah) JKT02 CX811 Di RSG GAS
ix
Bismillahirohmanirroim
Allhamdulilah ku ucapkan syukur kepada Allah SWT, ku persembahkan karya kecilku untuk kedua orang tua, keluarga besar
x
“
Sibuk ngerjain skripsi tetep inget sholat
”
Bertawakalah kepada Allah, Allah (pasti) memberi ilmu kepada
kalian
[Al-Baqarah: 282]
Membaca tanpa merenungkan adalah bagaikan makan tanpa
dicerna
xii
SANWACANA
Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kuasa-Nya
penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada
pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini,
terutama kepada:
1. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T., sebagai pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan serta nasihat untuk menyelesaikan tugas akhir.
2. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A, sebagai pembimbing II yang senantiasa
memberikan masukan-masukan serta nasihat untuk menyelesaikan tugas
akhir.
3. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si.,sebagai penguji yang telah mengoreksi
kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.
4. Ibu Dr. Yanti Yuliati, M.Si., selaku ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
5. Bapak Prof. Suharso, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
6. Kedua orangtuaku yang tiada henti memberiku semangat dan doa.
7. Ibu Suprihatin, S.Si, M.Si., sebagai Pembimbing Akademik, yang telah
memberikan bimbingan serta nasehat dari awal perkuliahan sampai
xiii
8. Para dosen serta karyawan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
9. Pamanku Ilham Dani dan bibiku Budi Utami yang selalu memberikan
motivasi dan nasihat.
10. Orang yang mengasihi dan yang kukasihi.
11. Sahabatku Umi, Desty, Ayu, Ulil, Laras, Siti, Fathul, Trunggana, dan Puji
yang telah membantu penulis dalam proses penyelesaian skripsi.
12. Teman–teman seperjuangan angkatan 2011 yang selama ini memberikan
semangat.
13. Kakak-kakak tingkat serta adik-adik tingkat dan semua teman-teman.
Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa senantiasa memberikan rahmat dan
hidayah-Nya, serta memberkahi hidup kita. Amin.
Bandar Lampung, Agustus 2015
Penulis
xi
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum. Wr.Wb
Segala puji kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan rahmat
dan kasih sayang.
Skripsi yang berjudul “Analisis Dan Pemanfaatan Tabung Optik Bentuk U Untuk
Pengukuran Kekeruhan Air Kolam Budi Daya Ikan Serta Pengontrolannya
Menggunakan Programmable Logic Controller (PLC)” disusun sebagai salah satu
syarat yang harus ditempuh untuk mendapat gelar Sarjana Sains dari Universitas
Lampung. Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangan dan
membutuhkan sarab dan kritik yang bersifat membangun terhadap pengembangan
skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat untuk kita semua.
Assalamualaikum. Wr.Wb
Bandar Lampung, Agustus 2015
Penulis,
xiv
B. Perbedaan penelitian ini dengan penelitian terkait ... 10
C. Landasan Teori 1. Faktor-faktor yang berpengaruh pada budi daya ikan ... 10
2. Kekeruhan (Turbidity) ... 13 A. Tempat dan Waktu penelitian ... 38
B. Alat dan Bahan Penelitian ... 38
C. Langkah Kerja Penilitian ... 40
xv
E. Rancangan sensor ... 43 F. Rancangan Data Pengamatan ... 45
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.Pengujian Alat ... 46 B.Karakteristik Sensor ... 49 C.Rancangan Program ... 64
V. KESIMPULAN
A. Kesimpulan ... 70 B. Saran ... 71
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Indeks bias cahaya pada frequensi menengah ... 16
3.1 Input dan output PLC ... 43
3.2 Data pengujian karakteristik sensor kekeruhan ... 45
4.10 Data pengujian alat keseluruhan ... 48
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Rancang bangun alat ukur kekeruhan ... 7
2.2 Perancangan sistem kekeruhan air ... 8
2.3 Sistem sensor ... 9
2.4 LED (Light Emiting Dioda) ... 14
2.5 Spektrum cahaya tampak ... 17
2.6 Cahaya didasar kolam renang dibiaskan dipermukaan air.. ... 18
2.7 Sinar sisi pararel dibiaskan saat melewati kaca. ... 29
2.8 Diagram definisi PLC ... 21
2.9 Komponen utama penyusun CPU ... 23
2.10 Sistem PLC ... 24
2.11 Contoh Komponen Input Pada PLC ... 28
2.12 Pemasangan Piranti Input Pada PLC OMRON ... 28
2.13 Contoh komponen output pada PLC ... 29
2.14 Pemasangan Komponen Output Pada PLC OMRON) ... 29
2.15 Timer ... 32
2.16 Diagram waktu on-delay ... 33
xviii
2.18 Counter ... 34
2.19 Macam-macam PLC ... 34
2.20 Rangkaian komparator sederhana ... 37
3.1 Diagram alir penelitian ... 40
3.2 Diagram blok penelitian ... 41
3.3 Diagram alir rancangan sistem ... 42
3.4 Prototype kolam budidaya ikan dari akuarum ... 43
3.5 Rangkaian sensor kekeruhan dengan komparator ... 44
3.6 Diagram alir pengkalibrasian sensor kekeruhan dengan turbidimeter .... 44
3.7 Desain sensor kekeruhan tabung U ... 45
4.1 Alat keseluruan penelitian ... 47
4.2 Rangkaian hardware relay dengan komparator ... 47
4.3 Sensor kekeruhan bentuk U ... 49
4.4 Pengambilan data sensor kekeruhan... 50
4.5 Grafik tegangan terhadap kekeruhan pada LED merah ... 50
4.6 Grafik tegangan terhadap kekeruhan pada LED hijau... 51
4.7 Grafik tegangan terhadap kekeruhan pada LED biru ... 52
4.8 Cahaya menyebar keluar tabung optic ... 53
4.9 Grafik repeatabilitas dengan 3 kali pengulangan ... 54
4.10 Desain sensor kekeruhan bentuk lingkaran ... 56
4.11 Grafik tegangan teradap kekeruhan ... 57
4.12 Desain sensor kekeruhan LED dan LDR yang bersebrangan ... 59
4.13 Grafik hubungan tegangan terhadap tingkat kekeruhan ... 60
xix
4.15 Tampilan awal dari program Syswin 3.4 ... 65
4.16 Ladder diagram pengisisan dan pengosongan kolam ikan ... 66
4.17 Tampilan network 1 ... 66
4.18 Tampilan network 2 ... 66
4.19 Tampilan network 3 ... 67
4.20 Komunikasi serial antara PC dengan PLC. ... 67
4.21 Proses transfer program ... 68
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Programmable Logic Controller (PLC) merupakan sistem kontrol untuk proses produksi dalam dunia industri yang sangat memerlukan keahlian di bidang
kontrol. Banyak kelebihan penggunaan alat kontrol tersebut dibandingkan dengan
sistem kontrol proses konvensional, diantaranya jumlah kabel yang dibutuhkan
bisa berkurang, mengkonsumsi daya yang lebih rendah, bisa dengan cepat
mendeteksi kesalahan, dan sparepart yang dibutuhkan tidak banyak, tetapi kelemahan sistem kontrol juga ada yaitu kesulitan saat dilakukan penggantian dan
kesulitan dalam pelacakan kesalahan (Setiawan, 2005).
Berbagai macam PLC yang digunakan dalam perindustrian diantaranya Siemens,
Omron, Mitsubishi, Allen Bradley. Semua jenis merk PLC memiliki fungsi yang
sama sebagai kontrol/kendali. PLC CPM1A produk PLC dari omron merupakan
sebuah mikrokontroler (CPU PLC biasa berupa mikrokontroler maupun
mikroprosesor) yang dilengkapi dengan peripheral yang dapat berupa masukan
digital, keluaran digital atau relai. Perangkat lunak programya sama sekali
berbeda dengan bahasa computer seperti basic, C dan lain-lain. Programnya
menggunakan apa yang dinamakan sebagai diagram tangga atau ladder diagram.
2
perangkat lunak dan keras yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi didalam dunia
industri (Putra, 2004).
Sebagai negara kepulauan yang besar, dengan pulau-pulau seluas ± 1.900.000 km2
dan lautan seluas ± 6.864 km2 maka Indonesia adalah negara perikanan yang
memiliki potensi tinggi. Keadaan ini cukup mencerminkan luas dan tingginya
potensi perikanan, besar peluang untuk menggali sumber-sumber hayati perairan
yang belum termanfaatkan. Selain perairan laut yang demikian luas, Indonesia
juga memiliki perairan darat yang cukup luas, yaitu sekitar 15 juta hektar. Angka
ini belum termasuk luas perairan buatan yang terbentuk dengan dibangunnya
bendungan, waduk maupun resevor-resevor air dipemukiman-pemukiman
(Susanto, 2009).
Konsumsi ikan pada tahun 2014 mencapai 40 kg/kapita/tahun, kebutuhan ikan
pada pasar domestik dapat mencapai angka 6 juta ton/tahun. Dengan demikian
usaha kegiatan budi daya ikan air tawar merupakan salah satu upaya untuk
memenuhi kebutuhan bahan baku protein hewani tersebut baik untuk konsumsi
sendiri atau memenuhi permintaan pasar.
Air merupakan faktor utama dalam usaha budi daya ikan. Tanpa adanya air yang
cukup dengan kualitas baik maka budi daya ikan mengalami berbagai hambatan.
Hal yang harus diperhatikan untuk pertumbuhan ikan diantanya kualitas air.
Kualitas air yang baik membuat laju pertumbuhan ikan semakin baik yaitu kadar
oksigen yang cukup, kadar oksigen yang rendah (kurang dari 2 mg/l air) dapat
menyebabkan ikan megap-megap, terdapat gelembung udara pada kulit, mata, dan
3
mempengaruhi pertumbuhan ikan. Suhu yang ideal untuk kolam ikan berkisar
antara 25-30o C, keasaman pH air berkisar antara 6-7 dan kekeruhan air berkisar
antara 200-400 Nephelometric Turbidity Units (NTU).
Kekeruhan adalah keadaan buram atau kekaburan dari cairan yang disebabkan
oleh partikel individu (padatan tersuspensi) yang umumnya tidak terlihat dengan
mata telanjang, mirip dengan asap di udara. Kekeruhan mengacu pada konsentrasi
ketidaklarutan, Keberadaan partikel dalam cairan yang diukur dalam
Nephelometric Turbidity Units (NTU). Kekeruhan dalam air permukaan dapat disebabkan oleh pertumbuhan fitoplankton, kegiatan manusia yang mengganggu
tanah, seperti konstruksi dapat menyebabkan tingkat sedimen yang tinggi ketika
memasuki perairan selama musim hujan karena limpasan air hujan sehingga
menciptakan kondisi keruh (Kautsar, 2010).
Kekeruhan dapat diukur dalam banyak cara seperti metode turbidimeter.
Turbidimetri adalah suatu metoda analisis kuantitatif yang berdasarkan pada
pelenturan sinar oleh suspensi zat padat. Pada dasarnya yang diukur adalah
perbandingan antara intensitas sinar yang diteruskan dengan intensitas sinar
mula–mula. Sinar yang dipancarkan oleh lampu (sumber cahaya) akan
dipantulkan oleh cermin cekung dan kemudian dijatuhkan pada contoh yang
mengandung partikel yang tersuspensi. Sinar yang jatuh pada partikel–partikel
yang tersuspensi tersebut akan ditebarkan/dihamburkan. Kemudian sinar yang
dihamburkan oleh cuplikan akan ditangkap oleh nephelometer yang mana arahnya
tegak lurus (90o) dari sumber cahaya. Sinar yang diteruskan ditangkap oleh
pengamat yang arahnya membentuk garis lurus dari sumber cahaya. Namun alat
4
selalu ada metode-metode untuk pengukuran kekeruhan dengan standar yang
sama dan kualitas yang baik.
Dengan demikian peneliti memanfaatkan bahan optik bentuk U sebagai sensor
kekeruhan untuk mengendalikan kekeruan air kolam budidaya ikan dengan
menggunakan PLC Omron CPM1A sebagai kontrolnya. Sensor kekeruhan ini
menggunakan LED sebagai transmitter dan LDR sebagai receiver dan
diasumsikan efektif, mudah dibersihkan, LED dan LDR tidak basah, bahan optik
yang mudah didapatkan, murah dan dapat dibuat dengan mudah.
B. Tujuan Penelitian
Penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut.
1. Menganalisa karakteristik sensor kekeruhan dari bahan optik bentuk U.
2. Membandingkan keluaran sensor kekeruhan dengan hasil pengukuran
turbidimeter.
3. Untuk mengetahui fungsi dan cara kerja PLC Omron CPM1A
4. Mengaplikasikan PLC Omron CPM1A untuk kontrol kekeruhan air kolam
budi daya ikan.
5. Mengontrol kekeruhan air kolam budi daya ikan.
C. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian adalah memudahkan pengukuran kekeruhan dan optimalnya
5
D. Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang akan diselesaikan sebagai berikut.
1. Bagaimana desain dan realisasi alat pengontrol kekeruhan air kolam budi
daya ikan dengan menggunakan PLC Omron CPM1A.
2. Bagaimana aplikasi sensor kekeruhan pada pengontrolan kekeruhan air kolam
budi daya ikan.
E. Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Sumber cahaya yang digunakan yaitu LED merah, hijau dan biru.
2. Kekeruhan air yang diukur yaitu 0 NTU, 50 NTU, 100 NTU, 200 NTU, 300
NTU, 400 NTU, 500 NTU, 600 NTU, 700 NTU dan 900 NTU.
3. Bahan optik yang digunakan yaitu lampu neon bentuk U.
4. Penelitian ini mengontrol kekeruhan air kolam pengontrolannya
menggunakan PLC Omron CPM1A.
5. Kekeruhan referensi air kolam budi daya ikan disesuaikan berdasarkan
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terkait
Penelitian terdahulu yang terkait (Riza et al, 2010) yaitu rancang bangun model
simulator teknik penanggulangan genangan air (banjir) di area bawah jalan layang
(flyover) dengan menggunakan PLC Omron CPM2A sebagai pengendali sistem
otomatisnya. Sistem otomatis ini digunakan untuk mengendalikan kerja dua buah
pompa air. Limpahan air hujan yang terkumpul di reservoir sebagian akan
dipompakan kesebuah tendon penampung air. Air tendon tersebut digunakan
untuk menyemprot jalan raya pada saaat suhu mencapai nilai tertentu. Selain dua
pompa tersebut, sistem juga mengendalikan sebuah selenoid valve membuka dan
menutup saluran air untuk menyiram taman. Sensor hujan sebagai penanda bahwa
lingkungan sedang terjadi hujan.
Penelitian terkait tentang kontrol turbidity telah dilakukan (Nuzula et al, 2013)
rancang bangun alat ukur kekeruhan air berbasis mikrokontroler. Alat ini dibuat
dengan menggunakan fotodioda sebagai receiver dan LED sebagai transmitter
untuk mengukur tingkat kekeruhan air serta mikrokontroller ATMega 8535 untuk
pemerosesan data. Alat kekeruhan air dibuat berdasarkan metode Nephelometer
7
Gambar 2.1 merupakan rancang bangun alat ukur kekeruhan. Sinyal keluaran dari
alat ini menunjukkan nilai tegangan yang sebanding dengan kekeruhan air.
Gambar 2.1. Rancang bangun alat ukur kekeruhan (Nuzula et al, 2013).
Perbandingan intensitas cahaya yang tersebar oleh sampel dalam kondisi
persyaratan dengan intensitas cahaya tersebar oleh suspensi referensi standar
dibawah kondisi yang sama. Semakin tinggi intensitas cahaya tersebar, maka
semakin tinggi tingkat kekeruhan. Alat rancang bangun ini mempunyai
pengukuran yang terbatas antara 0 – 200 NTU. Di luar itu hasil pengukuran yang
ditampilkannya tidak dapat terukur.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan (Manik, 2013) rancang bangun aplikasi
sistem pendeteksi kekeruhan air menggunakan mikrokontroler AVR Atmega
8535. Pengukuran kekeruhan air dengan menggunakan sensor LDR (Light
Dependent Resistor), dimana sensor ini dapat mendeteksi air dari tingkat cahaya
LED yang menembus air tersebut, maka akan terdeteksi kekeruhan air.
Pemprosesan dan pengendalinya dilakukan oleh ATMega 8535. Dapat dilihat
8
Gambar 2.2. Perancangan sistem kekeruhan air (Manik, 2013)
Parameter yang digunakan pada pengukuran yaitu ketinggian air dan intensitas
cahaya yang diterima oleh sensor LDR, namun penggunaan LDR dalam
perancangan ini kurang efisien dalam pendekteksian kekeruhan air karena adanya
perubahan debit air yang signifikan memerlukan adanya reaksi sensor yang
tanggap terhadap plant.
Metode lain pengukuran kekeruhan (Hendrizon, 2012) alat ukur tingkat kekeruhan
zat cair berbasis mikrokontroler AT89S51 dengan menggunakan sistem sensor
9
penampil data hasil pengukuran. Alat ukur ini bekerja berdasarkan prinsip
hamburan cahaya oleh partikel-partikel tersuspensi di dalam zat cair, dengan
posisi fototransistor adalah 90o terhadap cahaya yang datang dari LED (disebut
metode Nephelometer). Jarak antara partikel penghambur dan detektor
fototransistor pada metode Nephelometer terbatas dalam jarak yang dekat (sekitar
7 cm), dan kemampuan pengukuran alat ini adalah dalam rentang 6 NTU hingga
164 NTU. Sistem sensor ini dipasang untuk mengetahui pengaruh jarak antara
sumber cahaya dan sensor fototransistor dengan variasi sudut 0o, 90o dan 45o .
Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Sistem sensor (Hendrizon, 2012).
Desain dan realisasi alat deteksi kecerahan minyak goreng kelapa sawit dengan
menggunakan sensor optocoupler berbasis mikrokontroler ATMega8535 (Yuyun,
2013). Penelitian tersebut menggunakan perangkat keras sensor optocoupler,
mikrokontroler ATMega8535, K-125 dan komputer. Sensor optocoupler
menggunakan LED merah, hijau dan biru sebagai sumber cahaya. Proses kerja
10
LDR yang berada pada sebrang LED. Kemudian keluaran dari LDR dibaca
mikrokontroler dan ditampilkan dalam bentuk persentasi kecerahan oleh
komputer. Dari ketiga sumber cahaya yang digunakan LED merah menghasilkan
kecerahan paling tinggi, hal ini karena memiliki panjang gelombang yang besar
sehingga cahaya yang ditransmisikan juga besar.
B. Perbedaan penelitian ini dengan penelitian terkait
Sensor kekeruhan pada penelitian ini memanfaatkan bahan optik bentuk U.
Menggunakan LDR sebagai receiver dan LED sebagai transmitter dan. Sumber
cahaya yang digunakan yaitu LED merah, hijau dan biru. Cahaya dilewatkan pada
bahan optik bentuk U dan diterima oleh LDR sebagai receiver.
C. Landasan Teori
1. Faktor-faktor yang berpengaruh pada budidaya ikan
Sumber daya peraiaran umum yang dapat dimanfaatkan untuk pengembangan
budidaya perikanan meliputi perairan air tawar, seperti sungai, waduk, saluran
irigasi teknis, rawa, danau dan perairan payau seperti tambak, hutan bakau dan
perairan laut. Di indonesia perairan umum meliputi luas 141.690 hektar (Anonim,
1994).
Perairan umum seperti waduk, sungai danau, rawa, saluran irigasi, payau dan laut
menyimpan banyak kendala yang dapat mempengaruhi budi daya ikan diperairan
tersebut. Kendala-kendala yang bersifat menghambat proses. Faktor-faktor yang
11
budidaya ikan. Tanpa adanya air yang cukup dengan kualitas baik maka budi daya
ikan mengalami berbagai hambatan.
Hal-hal yang harus diperhatikan berkaitan dengan kondisi air meliputi sumber air,
kualitas air, kuantitas air, kontinuitas air, dan saluran pengangkut air.
a. Sumber air
Ada empat macam sumber air untuk pengairan yaitu air hujan, air embun, air
permukaan dan air tanah. Air permukaan merupakan air pengairan yang banyak
di Indonesia, terutama di jawa yaitu berupa sungai dan waduk. Sungai baik
digunakan untuk sumber air budidaya ikan karena mengandung unsur hara yang
berguna bagi pertumbuhan makanan alami ikan.Waduk atau bendungan sebagai
sumber air budi daya ikan sangat baik sebab debit airnya relatif stabil. Air tanah
yang baik untuk sumber budidaya ikan biasanya yang telah keluar dari permukaan
tanah. Jika antara sumber air tanah dan letak unit perkolam terpisah maka air
harus dialirkan melalui saluran terlebih dahulu. Hal ini bertujuan untuk
memperbaiki kualitas air tanah tersebut karena biasanya air yang baru keluar dari
tanah memiliki unsur hara dan pH nya rendah (Susanto, 2009).
b. Kualitas air
Yang harus diperhatikan berkaitan dengan kualitas air meliputi temperatur, derajat
keasaman (pH), kadar oksigen terlarut (O2), kadar amonia (NH3), kadar
karbondioksida (CO2), kadar nitrogen (NO3), kandungan bahan organik dan
zat-zat beracun. Kualitas air diperairan sangat berpengaruh terhadap kehidupan
(perkembangan dan pertumbuhan) ikan dan organisme lainnya yang bermanfaat
12
menghambat pertumbuhan ikan, bahkan sering kali menimbulkan kematian pada
ikan. Misalnya konsentrasi oksigen yang rendah (kurang dari 2 mg/l air) dapat
menyebabkan ikan megap-megap, terdapat gelembung udara pada kulit, mata, dan
insang sehingga ikan menjadi sulit bernafas dan akhirnya mati. Konsentrasi
amonia (NH3) dan nitrogen (NO2) yang tinggi (lebih dari 1 mg/l) juga dapat
menimbulkan kematian pada ikan, bahkan pada konsentrasi 100 mg/l air semua
organisme perairan akan mati.
Konsentrasi amonia (NH3) diperngaruhi oleh keadaan derajat keasaman (pH) dan
temperatur perairan. Makin tinggi pH dan temperatur air menyebabkan makin
tinggi konsentrasi NH3 sehingga daya racun NH3 juga semakin meningkat
(Cahyono, 2001).
Berikut adalah sifat fisik dan kimia air untuk usaha pemeliharaan perikanan.
a. Kekeruhan air berkisar antara 25-400 NTU. Semakin banyak padatan
tersuspensi dalam air, air terlihat semakin kotor dan semakin tinggi nilai NTU.
b. Muatan Suspensi 25-400 Part Per Million (PPM)
c. Kecerahan lebih besar dari 10% penetrasi cahaya sampai dasar perairan.
d. Suhu yang ideal untuk kolam ikan berkisar antara 25-30o C.
e. Keasaman pH berkisar antara 6-7 (Cahyono, 2001).
c. Kuantitas air
Selain mutu air yang harus baik, jumlahnya pun harus mencukupi untuk mengairi
seluruh areal perkolaman. Jika jumlah air tidak mencukupi maka kegiatan budi
daya ikan akan terhambat.
13
Persediaan air untuk budidaya ikan harus sepanjang tahun. Bila saat persediaan air
berkurang maka harus diusahakan seluruh kolam pemeliharaan sudah terisi.
Dengan demikian, kebutuhan air tidak terlalu banyak karena kebutuhan air hanya
untuk mengganti air yang menguap atau hilang karena bocor.
e. Saluran pengangkut air
Jauhnya sumber air dari unit perkolaman menyebabkan air harus melalui berbagai
saluran pengangkut air, misalnya jembatan air (flume/aquaduct), terowongan
(tunnel), bangunan terjun (drop structure), saluran miring/serepotan (chute),
terowongan bawah (syphon), dan bangunan bagi (Susanto, 2009).
2. Kekeruhan (Turbidity)
Kekeruhan adalah suatu ukuran biasan cahaya di dalam air yang disebabkan oleh
adanya partikel koloid dan suspensi yang terkandung dalam air. Menurut
(Michael, 1994) kekeruhan air disebabkan oleh lumpur, partikel tanah, potongan
tanaman atau fitoplankton.
Tingkat kekeruhan akan mempengaruhi daya ikat air terhadap oksigen, semakin
keruh air yang digunakan, ikan semakin sulit bernafas karena kekurangan oksigen.
Selain itu, insang akan tertutup oleh partikel-partikel lumpur, batas pandang ikan
14
3. LED (Light Emitting Dioda)
LED merupakan suatu semikonduktor sambungan PN yang memancarkan cahaya
apabila diberi panjar maju (Sutrisno, 1987). Gambar 2.4 merupakan contoh LED.
Didalam LED terdapat sejumlah zat kimia yang akan mengeluarkan cahaya jika
elektron-elektron melewatinya. Seperti dioda normal LED terdiri dari sebuah chip
bahan semikonduktor yang diisi penuh dengan ketidakmurnian untuk menciptakan
sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa muatan elektron dan dan
lubang mengalir ke sambungan dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika
elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ketingakat energi yang lebih rendah
dan melepas energi dalam bentuk foton (Akbar, 2011).
Gambar 2.4. LED (Light Emiting Dioda)
4. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh
cahaya yang diterima. LDR dibuat dari bahan cadmium sulfida (Cds) yang peka
terhadap cahaya. Saat cahaya mengenai mengenai LDR, foton akan menabrak
atom Cds dan melepaskan elektron. Semakin besar intensitas cahaya yang datang,
maka semakin banyak elektron yang terlepas dari ikatannya sehingga hambatan
15
Karakteristik LDR terdiri atas dua macam yaitu laju recovery dan respon spektral.
1. Laju Recovery
Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai dalam
waktu tertentu.
2. Respon spektral
LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang
gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa
digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja,
emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar
yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik
(Herlambang, 2010).
5. Indeks Bias
Pada awalnya oleh newton cahaya dipandang sebagai pancaran partikel-partikel
halus dan pada tahap berikutnya, oleh Huygens cahaya dipandang sebagai
gelombang elastis didalam medium ether yang mengisi seluruh ruang kosong.
Dari eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich hertz di sekitar pertengahan abad
19 yang lalu, cahaya diyakini sampai sekarang sebagai gelombang
elektromagnetik yang menjalarnya tidak memerlukan medium. Sehingga
teori-teori Newton dan Huygens maupun hipotesis adanya ether jadi runtuh, disanggah
sepenuhnya dan terjabarkan berdasarkan teori gelombang elektromagnetik
(Soedojo, 2004).
Berdasarkan perkembangan-perkembangan teori tetang cahaya, cahaya perlu
16
karakteristik dari gelombang pada situasi-situasi tertentu dan karakteristik dari
partikel pada situasi-situasi yang lain (Jewett, 2010).
Laju cahaya dalam udara hampa adalah 2,99792458 x 108 m/s yang biasa
dibulatkan menjadi 3,00 x 108 m/s. Laju ini berlaku untuk semua gelombang
elektromegnetik, termasuk cahaya tampak (Giancoli, 2001). Di udara laju tersebut
hanya sedikit lebih kecil. Pada benda transparan lainnya, seperti kaca dan air,
kelajuannya selalu lebih kecil dibanding di udara hampa. Sebagai contoh, dalam
air cahaya merambat kira-kira dengan laju ¾ c. Perbandingan laju cahaya di udara
hampa (c) dengan laju materi tertentu (v) disebut indeks bias (n):
n = (2.1)
indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 (artinya, n ≥ 1) dan nilainya untuk
berbagi materi diberikan pada tabel 2.1 dengan cahaya yang digunakan yaitu
cahaya kuning dengan λ = 589 nm (giancoli B, 2001).
Tabel 2.1 indeks bias dengan sumber cahaya kuning yang memiliki λ = 589 nm
No Medium n = c/v
1 Air 1,33
2 Alkohol etil 1,36
3 Kaca kuarsa lebur 1,46
4 Kaca korona 1,52
Cahaya merambat lebih lambat pada suatu zat dibandingkan dengan diudara
hampa dapat dijelaskan pada tingkat atomik sebagai akibat serapan dari
pemancaran kembali cahaya oleh atom-atom dan molekul-molekul pada bahan
17
a. Spektrum Cahaya tampak
Dua istilah cahaya yang dapat langsung dideskripsikan dengan teori gelombang
untuk cahaya yaitu intensitas cahaya (kecerahan) dan warna. Intensitas cahaya
merupakan energi yang dibacanya persatuan waktu dan sebanding dengan kuadrat
amplitudo gelombang. Warna cahaya berhubungan dengan pajang gelombang
atau frekuensi cahaya tersebut. Cahaya tampak yaitu cahaya yang sensitif bagi
mata manusia yang mempunyai panjang gelombang 400 nm sampai 750 nm
(Giancoli, 2001) seperti yang di tunjukan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Spektrum cahaya tampak
Didalam cahaya tampak terdapat warna-warna dari ungu sampai merah. Cahaya
dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari 400 nm disebut ultraviolet
(UV) dan cahaya dengan panjang gelombang lebih besar dari 750 nm disebut
inframerah (Giancoli, 2001).
b. Hukum Snellius
Hukum-hukum snellius mendasari kaidah-kaidah optika geometris dalam alat-alat
optik. Hukum-hukum itu tak lain ialah kaidah-kaidah yang berkenaan dengan
pemantulan dan pembiasan sinar-sinar cahaya sebagai berikut.
1. Sinar datang, garis normal, sinar pantul dan sinar terbias semuanya terletak
18
2. Sudut pantul sama dengan sudut datang.
3. Perbandingan antara sinus sudut datang dan sinus sudut bias adalah tetap, tak
tergantung besar sudut datang.
Sudut datang adalah sudut antara arah normal, yakni arah tegak lurus bidang batas
dan arah sinar datang, dan sudut pantul ialah sudut antara arah normal dan arah
sinar terpantul. Sedang yang dimaksud sudut bias ialah sudut antara arah normal
dan arah sinar terbias (Soedojo, 2004).
Jika kita melihat kebawah dasar kolam renang, air terliat dangkal seperti Gambar
2.6. Ini disebabkan cahaya dari titik pada bagian bawah kolam dibiaskan
dipermukaan air ke udara sehingga muncul ke arah yang baru.
Gambar 2.6 Cahaya didasar kolam renang dibiaskan dipermukaan air.
Kecepatan cahaya tergantung pada substansi yang dilewatinya, sehingga berkas
cahaya pada Gambar 2.7 keluar menuju udara, kecepatan menyimpang jauh dari
normal saat melintasi permukaan. Pada persimpangan dari kaca kembali ke udara,
cahaya kembali ke panjang gelombang aslinya. O
I
Sinar muncul udara
19
Gambar 2.7. Sinar sisi pararel dibiaskan saat melewati kaca.
Pada Gambar 2.7 gelombang di udara mencapai A dan D pada saat yang sama
(waktu tempuh yang sama). Ketika cahaya berjalan sepanjang AB, saat itu juga
cahaya bergerak sepanjang DC pada kaca. Jadi rasio (kecepatan di
udara/kecepatan cahaya di dalam gelas) dapat ditulis persamaan berikut:
= = (2.2)
Dimana AB/DB = sin i pada gambar 2.7 dan CD/BD = sin r seingga persaamaan
(2.2) menjadi (Horrison, 1999).
= = n (2.3)
Persamaan (2.3) merupakan persamaan yang digunakan untuk mencari nilai
indeks bias pada medium kaca dengan perbandingan kecepatan cahaya diudara
dan kecepatan cahaya di medium kaca. Persamaan ini dapat digunakan pada
medium lain yang mampu dilewati oleh cahaya tampak (transparan).
r r
i
20
6. Programmable Logic Controller (PLC)
Menurut (Rozan et al, 2005) PLC merupakan sistem yang dapat memanipulasi,
mengeksekusi dan atau memonitor keadaan proses pada laju yang amat cepat,
dengan dasar data yang bias di program dalam sistem berbasis mikroprosesor
integral. PLC menerima masukan keluaran sinyal-sinyal listrik untuk
mengendalikan suatu sistem, dengan demikian besaran-besaran fisika dan kimia
yang dikendalikan sebelum diolah oleh PLC, akan dirubah menjadi sinyal listrik
analog maupun digital, yang merupakan data dasarnya.
Karakter proses yang dikendalikan oleh PLC sendiri merupakan proses yang
sifatnya bertahap, yakni proses itu berjalan urut untuk mencapai kondisi akhir
yang diharapkan. Menerapkan teknologi PLC merek OMRON seri SISMAC
CPM1A sebagai penggerak otomatis pintu garasi mobil. (Novriadi, 2011) PLC
Omron CPM 1A/2ntuk pengontrolan dengan beban berat.
PLC modern merupakan sistem kontrol berbasis mikroprosesor yang dirancang
untuk beroperasi di lingkungan industri. PLC diprogram untuk merasakan,
mengaktifkan dan mengontrol peralatan industri yang menggabungkan sejumlah
besar I/O poin yang memungkinkan berbagai sinyal listrik untuk antarmuka.
Perbedaan utama antara PLC dan mikrokomputer adalah:
1. pemrograman sebagian besar adalah berkaitan dengan kontrol logika dan
operasi blok fungsi.
2. rangkaian interfacing merupakan bagian tidak terpisahkan dari kontrol.
3. PLC dikemas tahan getaran, suhu, kelembaban dan kebisingan (Crispin,
21
Kontrol program dari PLC menganalisa sinyal input kemudian mengatur keadaan
output sesuai dengan keinginan pemakai. Keadaan input PLC digunakan dan
disimpan didalam memory dimana PLC melakukan instruksi logika yang di
program pada keadaan inputnya. Peralatan input dapat berupa sensor fotoelektrik,
push button pada panel kontrol, limit switch atau peralatan lainnya dimana dapat
menghasilkan suatu sinyal yang dapat masuk ke dalam PLC. Peralatan output
dapat berupa switch yang menyalakan lampu indikator, relay yang menggerakkan
motor atau peralatan lain yang dapat digerakkan oleh sinyal output dari PLC
(Anwar, 2010).
Definisi PLC dari segi teknik adalah suatu alat elektronik yang digunakan untuk
mengontrol beban/komponen listrik dengan suatu program tertentu melalui
komputer/programming console. Sehingga dalam pemasangan input/output tidak
diperlukan pengkabelan yang banyak serta rumit, dan ladder diagram berfungsi
utama mengatur kerja dari beban yang terangkai setelah ditransfer ke PLC. Dari
pengertian tersebut untuk memperjelas definisi PLC dapat digambarkan dalam
diagram seperti ditunjukkan pada gambar 2.8
Gambar 2.8. Diagram definisi PLC ( Saputra, 2004 )
BEBAN/KOMPONEN LISTRIK
PLC
PROGRAM/LADDER DIAGRAM
KOMPUTER/PROGRAMMING CONSOLE
22
7. Prinsip Kerja PLC
PLC merupakan peralatan elektronik yang dibangun dari mikroprosesor untuk
memonitor keadaan dari peralatan input untuk kemudian di analisa sesuai dengan
kebutuhan perencana (programmer) untuk mengontrol keadaan output. Ada 2
jenis input dan output yaitu analog input/output dandigital input/output.
Setiap input mempunyai alamat tertentu sehingga untuk mendeteksinya
mikroprosesor memanggil berdasarkan alamatnya. Banyaknya input dan otput
yang dapat diproses tergantung jenis PLC nya. Sinyal output dikeluarkan PLC
sesuai dengan program yang dibuat oleh pemakai berdasarkan analisa keadaan
input. Setiap ouput mempunyai alamat tertentu dan diproses oleh mikroprosesor
menurut alamatnya. Pada PLC dipersiapkan internal input dan output untuk proses
dalam PLC sesuai dengan kebutuhan program. Dimana internal input dan output
ini hanya sebagai flag dalam proses. Di dalam PLC juga dipersiapkan timer yang
dapat dibuat dalam konfigurasi on delai , off delai, on timer, off timer dan
lain-lain sesuai dengan programnya. Untuk memproses timer tersebut, PLC
memanggil berdasarkan alamatnya. Pada pelaksanaannya sebagai kontrol system,
PLC ini didukung oleh perangkat lunak yang merupakan bagian penting dari PLC.
Program PLC biasanya terdiri dari 2 jenis yaitu ladder diagram dan instruksi dasar
diagram, setiap PLC mempunyai perbedaan dalam penulisan program (Anwar,
2010).
8. Sruktur Dasar PLC
Berikut struktur dasar sebuah PLC.
23
CPU umumnya mengambil bentuk perangkat mikroprosesor tunggal. Fungsi CPU
adalah untuk mengendalikan operasi memori dan I/O dalam sistem dan
memproses data sesuai dengan program. untuk melakukan hal ini memerlukan
sinyal clock untuk urutan operasi internal (Crispin, 1997).
Gambar 2.9. Komponen utama penyusun CPU (Bryan,1997)
CPU atau Unit Pengolahan Pusat, terdiri dari 3 komponen penyusun :
a. Prosesor.
b. Memori
c. Catu Daya ( Power Supply )
Prosesor merupakan otak dari sebuah PLC, fungsi utama adalah mengatur tugas
pada keseluruhan sistem PLC, mengerjakan berbagai operasi antara lain
mengeksekusi program, menyimpan dan mengambil data dari memori, membaca
nilai input dan mengatur nilai output, memeriksa kerusakan, melakukan
operasi-operasi matematis, manipulasi data, tugas-tugas diagnostik, serta melakukan
24
Gambar 2.10 Sistem PLC (Bolton, 2004)
2. Memori
Memori adalah area dalam CPU PLC tempat data serta program disimpan dan
dieksekusi oleh prosesor, pengetahuan tentang sistem memori pada PLC akan
sangat membantu dalam memahami cara kerja PLC. Secara umum memori dapat
dibagi dua kategori: Volatile (mudah hilang) dan Nonvolatile, program atau data
pada memori volatile akan hilang jika catu daya PLC mati. Memori ini juga
dikenal dengan nama RAM (Random Acces Memory). Dalam sebagian PLC
memori jenis RAM masih digunakan untuk menyimpan program pengguna
(aplikasi) dengan menggunakan baterai sebagai back up daya jika catu daya mati.
Modul Input
Modul output Power supplay
CPU
Prosesor Memori
Serial port/modul komunikasi
25
Adapun sifat dari memori nonvolatile yaitu program atau data yang tersimpan di
dalamnya tidak akan hilang walaupun catu daya PLC mati, yang termasuk
kategori ini adalah :
1. ROM (Read-Only Memory) jenis memori ini dirancang untuk menyimpan
data atau program secara permanen. Pada PLC, ROM digunakan untuk
menyimpan sistem operasi dan bios.
2. PROM (Programmable Read-Only Memory) memori ini dapat diprogram
ulang dengan menggunakan alat pemrograman khusus, digunakan untuk back
up program.
3. EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) memori ini turunan
dari jenis PROM yang dapat diprogram ulang setelah program yang
sebelumnya dihapus dengan menggunakan sinar ultraviolet.
4. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) adalah
memori Nonvolatile yang menyerupai RAM. Kebanyakan PLC menggunakan
memori jenis ini untuk menyimpan program pengguna, alasan utama adalah
kemudahan dalam mengubah program pada memori tersebut, yaitu hanya
dengan menggunakan prangkat pemrograman PLC itu sendiri, misalnya
Komputer atau unit miniprogramer. Salah satu kerugian memori jenis ini
adalah keterbatasan dalam kemampuan hapus-tulisnya (Erase/Write) yaitu
sekitar 10.000 kali (Bolton, 2004).
Memori sistem digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol proses, menyimpan
program yang harus dijalankan dalam bentuk biner. Memori PLC Omron CPM1A
26
16-bit atau 1 word, beberapa word membentuk daerah atau region dan
masing-masing region ini memiliki fungsi khusus.
a. Daerah IR.
Bagian memori ini digunakan untuk menyimpan status keluaran dan masukan
PLC. Beberapa bit berhubungan langsung dengan terminal masukan dan
keluaran PLC (terminal sekrup).
Saat pindah ke subprogram selama eksekusi program, maka semua data yang
terkait hingga batasan return subprogram akan disimpan dalam daerah TR ini.
d. Daerah HR.
Bit-bit pada daerah HR ini digunakan untuk menyimpan data dan tidak akan
hilang walaupun PLC sudah tidak mendapatkan catu daya atau PLC sudah
dimatikan, karana menggunakan baterai. Untuk CPM1A daerah ini terdiri
dari 20 word, HR00 hinggaHR19 atau 320 bit, HR00.00 hingga HR19.15.
e. Daerah AR.
Daerah AR merupakan daerah lain yang digunakan untuk menyimpan bit-bit
kontrol dan status, kesalahan dan waktu sistem. Sebagaimana daerah HR,
daerah AR juga dilengkapi dengan baterai, sehingga data-data kontrol
27
CPM1A daerah ini terdiri dari 24 word, AR00 hingga AR23 atau 384bit,
AR00.00 hingga AR23.15.
f. Daerah LR.
Digunakan sebagai pertukaran data saat dilakukan koneksi atau hubungan
dengan PLC yang lain. Untuk CPM1A , daerah ini terdiri dari 16 word, LR00
hingga LR15 atau 256 bit, LR00.00 hinggaLR15.
h. Daerah Pewaktu/Pencacah (Timer/Counter ) T/C Area.Daearah ini digunakan
untuk menyimpan nilai-nilai pewaktu atau pencacah. Untuk CPM1A terdapat
226 lokasi (TC000 hingga TC225).
g. Daerah DM.
Daearah ini berisikan data-data yang terkait dengan pengaturan komunikasi
dengan komputer dan data pada saat ada kesalahan (Swamardika, 2005).
3. Power Suplay
Power suplay digunakan untuk memberikan pasokan catu daya ke seluruh bagian
PLC (termasuk CPU, memori dan lain-lain). Kebanyakan PLC bekerja dengan
catu daya 24 VDC atau 220 VAC (Putra, 2004).
4. Input/Output
Sebuah konfigurasi PLC pasti tidak terlepas dari sitem input dan output, dimana
dua bagian inilah yang banyak berperan dalam pembuatan program/ladder
diagram dan dalam sistem koneksi/penyambunganya nanti.
Pemasangan koneksi sistem input tidak berhubungan langsung dengan
penyambungan tegangan output karena masing-masing berada pada daerah
28
rangkaian softwarenya rangkaian tersebut berada dalam satu jalur arus maupun
tegangan (Saputra, 2004).
a. Sistem Input
Kecerdasan sebuah sistem terotomasi sangat bergantung pada kemampuan sebuah
PLC untuk membaca sinyal dari berbagai macam jenis sensor dan piranti-piranti
masukan lainnya. Untuk mendeteksi proses atau kondisi atau status keadaan atau
proses yang sedang terjadi, misalnya berapa cacah barang yang sudah diproduksi,
ketinggian permukaan air, tekanan udara dan lain sebagainya, maka dibutuhkan
sensor-sensor yang tepat untuk masing-masing kondisi atau keadaan yang akan
dideteksi tersebut. Dengan kata lain, sinyal-sinyal masukan tersebut dapat berupa
logika (ON atau OFF) maupun analog (Putra, 2004). Gambar 2.11 adalah contoh
komponen input untuk PLC
Gambar 2.11 Contoh Komponen Input Pada PLC
29
a. Sistem Output
Beberapa alat atau pirantiyang banyak digunakan motor,solenoida, relay, lampu
indikator, speaker dan lain-lain sebagai fasilitas untuk menghubngkan dengan
alat-alat eksternal (yang dikendalikan). Keluaran inidapat berupa analog maupun
digital. Keluaran digital bertingkah seperti sebuah saklar, menghubungkan dan
memutuskan jalur. Keluaran analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog
(Putra, 2004). Gambar 2.13 adalah contoh komponen input untuk PLC
Gambar 2.13 Contoh komponen output pada PLC
30
9. Programming PLC
Kontrol PLC dapat diprogram melalui komputer, tetapi juga bisa diprogram
melalui pemrograman manual, yang biasa disebut dengan konsol (console). Untuk
keperluan ini dibutuhkabn perangkat lunak yang biasanya bergantung pada
produk PLC nya.
PLC tidak akan dapat bekerja meskipun komponen input dan komponen
outputnya telah terpasang dan di aliri arus listrik, oleh karena itu PLC
memerlukan suatu program software yang nantinya akan di baca oleh PLC setelah
program tersebut di transfer kedalam memory CPU PLC.
Program software PLC dapat buat dalam berbagai bentuk yaitu :
a. Ladder Diagram (LAD);
b. Mnemonic/Statement List (STL);
c. Function Plan (Sistem Digital);
Namun kebanyakan program yang di buat biasanya dalam bentuk Ladder Diagram
kemudian baru diterjemahkan ke dalam Mnemonic/Statement List (saputra, 2004).
Simbol – Simbol Ladder Diagram
1. Load / LD = Star pada normally open input
31
3. AND = menghubungka dua atau lebih input dalam bentuk normally open secara
seri.
4. AND NOT = menghubungkan 2 atau lebih input dalam bentuk normally close.
5. OR = menghubugkan 2 atau lebih input dalam bentuk normally open secara
paralel.
6. OR NOT = menghubungkan 2 atau lebih input dalam bentuk normally close
secara parallel.
7. OUTPUT / OUT = menyalakan output.
8. END = mengakhiri program
(Anwar, 2010).
9. Timer ( Sistem Tunda Waktu/Time Delay )
Instruksi Timer digunakan untuk operasi tunda waktu. Memerlukan dua operand
yang terletak pada dua baris instruksi, yaitu baris pertama untuk nomor timer dan
yug kedua untuk setting waktu (SV = Set Value). Meskipun demikian, instruksi
Timer terletak dalam satu alamat. Nomor Timer dipakai bersama untuk nomor
32
Timer/ Counter bergantung kepada tipe PLC. Misalnya, PLC OMRON CPM1A,
terdapat 128 nomor, yaitu dari 000 sampai dengan 127. tidak diperlukan awalan
apapun untuk menyatakan nomor timer. Tetapi, jika nomor timer sebagai operand
suatu kontak harus diberi awalan TIM. SV mempunyai harga antara 0000 sampai
dengan 9999 (BCD) dalam satuan deci-detik. Jadi, misalnya menghendaki 10
detik, maka nilai SV harus 100. Jika SV dinyatakan tidak dalam BCD, akan
muncul pesan kesalahan. Gambar 2.15 dan Gambar 2.16 merupakan ladder
diagram dan diagram waktu intruksi timer (Arif, 2013)
(a)
(b)
Gambar 2.15. Timer (a) Ladder diagram (b) Diagram Waktu
Cara kerja timer adalah.
a. Timer bekerja jika timer coilnya (nomor timer) mendapat l dari inputnya
b. Timer akan menghitung sampai preset value dan timer contact akan aktif
c. Timer akan mati (kembali ke nilai awal) jika inputnya dimatikan
33
Di bawah ini diberikan program-program penerapan timer.
a. Timer on-delay
Timer hidup setelah satu periode waktu tunda yang telah ditetapkan. diagram
waktu on-delay dapat diliat pada gambar 2.16.
Gambar 2.16 Diagram waktu on-delay
b. Timer off-delay
Timer berada dalam keadaan hidup selama periode waktu yang telah ditetapkan
dan kemudian mati. Gambar 2.17 merupakan diagram waktu untuk timer
off-delay (Nugraha, 2012).
Gambar 2.17 Diagram waktu off-delay
10. Counter (Pencacah)
Pencacah pada PLC memeliki dua masukan yaitu count pulsa dan reset. Counter
berfungsi untuk menghitung banyaknya jumlah kjadian tertentu. Gambar 2.18
adalah gambar ladder diagram dan diagram waktu counter.
34
(b)
Gambar 2.18 Counter (a) Ladder diagram (b) Diagram waktu
Cara kerja counter adalah.
a. Counter coil akan aktif dan mengitung jika input pulsa berubah dari 0 ke 1
b. Conter coil akan mati dan nilai kembali ke0 jika input reset diaktifkan
c. Besar nilai yang akan diitung counter ditunjukan preset value
Macam-macam PLC
Gambar 2.19 merupakan macam-macam PLC yang biasa digunakan dalam dunia
industri. a. PLC OMRON CPM 1A, b. PLC Siemens S 7-200, c. PLC Mitsubishi
(a) (b) (c)
Gambar 2.19 Beberapa Macam PLC (a). PLC OMRON ( b). Siemens S 7-200 (c). Mitsubishi
Adapun komponen – komponen pendukung yang sering dipakai dalam rangkaian
35
a. Dioda
Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik
mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua
elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda
digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap
(Variable Capacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator
terkendali tegangan.
Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut
karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk
memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar
maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar
mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup
pada transmisi cairan.
Pada dioda arus listrik hanya bisa mengalir dari anoda menuju katoda saja dan
tidak dapat mengalir arah sebaliknya. Beberapa jenis dioda juga mempunyai
fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan contohnya dioda
zener yang berfungsi sebagai regulator atau penstabil tegangan dan LED ( Light
Emitting Dioda ) yang dapat mengeluarkan sinar (Rio, 2002).
b. Operational Amplifier (Op – Amp)
Salah satu penggunaan penting dari op amp adalah sebagai penguat. Penguat
(amplifier) adalah rangkaian yang menerima sinyal pada masukan input dan
36
amplitudonya. Ciri dari penguat adalah adanya rangkaian umpan balik negatif
yaitu ada tahanan luar yang dipasang sebagai penghubung antara terminal
keluaran (output) dengan terminal masukan negatif. Dengan penambahan umpan
balik negatif maka rangkaian tidak lagi tergantung pada penguatan untaian
terbuka. Rangkaian yang dihasilkan mempunyai penguatan untaian tertutup yang
terbebas dari AoL. Penguatan (gain) untaian tertutup AcL tergantung pada pada
tahanan luar saja. Ada banyak macam op amp sesuai dengan fungsi nya
diantaranya rangkaian inverting, rangkaian non inverting, penguat tegangan
rangkaian penjumlah, pengeuat differensial penguat logaritma, penguat integrator,
rangkaian differentiator (Pujiono, 2012).
c. Komparator
Komparator adalah komponen elektronik yang berfungsi membandingkan 2 nilai
kemudian memberikan hasil mana yang lebih besar dan mana yang lebih kecil.
komparator bisa dibuat dari konfigurasi open-loop Op Amp. Jika kedua input pada
Op Amp pada kondisi open-loop, maka Op Amp akan membandingkan kedua
saluran input tersebut. Hasil dari komparasi dua tegangan pada saluran masukan
akan menghasilkan tegangan saturasi positif (+Vsat) atau saturasi negatif (-Vsat).
Sebuah rangkaian komparator pada Op Amp akan membandingkan tegangan yang
masuk pada satu saluran input dengan tegangan referensi. Tegangan output berupa
tegangan high atau low sesuai dengan perbandingan Vin dan Vref. Gambar 2.20
37
Gambar 2.20 Rangkaian komparator sederhana
Vref di hubungkan ke +V supply, kemudian R1 dan R2 digunakan sebagai
pembagi tegangan, sehingga nilai tegangan yang di referensikan pada masukan +
op-amp adalah sebesar :
V"&' = ()
(()*(+) x Vin
(2.4)
Vin
Vref
R3
R2
38
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari sampai bulan April 2015,
bertempat di Laboratorium Fisika Instrumentasi, Laboratorium Fisika Dasar
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung, PDAM
Way Rilau dan kolam ikan Jurusan Budi daya Perairan Fakultas Pertanian
Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian.
1. Komputer berfungsi sebagai pemrosesan keseluruhan program yang akan
dikompile ke PLC OMRON.
2. Multimeter berfungsi sebagai pembaca nilai tegangan listrik, arus listrik dan
hambatan listrik.
3. Solder berfungsi sebagai pematri antara komponen dengan papan PCB.
4. Turbidimeter sebagai alat pengukur tingkat kekeruan.
Bahan yang digunakan pada penelitian.
1. PLC ( Programmable Logic Control ) OMRON CPM 1A.
39
3. Printed Circuit Board (PCB) berfungsi sebagai tempat meletakkan dan
menyambungkan eksternal yang akan dirangkai.
4. Selang sebagai saluran air untuk sirkulasi air aquarium.
5. Pompa akuarium berfungsi mengganti air atau alat pensirkulasi air
6. Aquarium.
7. LED RGB sebagai transmitter.
8. Sensor LDR sebagai receiver.
9. Lampu neon sebagai bahan optik yang digunakan untuk sensor kekeruhan.
10. Solder dan timah solder.
11. Lem tembak.
40
C. Langkah Kerja Penilitian
1. Langkah kerja penelitian
Langka kerja penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut ini.
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian. Mulai
Pembuatan diagram blok
Realisasi sistem
Pengujian sistem
Berhasil /tidak
Pengambilan data
Pengolahan data
Pembuatan laporan
selesai
Tidak
41
2. Blok diagram penelitian
Diagram blok penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Diagram blok penelitian
Penjelasan dari diagram blok tersebut yaitu keluaran sensor kekeruhan berupa
tegangan dibandingkan dengan komparator kemudian dijadikan sebagai input
PLC untuk mengkeksekusi program PLC yaitu menghidupkan pompa pengisian
dan pengosongan kolam. Apabila kekeruhan air kolam telah mencapai referensi
pompa pengisian dan pengosongan air berhenti.
D. Rancangan Sistem
Rancangan sistem pada penelitian ini merupakan langkah-langkah yang dilakukan
dalam pembuatan sistem kontrol kekeruhan dengan PLC Omron CPM1A. Seperti
Gambar 3.3 blok diagram rancangan sistem berikut. Sensor
kekeruhan
42
Gambar 3.3 Diagram alir rancangan sistem
Diagram alir rancangan sistem pada Gambar 3.3 adalah sebagai berikut. Saat
sistem dihidupkan sensor kekeruhan memberikan tegangan. Tegangan dari sensor
kekeruhan dibandingkan dengan tegangan referensi. Apabila tegangan input
mencapai referensi maka PLC mengeksekusi program yaitu mengaktifkan pompa
pengisian dan pengosongan air sehingga terjadi sirkulasi air. Jika kekeruhan air
menurun hingga tegangan referensi maka sistem akan berhenti. Gambar 3.4
43
Gambar 3.4 Prototype kolam budi daya ikan dari akuarium
Referensi kekeruhan air untuk perkembangan pada budi daya ikan umumnya yaitu
berkisar antara 25-400 NTU pada penelitian ini 400 NTU menjadi refernsi nilai
kekeruhan budi daya ikan. Berikut adalah tabel 3.1 input dan output PLC
Tabel 3.1 Input dan output PLC
Input Alamat keterangan Output Alamat Keterangan
44
NTU, 300 NTU dan 400 NTU. Sebelum tegangan dari sensor kekeruhan di
inputkan ke PLC dibuat rangkain tambahan seperti gambar 3.5 rangkaian relay
dengan komparator.
Gambar 3.5 Rangkaian sensor kekeruhan dengan komparator
Rangkaian komparator dibutukan untuk membandingkan tegangan keluaran
sensor dengan refrensi, yang akan mengaktifkan relay. Keluaran sensor kekeruhan
berupa tegangan dengan demikian dibutuhkan pengkalibrasian antara keluaran
sensor dengan tingkat kekeruhan yaitu NTU, seperti pada gambar 3.6
pengkalibrasisan keluaran sensor kekeruhan dengan turbidimeter.
Gambar 3.6 Blok diagram pengkalibrasian sensor kekeruhan dengan turbidimeter.
Sampel air dengan tingkat kekeruhan yang berbeda di ukur dengan dengan
turbidimeter sehingga diperoleh tingkat kekeruhan sebesar 25 NTU, 50 NTU, 100
45
kekeruhan yang sudah diukur menggunakan turbidimeter. Sehingga keluaran
sensor sebanding dengan dengan nilai pada turbidimeter. Gambar 3.7 merupakan
desain sensor kekeruhan dari bahan optik.
Gambar 3.7 Desain sensor kekeruhan tabung U
F. Rancangan Data Pengamatan
Setelah perancangan dan pembuatan sistem selesai, selanjutnya adalah
pengambilan data penelitian. Tabel 3.2 berikut merupakan tabel rencana data
pengamatan.
Tabel 3.2. Data pengujian karakteristik sensor kekeruhan
Turbidity (NTU) Tegangan (Volt) Resistensi (Ohm) 25
50 100 200 300 400
Penutup (lakban hitam)
71
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian, analisis dan pembahasan diperoleh kesimpulan
sebagai berikut.
1. Karakteristik sensor kekeruhan bentuk U tidak linier karena keluaran sensor
tidak dapat didekati dengan persamaan garis lurus dan sensor memiliki
kemampuan pengulangan yaitu LED merah sebesar 98,90%, LED hijau
sebesar 99,40% dan LED biru sebesar 99,65% .
2. Tegangan yang diterima oleh LDR pada sensor kekeruhan bahan optik bentuk
U sangat kecil sekali hanya berkisar 0,01-0,03 volt. Sebagai perbandingan
tegangan keluaran sensor bahan optik bentuk lingkarang cendrung tetap pada
setiap peningkatan kekeruhan. Sedangkan sensor kekeruhan yang tidak
memanfaatkan bahan optik mengalami peningkatan tegangan pada setiap
peningkatan kekeruhan air meningkat.
3. Berdasarkan karakteristik ketiga sensor kekeruhan, sensor yang
memanfaatkan bahan optik baik yang berbentuk U ataupun lingkaran kurang
baik untuk digunakan sebagai sensor kekeruhan sehingga pada penelitian ini
71
B. Saran
Saran penulis untuk penelitian ini yaitu menambakan kontrol pada budidaya ikan
seperti kontrol temperatur, kadar oksigen dan lain-lain. Memaksimalkan
72
DAFTAR PUSTAKA
Akbar, Tias Herdiansyah. 2011. Pendeteksi Kebocoran Tbung Gas dengan
Menggunakan Sensor Gas TGS 2610 Berbasis Mikrokontroler AT89S52.
Jurnal Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi Depok Universitas Gunadarma.
Anonim A. 2011. Turbidimeter. water.epa.gov. Di akses pada tanggal 12
Desember 2014.
Anonim B. 1994. Budi Daya Beberapa Ikan Lokasi Air Tawar.Departemen
Pertanian, BIP, Kalimantan Timur.
Anonim C, 2014. Rangkaian Komparator Sederhana. http://jhorobin.blogspot.
com/2014/04/rangkaian-komparator-sederhana.html. Diakses pada tanggal 14 November 2014
Arif, Nun M. 2013. Teknik Pemrograman Pada PLC.
http://nunmufthiarif.blogspot.com/2013/02/belakegiatanjar-2teknik pemrograman-plc.html. Diaksespada tanggal 15 Juni 2015.
Anwar, choirul. 2010. Cara Membuat Program PLC dengan Software CX
Programmer + CX Simulator dan CX Designer. Ebook diakses pada tanggal 1 November 2014
Bachtiar, Y. 2002. Pembesaran kolam nila di kolam air deras. Jakarta. Agromedia
pustaka
Bolton, William. Programmable Logic Controller (PLC) Sebuah Pengantar. Edisi
Ketiga. Jakarta. Erlangga. 2004
Bryan, L.A. & E.A Bryan. Programmable Controller: Theory and
Implementation. Second Edition. United States of America. Industrial Text Company. 1997
Bueche, Frederick j. 2006. Fisika Universitas. Jakarta. Erlangga
Cahyono, Bambang. 2001. Budi Daya Ikan di Perairan Umum. Kanisius.
Yogyakarta.
Crispin, Alan J. 1997. Programmable Logic Controllers and Their Engineerng
73
Daryanto, 1997. Fisika Teknik. Jakarta. Rineka cipta
Fuadi, Masrur. 2012. Sistem Monitoring TinggiMuka Air TandonBerbasis Sensor
Ultrasonik.Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga Yogyakarta.
Giancoli, D.C.2001, Fisika Edisi ke Lima. Jilid 1. Erlangga. Jakarta.
Hendrizon, Yefri dan Wildian. 2012. Rancang bangun alat ukur tingkat
kekeruhan zat Cair berbasis mikrokontroller AT89S51 menggunakan Sensor fototransistor dan penampil LCD. Jurnal jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Andalas.
Jewett, Serway.2010. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Salemba Teknika. Jakarta
Kautsar, Akhmad .2010.Turbidimeter. www.scribd.com. Diakses pada tanggal 12
Desember 2014.
Lambrou, T.P., Anastasiou, C.C., dan Panayiotou, C.G., 2008,A Nephelometric
Turbidity System for Monitoring Residential Drinking Water Quality, Tesis,
Dept. of Electricaland Computer Engineering, University of Cyprus,
Nicosia, Cyprus.
Manik, Lusia Ester Meicsy E.I. Najoan, Arthur M. Rumagit. Brave A. Sugiarso,
2013. Rancang Bangun Aplikasi Sistem Pendeteksi Kekeruhan Air
Menggunakan Mikrokontroler Avr Atmega 8535. Jurnal Teknik Elektro UNSRAT.
Michael, P. 1994. Metode Ekologi Untuk Penyelidikan Lapangan dan
Laboratorium. UI press, Jakarta.
Nugraha, Eri N. 2012. Timer dan Counter. http://www.slideshare.
net/rivanurulfadilah/timer-dan-counter. Diakses pada tanggal 15 Juni 2015.
Nuzula, Nike Ik & Endarko. 2013. Rancang Bangun Kekeruhan Air Berbasis
Mikrokontroler. Jurnal Jurusan fisika FMIPA Universitas Sepuluh November.
Pujiono, 2010. Rangkaian Elektronika Analog. Graha ilmu Yogyakarta.
