APLIKASI
PICK AND PLACE PADA MESIN STERILISASI
BOTOL MINUMAN
MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)
TUGAS AKHIR Disusun :
CHANDRA DEFTA RUSDWINANTO 32106003
DEFRI 32106013
Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Program Studi Diploma III Pada Program Studi Teknik Elektro
Politeknik Batam
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK BATAM
BATAM 2009
ii
LEMBARAN PENGESAHAN
APLIKASI PICK AND PLACE PADA MESIN STERILISASI BOTOL MINUMAN
MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)
TUGAS AKHIR Oleh:
CHANDRA DEFTA RUSDWINANTO 32106003
DEFRI 32106013
Diajukan dan disahkan sebagai laporan Tugas Akhir di Program Studi Teknik Elektro Politeknik Batam
Batam, Mei 2009 Pembimbing ,
M. Syafei Gozali, ST. NIK : 107050
iii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT atas berkat serta rahmat-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “ Aplikasi Pick And Place Pada Mesin Sterilisasi Botol Minuman Menggunakan Programmable Logic Controller (PLC)”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademis untuk menyelesaikan studi Diploma III Politeknik pada Jurusan Teknik Elektro di Poiteknik Batam.
Kami menyadari bahwa apa yang yang kami lakukan dalam penyusunan buku tugas akhir masih terlalu jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang berguna dalam penyempurnaan-penyempurnaan sistem ini dimasa yang akan datang. Semoga apa yang telah kami lakukukan ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Batam, Juni 2009
iv
UCAPAN TERIMAKASIH
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas izin-Nya tugas akhir ini dapat dapat kami selesaikan. Dalam perencanaan dan pembuatan hingga selesainya tugas akhir ini penulis tidak lepas dari bantuan pihak-pihak yang sangat membantu, sehingga pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih yang mendalam serta setulus-tulusnya kepada :
1. Allah SWTatas semuanya.
2. Ibunda dan Ayahandatercinta atas dukungan, doa, motivasi, kasih sayang dan segala-galanya yang tak pernah henti diberikan kepadaku
3. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyotoselaku direktur Politeknik Batam.
4. Bapak Iman Fahruzi, ST. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektro yang selalu memberikan yang terbaik bagi kami.
5. Bapak M. Syafei Gozali, ST. selaku dosen pembimbing atas segala bantuan dan kesabaran dalam memberikan bimbingan, arahan, dan masukan-masukan bagi kami disetiap kesempatan dan telah menjadi orang tua kami selama tugas akhir ini.
6. Seluruh Dosen dan karyawan di Politeknik Batam atas fasilitas dan waktu yang diberikan.
7. Teman-teman senasib dan seperjuangan TE ‘06 mulai dari NIM 32106001 sampai 32106060 atas dukungannya.
v
9. Seluruh Mahasiswa dan Alumni Politeknik Batam.
vi ABSTRAK
Otomasi merupakan alternatif yang tidak dapat dielakkan lagi untuk memperoleh sistem kerja yang efisien dan efektif. Untuk menunjang sistem tersebut dapat digunakan Programmable Logic Controller (PLC).Aplikasi
Pick And Place pada mesin sterilisasi botol minuman adalah aplikasi mesin
pick and place dunia industri dalam skala yang lebih kecil. Magnetic Proximity Switch, Inductive Proximity Switch, Optical proximity switch, serta
Limit Switch dipakai sebagai sensor. Mesin ini akan mendeteksi 2 jenis botol yaitu botol logam dan non logam. Dimana botol logam dideteksi oleh Inductive Proximity Switch, dan Optical proximity switch sedangkan botol non logam hanya dideteksi oleh Optical proximity switch. Botol yang telah dideteksi akan dipindahkan ke dalam box sterilisasi. Selama beberapa saat yang telah ditentukan maka proses sterilisasi selesai dan botol dipindahkan ke box
terakhir sesuai dengan jenis botolnya. Alat ini juga dilengkapi dengan tombol
Emergency dan tombol manual untuk pembelajaran. Dengan menggunakan alat ini proses sterilisasi dapat dilakukan selama ± 50 second per satu siklus sistem.
vii ABSTRACT
Automation constitutes alternative that can't be parried again to get efficient and effective working system. To prop that system gets to be utilized by Programmable Logic Controller (PLC). Pick and Place Bottle Sterilization Machine is industrial world application in smaller scale. Magnetic proximity switch, inductive proximity switch, optical proximity switch, and limit switch worn as censor. This machine will detect 2 kinds of bottle, metal bottle and non metal bottle. where does metal bottle detected by inductive proximity switch, and optical proximity switch and non metal bottle only detected by optical proximity switch. The bottle that detected moved into sterilization box. In a few moments progress that determine the sterilization has finish and the bottle will moved into lasts bottle box according to the bottle kind. This tool also been proveded with emergency push button and manual push button for education use . By use of this tool measurement process can be done up to ± 50 seconds per one system cycle. Key word : PLC, Electropneumatic.
viii DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ii KATA PENGANTAR i UCAPAN TERIMAKASIH iv ABSTRAK vi
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xiii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 BATASAN MASALAH 4
1.3 TUJUAN DAN MANFAAT 5
1.4 METODOLOGI PENELITIAN 5
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN 6
BAB II IKHTISAR SISTEM 8
2.1 DESKRIPSI UMUM 8
2.2 KARAKTERISTIK 12
2.3 LINGKUNGAN OPERASI PENGEMBANGAN 12
BAB III LANDASAN TEORI 14
3.1 UMUM 14
3.2 PNEUMATIK 14
3.2.1 Katup 16
3.2.2 Aktuator 17
3.2.3 Struktur Dan Komponen Pneumatik 21
3.2.4 Simbol - simbol Dan Standard Pneumatik 22
3.3 ELEKTRO PNEUMATIK 26
3.3.1 Solenoide 27
3.3.1 Relay 27
ix
3.4.1 Push Button Switch 29
3.4.2 Lactching Push Button Switch 30
3.4.3 Limit Switch 30 3.4.4 Sensor Magnet 32 3.4.5 Sensor Induktif 32 3.4.6 Sensor Kapasitif 33 3.4.7 Sensor Optik 34 3.5 MOTOR DC 35
3.5.1 Prinsip Kerja Motor DC 35
3.5.2 Timbulnya Kopel 37
3.6 PROGRAMMBLE LOGIC CONTROLLER (PLC) 39
3.6.1 Sejarah PLC 39
3.6.2 Pergertian PLC 39
3.6.3 Keuntungan Dan Kerugian PLC 40
3.6.4 Perangkat Hardware PLC 43
3.6.5 Perangkat Software PLC 47
BAB IV PERANCANGAN SISTEM 54
4.1 PERANCANGAN HARDWARE 54 4.1.1 Rancang Pneumatik 54 4.1.2 Pemasangan Motor DC 59 4.1.3 Power Supply 61 4.1.4 Panel Kontrol 61 4.1.5 Sensor 62 4.2 PERANCANGAN WIRING PLC 66 4.2.1 Wiring Input 66 4.2.2 Wiring Output 68
4.2.3 Wiring Iput dan Output Aplikasi Pick and Place 68
4.3 PERANCANGAN PROGRAM KONTROL 71
4.3.1 Sequence Chart 72
4.3.2 Perancangan Program Ladder 74
BAB V PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 83
5.1 PENGUKURAN 83
x
5.1.2 Pengukuran Katup Solenoid dan Indikator 86
5.1.3 Pengukuran Kontrol Motor DC 88
5.2 PENGUJIAN 89
5.2.1 Pengujian Silinder dengan 5/2 Double Solenoid Valve 89 5.2.2 Pengujian Silinder dengan 5/2 Single Solenoid Valve 91
5.2.3 Pengujian Kontrol Motor DC 93
5.2.4 Pengujian Aplikasi Pick and Place 93
5.3 ANALISA SISTEM 94
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 96
6.1 KESIMPULAN 96
6.1 SARAN 96
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Daftar Input dan Output PLC 8
Tabel 3.1 Simbol Air Supply 22
Tabel 3.2 Simbol Service Equipment 22
Tabel 3.3 Simbol Katup Penentu Arah 23
Tabel 3.4 Simbol Katup Pengatur Arah 23
Tabel 3.5 Simbol Aktuasi Mekanikal 24
Tabel 3.6 Simbol Aktuasi Pneumatik 24
Tabel 3.7 Simbol Aktuasi Elektrikal 25
Tabel 3.8 Simbol Katup Searah 25
Tabel 3.9 Simbol Katup Pengatur Aliran 25
Tabel 3.10 Simbol Aktuator Linier 26
Tabel 3.11 Simbol Aktuator Berputar 26
Tabel 3.12 Simbol Push Button 29
Tabel 3.13 Simbol Latcing Push Button 30
Tabel 3.14 Instruksi Dasar Ladder Diagram 49
Tabel 4.1 Input dan Output Aplikasi Pick and Place Slot 1 71 Tabel 4.2 Input dan Output Aplikasi Pick and Place Slot 2 71
Tabel 5.1 Pengukuran Sensor 86
Tabel 5.2 Pengukuran Katup Solenoid dan Indikator 87
Tabel 5.3 Pengukuran Kontrol Motor DC 88
Tabel 5.4 Hasil Pengujian Silinder Dengan 5/2 Double Solenoide Valve 91 Tabel 5.5 Hasil Pengujian Silinder Dengan 5/2 Single Solenoide Valve 93 Tabel 5.6 Tabel Kebenaran Dari Sistem kerja Kontrol Motor DC 93
xii
Tabel 5.7 Waktu Yang Dibutuhkan Pada Saat Motor Berputar 93
Tabel 5.8 Pengujian Botol Non Logam 94
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1Flow Chart Sistem Kerja Secara Umum 11
Gambar 3.1 Simbol Silinder Aksi Tunggal 18
Gambar 3.2 Konstruksi Silinder Kerja Tunggal 18
Gambar 3.3 Silinder Aksi Ganda 19
Gambar 3.4 Konstruksi Silinder Kerja Ganda 19
Gambar 3.5 Jaringan Kontrol 21
Gambar 3.6 Sistem On/Off Solenoid 27
Gambar 3.7 Konstruksi dari Relay 28
(a) 24 Vdc 28
(b) 5 Vdc 28
Gambar 3.8 Skema Relay Elektromekanik 29
Gambar 3.9 Konseptual Mekanisme dari Limit Switch 31
Gambar 3.10 Konstruksi dari Limit Switch 31
Gambar 3.11 Sistem Sensor Magnet 32
Gambar 3.12 Sistem Sensor Induktif 33
Gambar 3.13 Sistem Sensor Kapasitif 34
Gambar 3.14 Sistem Dasar Sensor Optik 35
Gambar 3.15 Prinsip Kerja Motor DC 37
Gambar 3.16 Belitan Antara Dua Kutub 38
Gambar 3.17 Digram Blok PLC 43
Gambar 3.18 Konfigurasi PLC OMRON CQM1H 46
Gambar 3.19 Tampilan Awal CX Programmer 47
xiv
Gambar 3.21 Contoh Instruksi Ladder Diagram Timer 50
Gambar 3.22 Digram Waktu Timer 50
Gambar 3.23 Penampang Instruksi Counter 51
Gambar 3.24 Contoh Instruksi Ladder Diagram Counter 51
Gambar 3.25 Diagram Waktu DIFU dan DIFD 52
Gambar 3.26 Tampilan Instruksi DIFU dan DIFD 52
Gambar 3.27 Tampilan Instruksi Ladder Diagram DIFU dan DIFD 52
Gambar 3.28 Contoh Instruksi Ladder Diagram KEEP 52
Gambar 3.26 Tampilan Instruksi KEEP 53
Gambar 3.27 Tampilan Instruksi Ladder Diagram KEEP 53
Gambar 4.1 Aktuator Silinder 1 54
Gambar 4.2 Aktuator Silinder 2 55
Gambar 4.3 Aktuator Silinder 3 55
Gambar 4.4 Aktuator Silinder 4 56
Gambar 4.5 Aktuator Silinder 5 56
Gambar 4.6 Aktuator Silinder 6 57
Gambar 4.7 Aktuator Silinder 7 57
Gambar 4.8 Aktuator Silinder 8 57
Gambar 4.9 Katup / Valve 58
Gambar 4.10 Air Service Unit 59
Gambar 4.11 Motor DC 59
Gambar 4.12 Skematik Kontrol Forward dan Reverse Motor DC 60 Gambar 4.13 Hardware Kontrol Forward dan Reverse Motor DC 60 Gambar 4.14 Power Supply (a) 24 VDC / 4.5A (b) 5VDC / 3A 61
xv
Gambar 4.16 Pemasangan Sensor Magnet Pada Gripper 63 Gambar 4.17 Pemasangan Sensor Magnet Pada Rodless 63
Gambar 4.18 Pemasangan Sensor Optik 1 64
Gambar 4.19 Pemasangan Sensor Optik 2 64
Gambar 4.20 Pemasangan Sensor Optocoupler 65
Gambar 4.21 Pemasangan Sensor Induktif 65
Gambar 4.22 Wiring PLC Untuk Tombol 66
Gambar 4.23 Wiring PLC Sensor Sinking (NPN) 67
Gambar 4.24 Wiring PLC Sensor Sourching (PNP) 67
Gambar 4.25 Wiring PLC Untuk Output 68
Gambar 4.26 WiringInput dan Output 69
Gambar 4.27 WiringInput dan Output Aplikasi Pick And Place Slot 1 69 Gambar 4.28 WiringInput dan Output Aplikasi Pick And Place Slot 2 70
Gambar 4.29 Sequence Chart Botol Logam 72
Gambar 4.30 Sequence Chart Botol Non Logam 73
Gambar 4.31 Program Ladder Berdasarkan Sequence Chart Botol Logam 79 Gambar 4.32 Program Ladder Aktuasi Berdasarkan Sequence Chart Botol
Logam 81
Gambar 4.33 Program ladder Indikator Stop 81
Gambar 4.34 Program ladder Indikator Manual dan Auto 82
Gambar 4.35 Program ladderBuzzer 82
Gambar 4.36 Program ladderEmergency 82
Gambar 5.1 Pengukuran Sensor Dua Kabel 83
Gambar 5.2 Pengukuran Sensor Magnet Tipe Sourching (PNP) 84 Gambar 5.3 Pengukuran Sensor Optik Tipe Sourching (PNP) 84
xvi
Gambar 5.4 Pengukuran Sensor Induktif Tipe Sourching (PNP) 84 Gambar 5.5 Pengukuran Sensor Magnet Tipe Sinking (NPN) 85 Gambar 5.6 Pengukuran Sensor Optik Tipe Sinking (NPN) 85 Gambar 5.7 Pengukuran Sensor Induktif Tipe Sinking (NPN) 85
Gambar 5.8 Pengukuran Katup Solenoid 86
Gambar 5.9 Pengukuran Indikator 87
Gambar 5.10 Pengukuran Kontrol Motor DC 88
Gambar 5.11 Pengujian Silinder dengan 5/2 Double Solenoide Valve 89 Gambar 5.12 Pengujian Silinder 5/2 Double SolenoideValve Ketika Maju 90 Gambar 5.13 Pengujian Silinder 5/2 Double SolenoideValve Ketika Mundur 90 Gambar 5.14 Pengujian Silinder dengan 5/2 Single Solenoide Valve 91 Gambar 5.15 Pengujian Silinder 5/2 Single SolenoideValve Ketika Maju 91 Gambar 5.16 Pengujian Silinder 5/2 Single SolenoideValve Ketika Mundur 92
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Penggunaan robot dalam sistem otomasi Industri mobil Teknologi Otomasi yang pada awalnya banyak diartikan sebagai pemakaian suatu sistem pengatur yang mampu menggerakan suatu kontruksi mekanik (manipulator) secara mandiri tanpa campur tangan manusia, dewasa ini makin berkembang dengan dimasukkannya pengertian tentang kemampuan untuk mengatur pengolahan data secara mandiri. Dalam aplikasinya kegiatan proses produksi kedua cakupan pengertian di atas pada dasarnya sangat banyak digunakan. Pengertian teknologi otomasi yang didefisinikan sebagai penggunaan sistem pengatur yang mampu menggerakkan suatu manipulator atau kontruksi mekanik secara mandiri tanpa campur tangan manusia melahirkan suatu disiplin ilmu baru yang disebut sebagai mekatronika.
Proses produksi industri manufaktur mobil maupun sepeda motor di Indonesia sudah semakin pesat. Meski dengan jumlah karyawan yang sedikit namun mampu menghasilkan produk yang banyak dan dengan kualitas yang sama baiknya. Pada dasarnya teknologi otomasi dibedakan menjadi dua, yaitu fixed automation (otomasi tetap) dan flexible Automation (otomasi fleksibel). Kontruksi
fixed automation biasanya masih menggunakan peralatan mekanik. Sedangkan
fleksibel automation sudah menggunakan sistem pengatur berbasis komputer. Sistem pengatur berbasis komputer dirancang agar mudah dirubah sesuai dengan kebutuhan. Teknologi modern ditandai dengan penggunaan fleksible automation
2
yang semakin meluas. Fleksible Automation akan terus berkembang sejalan dengan perkembangan mikroeletronika yang mendasar.
Pemanfaatan teknologi otomasi pada proses produksi meliputi bidang yang sangat luas, dari kegiatan seperti pada bagian Product Design, Production Planning dan Control, Inventory Control, Sales dan Marketing, Engineering, Industrial Engineering banyak yang lebih berupa pengolahan secara otomatis data elektronis, sedangkan teknolgi otomasi yang banyak di terapkan adalah dalam bidang produksi. Dalam pembahasan selanjutnya, akan dibahas lebih jauh teknologi otomasi yang diterapkan dalam industri pengolahan serta pemesinan logam. Pembahasan akan lebih diarahkan pada teknologi otomasi dalam bentuk pengaturan gerak manipolator atau konstruksi mekanik yang terdapat dalam berbagai bentuk peralatan pabrik. Pengaturan yang akan dikembangkan berbasisi pada sistem kontrol pneumatik, hidrolik, elektrik, dan juga mekanik.
Setiap perusahaan selalu berusaha untuk efisien dan efektif dalam melakukan proses produksinya. Hal ini sesuai dengan prinsip ekonomi, yang bertujuan mendapatkan keuntungan yang sebesar-besarnya dengan biaya yang serendahrendahnya. Salah satu upaya yang dilakukan perusahaan antara lain dengan cara mengurangi biaya produksi, termasuk biaya tenaga kerja. Meningkatnya kualitas hidup berdampak pada gaji tenaga kerja terampil yang semakin mahal. Tenaga kerja terampil umumnya menuntut gaji yang besar. Padahal tenaga kerja terampil sebagai manusia pada umumnya memiliki keterbatasan seperti kelelahan, sakit, jenuh, bahkan kadang menuntut kenaikan gaji melalui demonstrasi yang dapat menghentikan aktivitas perusahaan. Dewasa ini perusahaan selalu berupaya untuk mengganti pekerjaan yang selama ini
3
dilakukan oleh manusia untuk digantikan dengan mesin-mesin dalam rangka efisiensi dan peningkatan kualitis produksinya. Dengan kata lain banyak perusahaan melakukan otomasi produksinya.
Istilah otomasi berasal dari otomatisasi, belakangan ini istilah otomatisasi tidak lagi banyak digunakan. Menurut Thomas Krist yang dikutip Dines Ginting
(1993), ``Otomasi`` adalah mengubah penggerakan atau pelayanan dengan tangan menjadi pelayanan otomatik pada penggerakan dan gerakan tersebut berturut-turut dilaksanakan oleh tenaga asing (tanpa perantaraan tenaga manusia). Jadi otomasi menghemat tenaga manusia. Terutama suatu penempatan yang menguntungkan dari unsur-unsur pelayanan adalah mengurangi banyaknya gerakan-gerakan tangan sampai seminimum mungkin. Gerakan-gerakan yang biasa dilakukan manusia seperti menggeser, mengangkat, menempa, dan lain-lain telah dapat digantikan oleh gerakan aktuator mekanik, listrik, pneumatik, hidraulik, dan lain-lain. Masing-masing aktuator memiliki kelebihan dan kelemahan, misalnya lebih fleksibel dan bersih, namun mudah terbakar bila dibebani lebih. Pneumatik dapat dibebani lebih, bersih, dan aman, namun untuk menghasilkan udara bertekanan diperlukan peralatan mahal seperti kompresor dan katup-katup. Hidraulik mampu menghasilkan daya besar, namun memiliki keterbatasan temperatur dan cenderung kotor. Pemilihan aktuator tersebut akan selalu menyesuaikan dengan kebutuhan.
Penggantian tenaga manusia menjadi tenaga mesin akan meningkatkan produktivitas dan efensiensi kerja. Penggantian ini sangat tepat terutama pada industri bahan dasar, industri kimia dan tungku pengecoran logam bertemperatur tinggi, dimana akan mengurangi resiko kecelakaan kerja dan meningkatkan
4
kenyamanan peroduksi. Faktor ini juga sangat menentukan kedayagunaan dan manfaat ekonomis dari produksi. Pengalihan gerakan dari tenaga manusia ke mesin dapat dilakukan sebagian maupun keselurahan. Otomasi sebagian berarti sistem masih memerlukan tenaga kerja untuk mengoperasikan mesin, sedangkan otomasi lengkap berarti semuanya dapat dikerjakan oleh mesin, tenaga manusia hanya bertindak sebagai programmer dari mesin tersebut. Dalam beberapa tahun ini perkembangan otomasi penuh telah berkembang pesat terutama pada industri manufaktur mobil maupun industri yang lain.
Dengan hal yang diatas kami membuat tugas akhir sebuah otomasi industri menggunakan elektro pneumatic yaitu aplikasi Pick And Place mesin sterilisasi botol minuman dengan menggunakan Programmable Logic Controller.
1.2Batasan Masalah
Dengan adanya permasalahan yang harus diselesaikan pada aplikasi pick and place pada mesin sterilisasi botol minuman maka dalam tugas akhir ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut :
1. Bentuk objek (Botol) hanya pada beberapa model botol yang ukurannya sama 2. Menggunakan PLC OMRON CQM1H.
3. Aktuator yang digunakan berupa silinder.
4. Menggunakan sensor magnetik,indiktif,kapasitif dan optik.
5. Gerakan pick and place hanya satu botol setiap siklus. Setelah sampai akhir proses maka botol berikutnya bisa di proses di siklus berikutnya.
6. Emergency berfungsi sebagai memberhentikan proses. Setelah emergency di lepas maka proses berlanjut kembali.
5
1.3 Tujuan dan Manfaat 1.3.1 Tujuan
Adapun Tujuan dari tugas akhir ini adalah :
Untuk menerapkan ilmu pengetahuan yang telah didapatkan selama di bangku kuliah. Dan dijadikan sebagai parameter keberhasilan mahasiswa dalam menuntut ilmu.
Bisa menciptakan suatu sistem otomasi industri yang efektif dan efisien.
Bisa mensimulasikan aplikasi Pick and Place pada industri atau perusahaan.
Bisa memperaktekan sebuah sistem otomasi secara nyata / belajar pada aplikasi.
1.3.2 Manfaat
Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah dapat menghasilkan adanya proses perubahan teknologi. Selain itu penguasaan serta pengalaman yang telah diperoleh di mata kuliah juga dapat diaplikasikan dalam kehidupan di masyarakat. Dan pada akhirnya alat ini berguna untuk kemajuan di bidang industri khususnya industri rumah tangga atau masyarakat luas.
1.4 Metodologi Penelitian
Untuk menyelesaikan tugas akhir ini, dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :
6
1. Studi literature.
2. Perencanaan perangkat keras dan perangkat lunak. 3. Pembuatan alat.
4. Melakukan pengujian alat. 5. Penyempurnaan alat.
6. Menyusun buku laporan tugas akhir.
1.5Sistematika Penulisan
Agar lebih mudah memahami isi keseluruhan dari tugas akhir ini, maka penyusunan buku laporan tugas akhir ini terdiri dari beberapa bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB 1 : PENDAHULUAN
Memberikan latar belakang tentang permasalahan, tujuan dan manfaat, serta batasan masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini.
BAB 2 : IKHTISAR SISTEM
Menjelaskan gambaran umum cara kerja sistem yang dibuat, dilengkapi dengan keterangan-keterangan (gambar dan blok diagram) sehingga pembaca dapat memahami bagaimana cara kerja aplikasi yang dibuat.
BAB 3 : LANDASAN TEORI
Memberikan dasar teori untuk menunjang penyelesaian masalah dalam tugas akhir ini. Teori dasar yang diberikan meliputi : pengenalan PLC, Konfigurasi sistem PLC, Pengenalan dan pemasangan aktuator dan sensor. cara kerja aktuator dan sensor, Solenoide Valve ,cara kerja relay,motor dan lain – lain. BAB 4 : PERANCANGAN SISTEM
7
Membahas tahap-tahap perencanaan dan pembuatan perangkat keras, perangkat elektronik, perangkat pneumatik dan perangkat software pada PLC yang digunakan dalam pembuatan aplikasi pick and place pada mesin sterilisasi botol.
BAB 5 : PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Melakukan pengujian yang berhubungan secara langsung terhadap parameter sesungguhnya, apakah rangkaian yang diuji sudah sesuai dengan yang diharapkan. Selain itu juga mambahas tentang hasil yang telah diperoleh dari hasil pengujian berupa analisa.
BAB 6 : KESIMPULAN DAN SARAN
Memberi kesimpulan pembahasan tentang hasil yang telah diperoleh dan saran-saran yang memungkinkan untuk pengembangan tugas akhir ini.
8 BAB II
IKHTISAR SISTEM
2.1 Deskripsi Umum
Aplikasi Pick and Place pada mesin sterilisasi botol minuman digunakan untuk memindahkan botol dari satu tempat ke tempat lain. Di karenakan untuk mensterilkan botol minuman dengan menggunakan heater atau pemanas dengan suhu yang sangat tinggi jadi maka tidak mungkin di kerjakan dengan tangan manusia. Maka dari itu kami membuat mesin ini yang berkerja secara otomatis. berikut adalah Tabel Input, output dan Controller:
“Aplikasi Pick and Place pada mesin sterilisasi botol minuman ini menggunakan sistem Kontrol Programmble Logic Controller (PLC) Seri CQM1H CPU 41. Aktuator yang digunakan berbasis elektropneumatik yaitu dengan menggunakan kompressor untuk mengerakan silinder. Terdapat juga solenoide valve / katup solenoid untuk mengatur maju dan mundur sebuah silinder. Untuk gerakan putar menggunakan aktuator motor DC. Adapun sensor yang digunakan adalah Magnetic Proximity Switch, Inductive Proximity Switch dan Optical proximity switch.
9
Dari table diatas dijelaskan bahwa terdiri dari 3 bagian komponen utama yaitu Input / masukan yang terdiri atas berbagai macam sensor yaitu Magnetic Proximity switch, Inductive Proximity Switch, dan Optical Proximity Switch. Adapun masukan tombol yaitu tombol start, tombol stop, tombol manual, tombol selektor, dan tombol Emergency. Sistem kontrol yang digunakan adalah
Programmable Logic Controller (PLC). Yang terakhir adalah bagian output
komponen yaitu katup solenoid tunggal 5/2 ,katup solenoid ganda 5/2, indikator ,Motor DC, dan Buzzer.
Secara umum prinsip kerja dari aplikasi Pick and Place ini adalah salah satu dari output akan bekerja setelah mendapat instruksi dari PLC yang berfungsi sebagai kontrol dalam alat ini. Sedangkan kontrol dari alat ini berfungsi sesuai dengan input yang bekerja. Secara umum dapat kami jelaskan aplikasi Pick and Place pada mesin sterilisasi botol minuman ini adalah sebagai berikut :
1. Tahap Pertama
Pada tahap awal pengoperasian bila tombol start ditekan maka sistem pada PLC akan mengaktifkan Indikator Lampu Hijau akan menyala. Yang berarti mesin dalam keadaan stand by / iddle.
2. Tahap Kedua
Botol di letakkan. Di tempat ini ada sensor induktif dan sensor optik sehigga botol dapat ditentukan apakah termasuk botol logam atau botol nonlogam. Apabila kedua sensor yaitu induktif dan optik dalam keadaan aktif maka dapat ditentukan bahwa botol tersebut adalah botol logam. Begitu juga sebaliknya apabila hanya sensor optik yang aktif maka botol tersebut adalah botol non logam.
10
3. Tahap Ketiga
Silinder pertama akan bergerak maju. Setelah itu, silinder berikutnya akan bergerak secara berurutan sampai botol dijepit oleh gripper.
4. Tahap Keempat
Kemudian botol diangkat dan dipindahkan ke kotak sterilisasi botol. Setelah
gripper meletakan botol di dalam kotak sterilisasi maka kotak sterilisasi akan menutup. Di dalam kotak sterilisasi akan terjadi proses sterilisasi botol sesuai dengan jenis botol yang disterilkan.
5. Tahap Kelima
Setelah botol tersebut dianggap steril maka kotak sterilisasi akan terbuka sehingga gripper akan menjepit dan mengangkat botol. Kemudian dipindahkan ke kotak botol terakhir.
6. Tahap Keenam
Kotak botol terbagi menjadi dua yaitu kotak untuk botol logam dan kotak untuk botol nonlogam tergantung dari sensor pada tahap awal. Dimana pergerakan dalam meletakkan botol tergantung dari jenis botolnya.
7. Tahap Ketujuh
Setalah itu semua silinder dan motor bergerak kembali ke posisi atau keadaan awal dan selesailah satu siklus.
8. Tahap Kedelapan
Ketika botol berikutnya diletakkan maka pergerakan akan kembali seperti siklus pertama.
11
Gambar 2.1 Flow Chart sistem kerja secara umum
Start
Deteksi botol Apakah botol logam ? Gripper menjepit Botol disterilkan selama 15 detik Botol dipindahkan ke box botol logamFinish
Gripper menjepit Botol dipindahkan ke box sterilizer Botol disterilkan selama 10 detik gripper menjepit Botol dipindahkan ke box botol non logam Indikator Menyala, Stand by gripper menjepit Botol dipindahkan ke box sterilizer Tidak Ya12
2.2 Karakteristik
Perancangan pada pengontrolan dimensi objek menggunakan PLC ini memiliki beberapa karakteristik diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Sistem pengontrolan menggunakan PLC OMRON CQM1H dengan input tipe CQM1-ID212 (16 Input) ( 2 Card ) dan output tipe CQM1-OD212 (16 Output) ( 2 Card ).
2. Menggunakan sistem elektro pneumatic yang terdiri atas 8 silinder aksi ganda dengan mengunakan 5 / 2 Double dan Single Solenoide Valve. 3. Memiliki 1 Inductive Proximity Sensor, 2 Optical Proximity Sensor dan 16
Magnetic Proximity Sensor.
4. Memiliki sistem control pergerakan Motor DC baik Forward ataupun
Reverse.
5. Memiliki 5 tombol yaitu Start , Stop, Selektor, Manual dan Emergency.
6. Memiliki semua indikator pergerakan setiap langkah silinder, indikator
start, stop dan buzzer sebagai indikator emergency yang aktif.
7. Pemrograman menggunakan software CX-Programmer dengan penulisan bahasa pemrogramannya berupa ladder diagram.
2.3 Lingkungan Operasi Pengembangan
“Aplikasi Pick And Place pada mesin sterilisasi botol minuman menggunakan PLC” didesain untuk digunakan pada suatu industri, pendidikan, dan lainnya yang membutuhkan sistem instrumen. Pada masa ke depannya sistem ini akan sangat banyak pengembangannya, karena semakin banyaknya kebutuhan untuk lebih menyederhanakan atau meminimalkan suatu pekerjaan.
13
Industri–industri pada saat ini sudah menggunakan mesin–mesin yang serba canggih untuk mendukung produktivitas mereka. Banyak sekali mesin yang menggunakan berupa pick and place. Banyak perusahaan yang meggunakan alat ini, disebabkan oleh cara kerjanya yang lebih praktis dan efisien dibandingkan dengan tenaga manusia dan perusahaan juga mendapat keuntungan. Adapun contoh – contoh aplikasi pick and place lainnya di perusahaan adalah sebagai berikut :
A. Surface Mounting Technologi (SMT), dimana mesin ini akan memounting atau memasang komponen pada PCB.
B. Stamping Product, cara kerjanya setelah di-stamping / dicap (diberi merk) maka barang tersebut akan diletakkan di suatu tempat.
C. Packaging Material, material diangkat atau diambil lalu di letakkan ke dalam kotak.
14
BAB III
LANDASAN TEORI
3.1 Umum
Pada bab ini akan diberikan teori dasar yang melandasi permasalahan dan penyelesaiannya yang diangkat dalam tugas akhir ini. Teori dasar yang diberikan meliputi pengetahuan umum tentang PLC. Teori ini memberikan definisi dan klasifikasi tentang PLC yang telah berkembang sampai saat ini. Selanjutnya diberikan tentang bagian-bagian dari PLC. PLC sebagai teknologi pengendali yang banyak digunakan saat ini.
Pada bagian ini juga akan diberikan tentang instruksi pemrograman, pengetahuan tentang elektropneumatik, PLC, silinder , Sensor magnet, Sensor induktif, Sensor optik, Relay, Motor DC, serta tombol–tombol yang digunakan.
3.2 Pneumatik
Udara merupakan sumber daya alam dan sangat mudah didapatkan sehingga pada realisasi dan aplikasi teknik sekarang ini udara banyak digunakan sebagai penggerak untuk mengontrol peralatan dan komponen-komponennya yang kita kenal sekarang ini dengan PNEUMATIK. Pneumatik berasal dari kata Yunani: pneuma = udara. Jadi pneumatik adalah ilmu yang berkaitan dengan gerakan maupun kondisi yang berkaitan dengan udara. Perangkat pneumatik bekerja dengan memanfaatkan udara yang dimampatkan (compressed air). Dalam hal ini udara yang dimampatkan akan didistribusikan kepada sistem yang
15
sehingga kapasitas sistem terpenuhi. Untuk memenuhi kebutuhan udara yang dimampatkan kita memerlukan kompresor (pembangkit udara bertekanan).
Tekanan udara yang dibutuhkan pada alat pengontrol pneumatik seperti silinder, katup serta peralatan lainnya adalah 6 bar, supaya efektif dan efisien dalam penggunaannya (range alat 3–10 bar). Dan untuk memelihara keawetan peralatan haruslah diperoleh udara kering, yaitu agar tidak terjadi korosi pada pipa saluran dara, pelumasan yang ada tidak terbawa uap air, tidak terjadi kontaminasi bila udara mampat langsung kontak dengan produk yang sensitif seperti cat dan makanan.
Pneumatik dewasa ini memegang peranan penting dalam pengembangan dan teknologi otomatisasi, disamping hidraulik dan elektronik/elektrik. Sumber pneumatik merupakan perangkat yang menghasilkan udara pneumatik berserta perangkat yang ada pada jalur udara pneumatik.
Penyedia udara/Kompresor adalah mesin yang menghasilkan udara pneumatik dengan tekanan kerja yang dipakai dalam sistem pneumatik (2,5 ~ 7 bar)
Tangki atau pengumpul udara/header berupa sistem pengumpul udara pneumatik (storage) sementara sebelum distribusi
Filter digunakan untuk menyaring udara pneumatik dari kotoran. Penyaring filter ini disesuaikan dengan kebutuhan udara pneumatik
Driyer /pengering digunakan untuk mengeringkan udara pneumatik dari uap air
Pemisah air, sistem pemisah air ini biasanya dibuat dalam suatu sistem yang lengkap dengan pressure regulator.
16
Sistem pelumas, digunakan untuk aplikasi khusus terhadap instrumentasi pneumatik.
Meter pneumatik /manometer berupa indikator tekanan pada suatu jalur atau tangki pneumatik.
3.2.1 Katup (Valve)
1. Katup pengarah (Directional Control Valve), terdiri dari 2 jenis katup:
a. Katup poppet, yang bekerja dengan cara melepas dan menempelkan bola/piringan terhadap dudukannya yang terpasang ‘seal’ yang bersifat elastis namun kuat. Gaya untuk menggerakkan katup poppet relatif besar karena harus melawan gaya pegas pada saat posisi kerja.
b. Katup geser (slide valve), yang bekerja dengan menggeser silinder atau piringan.
2. Katup searah (Non return valve), yang jenisnya antara lain:
a. Check valves, hanya mempunyai 1 inlet dan 1 outlet, dapat menutup aliran pada satu arah aliran. Pada arah lainnya katup ini dengan bebas dapat mengalirkan aliran udara dengan tekanan rendah.
b. Two pressure valve (Katup 2 arah): mempunyai 2 inlet dan 1 outlet. Udara mampat mengalir melalui katup ini bila sinyal udara terdapat pada kedua sambungan inlet. (= Logic AND function)
c. Shuttle valve (= Logic OR function) Udara mampat dapat mengalir dari salah satu atau kedua saluran input menuju kaluaran.
d. Quick exhaust valve (Katup pambuangan cepat) berfungsi sebagai penambah kecepatan silinder. Dengan ini memungkinkan waktu yang
17
diperlukan untuk langkah kerja silinder terutama untuk silinder aksi tunggal lebih singkat lagi.
3. Flow control valve (Katup pengatur aliran), berfungsi mengatur aliran udara secara volumetrik.
a. Bi-directional flow control valve, mengatur udara ke dua arah.
b. One way flow control valve, mengalirkan udara ke satu arah untuk mengatur kecepatan aktuator.
4. Pressure valve (Katup pengatur tekanan), fungsinya mengatur besarnya tekanan udara yang diperlukan.
a. Pressure regulating valve, berfungsi mengatur tekanan udara konstan yang dibutuhkan. Tekanan input harus lebih besar dibandingkan dengan output. b. Pressure limiting valve, biasanya dipakai sebagai katup pengamanan untuk
menjaga tekanan maksimum yang diinginkan tidak akan terlewati. Bila tekanan maksimum pada input sudah tercapai maka output akan membuka dan tekanan udara yang berlebihan akan dikeluarkan ke udara bebas.
3.2.2 Aktuator
Aktuator adalah bagian terakhir dari output suatu sistem kontrol pneumatik. Output biasanya digunakan untuk mengidentifikasi suatu sistem kontrol ataupun aktuator. Pada pneumatik, jenis aktuator ada bermacam-macam, diantaranya:
1. Aktuator gerakan linier:
Untuk mengubah tekanan udara menjadi gerakan translasi dari batang piston. a. Single acting cylinder (silinder aksi tunggal)
18
Gambar 3.1 Simbol Silinder Aksi Tunggal Konstruksi
Silinder kerja tunggal mempunyai seal piston tunggal yang dipasang pada sisi suplai udara bertekanan. Pembuangan udara pada sisi batang piston silinder dikeluarkan ke atmosfir melalui saluran pembuangan.
Apabila lubang pembuangan ini tertutup akan membatasi atau menghentikan udara yang akan dibuang pada saat silinder bergerak keluar dan gerakan akan menjadi tersentak-sentak atau terhenti.
Gambar 3.2 Kontruksi Silinder Kerja Tunggal (Sumber : Pneumatic System)
Prinsip Kerja
Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston, sisi yang lain terbuka ke atmosfer. Silinder hanya bisa memberikan gaya kerja ke satu arah . Gerakan piston kembali masuk diberikan oleh gaya pegas yang ada didalam silinder direncanakan hanya untuk mengembalikan silinder pada posisi awal dengan alasan agar kecepatan kembali tinggi pada kondisi tanpa beban.
19
Gambar 3.3 Simbol Silinder Aksi Ganda Konstruksi
Konstruksi silinder kerja ganda adalah sama dengan silinder kerja tunggal, tetapi tidak mempunyai pegas pengembali. Silinder kerja ganda mempunyai dua saluran (saluran input dan saluran pembuangan). Silinder terdiri dari tabung silinder dan penutupnya, piston dengan seal, batang piston, bantalan, ring pengikis dan bagian penyambungan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 3.4 Kontruksi silinder Kerja Ganda (Sumber : “Pneumatic System”)
Keterangan :
1. Batang / rumah silinder 2. Saluran masuk 3. Saluran keluar 4. Batang piston 5. Seal 6. Bearing 7. Piston Prinsip Kerja
Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston (arah maju) , sedangkan sisi yang lain (arah mundur) terbuka ke atmosfir, maka gaya diberikan pada sisi permukaan piston tersebut sehingga
20
batang piston akan terdorong keluar sampai mencapai posisi maksimum dan berhenti. Gerakan silinder kembali masuk, diberikan oleh gaya pada sisi permukaan batang piston (arah mundur) dan sisi permukaan piston (arah maju) udaranya terbuka ke atmosfir.
Keuntungan silinder kerja ganda dapat dibebani pada kedua arah gerakan batang pistonnya. Ini memungkinkan pemasangannya lebih fleksibel. Gaya yang diberikan pada batang piston gerakan keluar lebih besar daripada gerakan masuk.
Kegunaan
Silinder pneumatik telah dikembangkan pada arah berikut :
• Kebutuhan pensensoran tanpa sentuhan (menggunakan magnet pada piston untuk mengaktifkan katup batas /limit switch dengan magnet )
• Penghentian beban berat pada unit penjepitan dan penahan luar tiba-tiba.
• Penambah kemampuan pembawa beban.
• Aplikasi robot dengan gambaran khusus seperti batang piston tanpa putaran, batang piston berlubang untuk mulut pengisap.
2. Aktuator gerakan berputar:
a. Motor yang digerakkan oleh udara. Motor pneumatik adalah suatu peralatan pneumatik yang menghasilkan gerakan putar yang sudut putarnya tidak terbatas bila terhadap peralatan ini dialiri udara yang dimampatkan. Ada 4 jenis motor pneumatik, yaitu piston motors, sliding vane motors, gear motors, turbin.
21
b. Aktuator yang berputar/gerakan putar.
3.2.3 Struktur Dan Komponen Sistem Pneumatik
Di bawah ini diperlihatkan jaringan kontrol untuk sinyal aliran yang dipakai sebagai output ke sistem kerja.
Gambar 3.5 Jaringan Kontrol
Elemen-elemen tersebut pada penggunaan dalam pneumatik biasanya mempergunakan simbol yang menunjukkan fungsinya. Simbol-simbol itu bisa dikombinasikan/dirangkai untuk menghasilkan solusi pada diagram jaringan kerja. Diagram kerja harus digambarkan susunannya seperti struktur di bawah ini. Katup penentu arah dapat mempunyai fungsi sebagai pengontrol sensor, prosesor atau aktuator. Apabila katup penentu arah dipergunakan untuk mengontrol gerakan sebuah silinder maka katup ini berfungsi sebagai pengontrol aktuator. Apabila dipakai mengolah sinyal maka katup ini berfungsi sebagai prosesor. Bagitu pula bila dipakai sebagai peraba sebuah gerakan maka berfungsi sebagai sensor.
ENERGY SUPPLY INPUT ELEMENTS PROCESSING ELEMENTS ACTUATING DEVICE OUTPUT SOURCE INPUT SIGNAL PROCESSING SIGNAL
22
3.2.4 Simbol-Simbol Pada Pneumatik
Adapun simbol-simbol pneumatic terbagi atas beberapa bagian yaitu: 1. Simbol yang digunakan untuk konversi energi dan preparasi
Tabel 3.1 Simbol AirSupply
Compressor Fixed capacity
Air receiver and T Junction
Tabel 3.2 Simbol Service Equipment
Filter
Water separator
Lubricator
Pressure regulator
Air service unit
Pressure source
23
2. Simbol katup penentu arah (simbol penyeimbangan)
Tabel 3.3 Simbol katup penentu arah
Kotak posisi pensakelaran katup
Jumlah kotak pensakelaran katup
Panah lintasan aliran udara
Garis blok aliran udara yang tertutup
Garis luar yang merupakan input / output aliran udara
3. Simbol katup pengatur arah, sambungan port dan posisi: Tabel 3.4 Simbol Katup Pengatur Arah
2 / 2 – Way directional control valve
3 / 2 – Way directional control valve Normally closed
3 / 2 – Way directional control valve Normally open 4 / 2 – Way directional control valve
5 / 2 – Way directional control valve
24
4. Simbol/Metoda Aktuasi a. Mekanikal
Tabel 3.5 Simbol Aktuasi Mekanikal
Operasi Tombol Tombol Operasi Tuas Pedal Kaki Pegas Kembali Operasi Roll
Operasi Roll Satu Arah
b. Pneumatik
Tabel 3.6 Simbol Aktuasi Pneumatik
Aktuasi pneumatik langsung
Aktuasi pneumatik tak langsung
25
c. Elektrikal
Tabel 3.7 Simbol Aktuasi Elektrikal
Solenoid tunggal
Solenoid ganda
5. Simbol Katup Searah
Tabel 3.8 Simbol Katup Searah
Check Valve
OR Valve
AND Valve
Quick Exhaust Valve
6. Simbol Katup Pengatur Aliran
Tabel 3.9 Simbol Katup Pengatur Aliran
Adjustable Flow Control Valve
26
7. Simbol aktuator linier
Tabel 3.10 Simbol Aktuator Linier
Single Acting Cylinder
Double Acting Cilinder
8. Simbol aktuator berputar
Tabel 3.11 Simbol Aktuator Berputar
One Direction Rotation Air Motor (Fixed)
One Direction Rotation Air Motor (Variable)
Both Directions Rotation Air Motor (Variable)
Limited Travel Rotary Actuator Both Directions
3.3 Elektropneumatik
Elektropneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dimana prinsip kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak) sedangkan media kontrolnya mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan mengaktifkan sakelar, sensor ataupun sakelar pembatas yang berfungsi sebagai penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan menghasilkan medan elektromagnit dan akan
27
mengaktifkan/mengaktuasikan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem.
3.3.1 Solenoid
Solenoid adalah common dari komponen aktuator. Prinsip dasar dari operasi memindahkan inti besi (piston) itu dipindahkan kedalam koil yang ditunjukan gambar 3.8 piston normal dipegang di bagian luar koil dengan per. Ketika tegangan ada pada koil dan arus mengalir, koil dibentuk dari medan magnet sehingga menarik piston dan mendorong ke tengah dari koil. Piston bisa digunakan untuk sumber gaya lurus. Untuk mengetahui dengan baik aplikasi dari didalam nilai pneumatik dan terbukanya pintu mobil.
Gambar 3.6 Sistem On / off Solenoid (Sumber : “PLCBook”)
Solenoid bisa disambungkan lansung ke output PLC. Sebagian besar industri solenoide diberi tegangan sumber 24 Vdc dan sedikitnya 100 mA.
3.3.2 Relay
Dalam dunia elektronika, Relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, Relay merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai
28
menggantikan posisi Relay. Relay yang paling sederhana ialah Relay
elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana Relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : a. Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau
membuka) kontak saklar.
b. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Secara umum, Relay digunakan untuk memenuhi fungsi-fungsi pengatur logika kontrol suatu sistem. Berikut ini adalah gambar beberapa contoh konstruksi dari Relay.
(a) Relay 24Vdc (b) Relay 12Vdc
Gambar 3.7 Konstruksi dari (a) Relay 24Vdc, (b) Relay 12Vdc
Relay terdiri dari koil dan kontak, koil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang kontak adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di koil. Kontak ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close).
Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari Relay : ketika koil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan kontak akan menutup.
29
Gambar 3.8 Skema Relay elektromekanik (Sumber : “Sisitem Pengendali PLC”)
3.4 Switch dan Sensor 3.4.1 Push Button Switch
Elemen sinyal input diperlukan untuk memungkinkan sebuah sistem kontrol dinyalakan. Yang paling umum dipakai adalah sakelar tekan (Push-button switch). Disebut sakelar tekan karena untuk mengalirkan sinyal, mengaktuasikannya dengan menekan tombol atau sakelar. Simbol yang digunakan:
Tabel 3.12 Simbol Push Button
Sakelar tekan manual secara umum untuk kontak NO (General Push-button switch, NO)
Sakelar tekan manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NO
Saklear tekan manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NC
30
3.4.2 Latching Push-button switch
Sakelar ini diaktuasikan/diaktifkan dengan tombol yang mengunci secara mekanik. Untuk mengembalikan ke posisi semula (posisi tidak aktif) maka sakelar ini harus ditekan lagi. Penunjukkan aktuasi: I tanda mengaktifkan, O tanda untuk mengembalikan ke posisi sebelum bekerja. Simbol-simbol yang digunakan adalah :
Tabel 3.13 Simbol Latching Push Button
Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NO
Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara ditarik untuk kontak NC
Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara diputar untuk kontak NO
3.4.3 Limit Switch
Limit Switch adalah bagian integral dari sistem kontrol yang berfungsi layaknya switch biasa. Bedanya adalah limit switch digerakkan oleh suatu mekanis yang biasa digunakan untuk keperluan start, stop, actuator assembly dan
internal contact. Hoising melindungi internal contact sehingga kokoh dan tahan ledakan. Sedangkan aktuatornya dapat bermacam-macam bentuk sesuai dengan kebutuhan antara lain yaitu bentuk rotary, level dan lain-lain. Kontaknya biasa
31
Gambar 3.9 Konseptual Mekanisme dari Limit Switch (Sumber : “Sistem Pengendali PLC”)
Limit switch biasa digunakan untuk mengetahui posisi dari sebuah batasan yang berhubungan dengan piston silinder, rotor, pergerakan tempat mesin dan lainnya, supaya peralatan tersebut dapat terkontrol secara otomatis. Berikut ini adalah gambar dari konstruksi limit switch.
Gambar 3.10 Konstruksi dari Limit Switch
Bila pembatas dari sebuah mesin menekan roller dari limit switch, maka
limit switch itu akan ON atau OFF. Beberapa macam tipe dari limit switch dibuat dengan tujuan untuk memperoleh cara penempatan limit switch. Macam-macam dari tipe ini disesuaikan dengan pergerakan suatu mesin, suatu kekuatan mekanis.
32
3.4.4 Sensor Magnet / Reed Switch
Disebut juga Relay buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada output. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembaban, asap ataupun uap.
Gambar 3.11 Sistem Sensor Magnet (Sumber : “PLCBook”)
Reedswitch sama seperti Relay, magnet permanen digunakan sebagai ganti
wire coil. Ketika magnet berada jauh maka dalam keadaan terbuka tetapi ketika magnet berada dekat maka dalam keadaan tertutup.
3.4.5 Sensor Induktif
Sensor Induktif berfungsi untuk mendeteksi objek besi/metal. Meskipun terhalang oleh benda non-besi sensor akan tetap dapat mendeteksi selama dalam jangkauannya. Jika sensor mendeteksi adanya besi di area sensingnya maka kondisi output akan berubah. Sensor ini dapat menggantikan limit switch/ sakelar mekanikal yang merupakan teknologi lama.
Sensor induktif menggunakan koil ( Induktor ) untuk membangkitkan frekuensi tinggi di medan magnet. Jika di sana objek metal dekat dengan medan magnet, aliran arus ada pada objek. Hasil dari aliran arus membangun medan
33
magnet baru itu dengan menentang medan magnet yang asli. Pengaruhnya dapat menganti induktansi dari koil di sensor induktif. Dengan mengukur induktansi sensor bisa ditentukan ketika metal telah semakin dekat.
Gambar 3.12 Sistem Sensor Induktif (Sumber : “PLCBook”)
3.4.6 Sensor Kapasitif
Sensor kapasitf akan mendeteksi semua objek yang ada dalam jarak sensingnya baik metal maupun non-metal. Misal untuk pendeteksian level tangki biji plastik, atau mendeteksi ada atau tidaknya bahan dalam sebuah saluran.
Sensor kapasitif bisa untuk mendeteksi banyak material dengan jarak dekat, kira-kira beberapa centimeter. Sensor dari plat dan jarak antara mereka ditetapkan. Tetapi ketetapan elektrik dari keliling ruang mereka akan berunah sebagai perbedaan material yang dekat dengan sensor. Sebagai ilustrasi dari sensor kapasitif ditunjukkan dari gambar dibawah. Medan osilasi digunakan untuk menentukan kapasitansi dari plat. Ketika ini ditukarkan sensitifitas output dari sensor adalah aktif.
34
Gambar 3.13 Sistem Sensor Kapasitif (Sumber : “PLCBook”)
Jarak dan akurasi dari sensor ditentukan sebagian besar dari ukuran. Luasnya sensor bisa mempunyai diameter beberapa centimeter. Lebih kecil bisa kurang dari 5 cm tepat dan mempunyai jarak yang pendek akan lebih akurat.
3.4.7 Sensor Optik
Sensor cahaya telah digunakan berabad – abad ,awalnya photocell yang digunakan untuk aplikasi seperti membaca trak audio di gerakan gambar. Tetapi optik moderen sensor lebih canggih. Sensor optik memerlukan kedua dari sumber cahaya yaitu emitter dan detektor. Emitter akan menghasilkan sorotan cahaya yang terlihat dan tak terlihat spectrum digunakan led dan dioda laser.
Detektor dibentuk tipe dengan photodiode dan phototransistor. Emiter dan detektor dengan posisi tertentu dengan adanya objek akan terblok atau sorotan reflek ketika hadir. Dasar sensor optic ditunjukkan pada Gambar 3.16
35
Gambar 3.16 Sistem Dasar Sensor Optik (Sumber : “PLCBook”)
Dari gambar sorotan cahaya dihasilkan di kiri, hasil fokus adalah lensa. Sorotan di bagian detektor akan mengindikasikan objek ada. Gelombang osilasi cahaya digunakan, jadi sensor bisa menyaring keluar cahaya normal diruangan. Cahaya dari emitter ketika dinyalakan atau dimatikan dalam set frekuensi. Ketika detektor menerima cahaya, diperiksa agar lebih yakin itu frekuensi yang sama. Jika cahaya sedang diterima di frekuensi kanan sorotan akan putus. Frekunsi dari osilasi dalam hasil Khz dan terlalu capat untuk dilihat. Efek samping dari metoda frekuensi adalah sensor bisa digunakan daya yang rendah di jarak yang jauh.
3.5 Motor DC
3.5.1 Prinsip Kerja Motor DC
Sebuah kawat yang dialiri arus diletakkan diantara dua kutub magnet yang berlawanan, maka pada kawat tersebut akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat tersebut. Arah gerak gaya tersebut dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri yang berbunyi sebagai berikut :
36
“ Apabila tangan kiri terbuka diantara kutub U dan S, sehingga garis-garis gaya yang keluar dari Kutub Utara menembus telapak tangan kiri arus didalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari “.
Gaya menimbulkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekanik, sehingga motor akan berputar. Jadi motor arus searah ini menerima sumber arus searah kemudian diubah menjadi energi mekanik. Prinsip kerja dari motor arus searah adalah sebagai berikut :
1. Adanya garis-garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang ada di stator.
2. Penghantar yang dialiri arus ditempatkan pada jangkar yang berada dalam medan magnet tadi.
3. Pada penghantar timbul gaya yang menghasilkan torsi. Prinsip kerja motor DC dapat dilihat pada Gambar 3.22.
(a) Medan yang dihasilkan oleh kutub
37
(c) Interaksi kedua medan menghasilkan gaya Gambar 3.15 Prinsip Kerja Motor DC (Sumber :”Motor DC” )
Keterangan gambar :
1. Garis-garis gaya medan magnet (fluks) dihasilkan oleh kutub-kutub magnet seperti Gambar 3.19(a).
2. Penghantar yang dialiri arus maka pada penghantar timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks) seperti Gambar 3.19(b).
3. Medan yang tidak seragam seperti Gambar 3.19(c) sehingga timbul gaya. Gaya tersebut menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar.
3.5.2 Timbulnya Kopel
Karena garis gaya berusaha mencari jalan yang sependek-pendeknya, maka kawat akan mendapat tekanan yang arahnya kebawah. Hal ini disebabkan gaya saling dorong dari kedua medan magnet. Bila sebuah belitan terletak dalam medan magnet yang serupa, tetapi kedua sisi belitan itu mempunyai arus yang arahnya berlawanan, maka arah gerak kawat berlainan sehingga menghasilkan suatu gaya putaran atau disebut kopel.
38
Sedangkan pada Gambar 3.20 menunjukkan belitan yang sebenarnya diantara dua kutub. Pada motor listrik kopel ini diteruskan oleh jangkar pada porosnya sehingga dapat memutar perkakas lain yang diputar olehnya.
Pada saat belitan sudah berputar, maka terdapat suatu belitan yang berputar didalam medan magnet. Didalam medan magnet yang demikian akan bangkit suatu tegangan.
Gambar 3.16 Belitan Antara Dua Kutub (Sumber : “Motor DC”)
Dalam hal ini tegangan mempunyai arah yang berlawanan dengan tegangan dan arus dari luar yang menyebabkan belitan tersebut berputar. Karena itu di dalam motor listrik kecuali tegangan yang didapatkan dari luar, di dalam jangkarnya sendiri timbul suatu tegangan lain yang disebut gaya gerak listrik lawan atau tegangan lawan.
Kalau suatu motor diberi tegangan luar, di dalam jangkarnya akan mengalir arus yang besar karena tergantung dari tahanan jangkar saja. Arus ini mempunyai harga yang besar karena tahanan jangkarnya biasanya kecil. Karena arus ini maka terdapat gaya putar (daya mekanik) dimana jika jangkar sudah berputar, didalam jangkar akan timbul GGL lawan.
GGL lawan yang mula-mula kecil itu akan mengurangi tegangan dari luar, sehingga arus akan mulai berkurang ketika jangkar mulai berputar. Kalau putaran
39
sepenuhnya sudah tercapai, maka GGL lawan cukup besar sedangkan pada waktu kopel putaran sudah mencapai keseimbangan dengan beban yang diputarnya.
3.6 Programmable Logic Controller ( PLC )
3.6.1 Sejarah Programmable Logic Controller ( PLC )
Secara historis PLC (Programmable Logic Controllers) pertama kali dirancang oleh Perusahaan General Motor (GM) sekitar pada tahun tahun 1968. PLC awalnya merupakan sebuah kumpulan dari banyak Relay yang pada proses sekuensial dirasakan tidak fleksibel dan berbiaya tinggi dalam proses otomatisai dalam suatu industri. Pada saat itu PLC penggunaannya masih terbatas pada fungsi-fungsi kontrol Relay saja. Namun dalam perkembangannya PLC merupakan sistem yang dapat dikendalikan secara terprogram. Selanjutnya hasil rancangan PLC mulai berbasis pada bentuk komponen solid state yang memiliki fleksibelitas tinggi. Kerja tersebut dilakukan karena adanya prosesor pada PLC yang memproses program sistem yang dinginkan.
3.6.2 Pengertian Programmble Logic Controller ( PLC )
PLC adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam.
Definisi PLC menurut Capiel (1982) adalah sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan didesain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan
40
fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog.
Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut :
1. Programmable
Menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya. 2. Logic
Menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan
logic, yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND dan OR.
3. Controller
Menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.
3.6.3 Keuntungan dan Kerugian PLC
Dalam industri-industri yang ada sekarang ini, kehadiran PLC sangat dibutuhkan terutama untuk menggantikan sistem wiring atau pengkabelan yang sebelumnya masih digunakan dalam mengendalikan suatu sistem.
Keuntungan dari penggunaan PLC dalam otomasi antara lain : 1. Fleksibel
Pada masa lalu tiap perangkat elektronik yang berbeda dikendalikan dengan pengendalinya masing-masing.
41
Bila salah satu sistem akan diubah atau diperiksa maka perubahannya hanya dilakukan pada program yang terdapat di komputer dalam waktu yang relatif singkat, setelah itu di-download ke PLC-nya.
3. Jumlah kontak yang banyak
Jumlah kontak yang dimiliki oleh PLC pada masing-masing coil lebih banyak daripada kontak yang dimiliki oleh sebuah relay.
4. Lebih menghemat biaya
PLC mampu menyederhanakan banyak pengkabelan dibandingkan dengan sebuah relay.
5. Pilot running
PLC yang terprogram dapat dijalankan dan dievaluasi terlebih dahulu di kantor atau laboratorium.
6. Observasivisual
Selama program dijalankan, operasi pada PLC dapat dilihat pada layar monitor. Kesalahan dari operasinya juga dapat diamati bila terjadi.
7. Kecepatan operasi
Kecepatan operasi PLC lebih cepat dibandingkan dengan relay. 8. Metode pemrograman ladder
Pemrograman PLC dapat dinyatakan dengan pemrograman ladder bagi teknisi, bagi programmer yang bekerja di sistem kontrol digital.
9. Sifatnya tahan uji
Solid state device lebih tahan uji dibandingkan dengan relay dan timers
mekanik atau elektrik. PLC merupakan solid state device sehingga bersifat lebih tahan uji.
42
10. Menyederhanakan komponen-komponen sistem kontrol
Dalam PLC juga terdapat counter, relay dan komponen-komponen lainnya, sehingga tidak membutuhkan komponen-komponen tersebut sebagai tambahan.
Selain keuntungan yang telah disebutkan di atas maka ada kekurangan yang dimiliki oleh PLC, yaitu :
1. Teknologi yang masih baru
Pengubahan sistem kontrol lama yang menggunakan ladder atau relay ke konsep komputer PLC merupakan hal yang perlu pembelajaran khusus bagi sebagian orang.
2. Kurang efesien untuk aplikasi program yang tetap
Pada aplikasi dengan satu fungsi yang jarang sekali dilakukan perubahan bahkan tidak sama sekali, sehingga penggunaan PLC akan memboroskan biaya. 3. Pertimbangan lingkungan
Dalam suatu pemrosesan, lingkungan mungkin mengalami pemanasan yang tinggi, vibrasi yang kontak langsung dengan alat-alat elektronik di dalam PLC dan hal ini bila terjadi terus menerus, mengganggu kinerja PLC sehingga tidak berfungsi optimal.
4. Operasi dengan rangkaian yang tetap
Jika rangkaian pada sebuah operasi tidak diubah maka penggunaan PLC lebih mahal dibanding dengan peralatan kontrol lainnya. PLC akan menjadi lebih efektif
43
3.6.4 Perangkat Hardware PLC
Pada dasarnya PLC terdiri dari tiga bagian utama yaitu bagian input/output, bagian prosesor dan perangkat pemrograman (programmingdevice). Sistem PLC menggunakan prinsip pemodulan yang memiliki beberapa keuntungan, seperti komponen-komponennya dapat ditambah, dikurangi ataupun dirancang ulang untuk mendapatkan sistem yang lebih fleksibel.
Gambar 3.17 Blok Diagram PLC (Sumber : “Sistem Pengendali PLC”)
A. Input Device
Input Device merupakan perangkat keras yang digunakan untuk memberikan sinyal kepada modul input. Fungsi dari device input untuk memberikan perintah khusus sesuai dengan kinerja device input yang digunakan, misalnya untuk menjalankan atau menghentikan motor. Dalam hal tersebut seperti misalnya device input yang digunakan adalah push button yang bekerja secara
44
device input yang dapat digunakan dalam pembentukan suatu sistem kendali seperti misalnya: selector switch, limits switch, flow switch, level switch, proximity sensors dan lain-lain.
B. Output Device
Output Device adalah komponen-komponen yang memerlukan sinyal untuk mengaktifkan komponen tersebut. Output device pada PLC terbagi atas beberapa Tipe anatra lain :
Output Device Type Relay, sinyal dari output PLC digunakan untuk mengoperasikan sebuah Relay. Oleh karena itu PLC dapat menyuplai arus output yang relatif besar. Relay juga berfungsi untuk mengisolasi PLC dari rangkaian – rangkaian output external. Akan tetapi Relay
sedikit lambat dalam pengoperasian. Output device type ini cocok untuk pengsakelaran AC dan DC.
Output Device Type Transistor, mengunakan sebuah transistor untuk menyuplai arus DC output ke rangkaian – rangkaian output external. Pada output device tipe ini proses pengsakelaran dapat lebih cepat dibandingkan dengan tipe Relay. Akan tetapi tipe ini beberapa memiliki beberapa kelemahan yaitu hanya dapat menangani untuk pengsakelaran DC, alat ini akan rusak apabila terjadi arus lebih maupun tegangan balik yang cukup tinggi.
Output Device Type Triac, menggunakan isolator optik sebagai isolasinya output alat tipe ini hanya dapat digunakan untuk beban-beban external AC. Alat ini sangat mudah rusak akibat arus berlebih,
45
oleh karena itu digunakan sekring untuk sekring untuk melindungi tipe ini.
C. Procesor
Procesor adalah bagian pemroses sistem PLC yang membuat keputusan logika. Keputusan yang telah dibuat berdasarkan program tersimpan dalam memori. Procesor adalah bagian dari Central Processing Unit (CPU) dari PLC yang menerima, menganalisa, memproses dan memberikan informasi ke modul
output. Di dalam CPU PLC dapat dibayangkan seperti sekumpulan ribuan Relay. Hal tersebut bukan berarti di dalamnya terdapat banyak Relay dalam ukuran yang sangat kecil tetapi berisi rangkaian elektronika digital yang dapat sebagai kontak
NO dan NC Relay.
D. Memori
Memori merupakan elemen yang terdapat pada CPU yang berupa IC
(Integrated Circuit). Memori berfungsi sebagai tempat dimana informasi tersebut disimpan. Ada bermacam-macam jenis serpih memori dalam bentuk Integrated Circuit (IC). Masingmasing jenis memori memiliki keuntungan dan kerugian dan dipilih untuk spesifikasi yang terbaik untuk aplikasinya. Karakter memori ini mudah dihapus dengan mematikan catu daya. Beberapa tipe daripada semikonduktor memori seperti :
a. RAM (Random Acces Memory)
Merupakan tipe memori yang fleksibel dalam membaca atau menulis data yang digunakan untuk menyimpan ladder program.
46
Dapat dibaca datanya tetapi tidak dapat ditulisi karena termasuk data non volatile yang tersedia secara permanen.
c. EPROM ( Eraseble Programable Read Only Memory)
Dapat diprogram secara elektis dan dihapus dengan menggunakan sinar
ultraviolet. Merupakan media penyimpan yang permanen untuk ladder program.
E. Unit Operasi/Display
Data unit ini kita dapat mengetahui ladder diagram yang telah kita masukkan dari CX-Programmer. Unit ini digunakan untuk pemrograman input atau memeriksa yang telah terjadi pada memori.
3.14 Data dan Memory PLC F. Konfigurasi Hardware
Konfigurasi dari PLC OMRON tipe CQM1H adalah sebagai berikut :
Gambar 3.18 Konfigurasi PLC OMRON CQM1H (Sumber : “Omron CQM1H”)
PLC ini memiliki beberapa indikator yaitu : a. Indikator Status.
b. Indikator Input, indikator ini akan menyala saat terminal input koresponden
ON.
c. Indikator Output, indikator ini akan menyala sesuai dengan internal proses algoritma program yang saat itu sedang dijalankan.
47
3.6.5 Perangkat Software PLC
A. CX-Programmer
CX-Programmer merupakan software yang dirancang khusus sebagai
software pendukung dalam pemrograman PLC OMRON. Dengan mengunakan
software ini kita dapat memonitoring dan mendiaknosa apabila terjadi kesalahan dalam pemrograman dengan mudah dan cepat.
Gambar 3.19 Tampilan Awal CX-Programmer
B. Diagram Ladder
Diagram ladder adalah bahasa yang dimiliki oleh setiap PLC. Diagram ladder menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak Relay secara terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertical dimana garis
