RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL MESIN
SORTASI OTOMATIS UNTUK BUAH MANGGIS
NURDIN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ”Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis” adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka dibagian akhir tesis ini.
Bogor, Maret 2007 Nurdin
ABSTRAK
NURDIN. Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis. Dibimbing oleh SUROSO dan I DEWA MADE SUBRATA.
Ekspor buah manggis Indonesia terus meningkat, yaitu pada tahun 1996 berjumlah 1980 ton dengan nilai $US 1.52 juta, tahun 2003 meningkat menjadi 9300 ton dengan nilai $US 9.31 juta. Luas panen dan produksi manggis Indonesia juga terus meningkat, yaitu tahun 2000 luas panen 5192 ha dengan produksi sebesar 26400 ton, tahun 2003 luas panen meningkat menjadi 9534 ha dengan produksi sebesar 79073 ton (Ditjen Hortikultura 2004). Dari data tersebut ternyata nilai ekspor masih dibawah 15% dari total produksi buah manggis. Kecilnya nilai ekspor disebabkan sering terjadinya penolakan buah manggis Indonesia karena mutu yang tidak terjamin. Untuk jaminan mutu bagian dalam dari buah manggis sampai saat ini belum dapat dilakukan. Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan mesin sortasi yang mampu melakukan penyortiran mutu berdasarkan pemeriksaan mutu bagian luar dan bagian dalam dari buah manggis.
Penelitian ini bertujuan merancang dan membuat sistem kontrol mesin sortasi untuk buah manggis yang meliputi perputaran konveyor rantai, merancang dan membuat sistem kontrol penghentian konveyor untuk mengambil data mutu luar dan mutu dalam dari buah manggis, merancang dan membuat sistem aktuator mesin sortasi yang meliputi aktuator pengendali motor stepper dan aktuator penumpahan buah manggis, dan membuat program komputer untuk sistem pengendalian mesin sortasi buah manggis.
Pada penelitian ini telah dihasilkan; sistem kontrol mesin sortasi otomatis untuk buah manggis dikendalikan secara ON/OFF dengan komputer memakai
bahasa pemrograman Microsoft Visual Basic 6.0.Interface yang digunakan dalam
pengendalian ini adalah PCL-812PG. Sistem kontrol perputaran konveyor rantai
yang dibuat terdiri dari sensor pengindera posisi objek dengan sistem sensor infrared. Sistem kontrol penghentian motor stepper didasarkan pada nilai yang
dihasilkan oleh sensor strain gauge dengan prinsip tekanan yang menghasilkan
gaya tekan sebesar 0.096 kgf (jika dalam pengukuran Voltase 0.3 volt, dan
diterjemahkan oleh PCL-812-PG menjadi logika 1). Bahan dudukan tranduser
ultrasonik yang digunakan adalah stainless steel yang dilapisi karet yang tidak
menghantarkan arus listrik dan vibrasi. Sistem kontrol penumpah manggis ke bak
penampungan mutu digunakan solenoid DC12V dengan modifikasi tuas
pengungkit. Mangkuk yang digunakan adalah mangkuk yang terbuat dari bahan polimer berwarna putih berdiameter dalam 36 mm, diameter luar 50 mm, tinggi 14 mm dan menghasilkan sudut tumpah ≥ 25o. Hasil simulasi program pengendalian sistem sortasi didapatkan bahwa lama pergerakan setiap manggis saat pemutuan dimulai dari unit ultrasonik sampai ke bak mutu adalah; mutu super 54.23 detik, mutu satu 68.30 detik, dan non mutu 92.07 detik.
©Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL MESIN
SORTASI OTOMATIS UNTUK BUAH MANGGIS
NURDIN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Tesis : Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis
Nama : Nurdin
NIM : F151030031
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Suroso, M.Agr. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr.
Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana
Ilmu Keteknikan Pertanian
Prof. Dr. Budi Indra Setiawan, M.Agr. Prof. Dr.Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
PRAKATA
Puji syukur ke hadhirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya penulis telah dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul “Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis”sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Magister Sains.
Penelitian ini adalah bagian dari penelitian ”Hibah Penelitian Tim Pascasarjana” yang sumber pendanaannya dari DIKTI, dengan judul “Pengembangan Mesin Sortasi Manggis Otomatis Berbasis Teknik Pemeriksaan secara Nondestruktif dan Jaringan Saraf Tiruan” yang terdiri dari enam tahapan. Tahap pertama pengembangan sistem pemeriksaan mutu luar buah manggis menggunakan teknologi image processing, tahap kedua pengembangan sistem
pemeriksaan mutu bagian dalam buah manggis menggunakan teknologi ultrasonik, tahap ketiga pengembangan kecerdasan buatan berbasis jaringan saraf tiruan atau Artificial Neural Network (ANN), tahap keempat pengembangan sistem
mekanik mesin sortasi buah manggis, tahap kelima integrasi perangkat lunak dan perangkat keras, dan tahap keenam pengujian kinerja mesin sortasi dan pemutuan yang dibangun. Mahasiswa yang terlibat dalam Tim ini beranggotakan enam orang, dua orang mahasiswa S3 (Dedi Alharis Nasution dan Sandra) dan empat orang mahasiswa S2 (Ana Nurhasanah, Jajang Juansyah, Muharfiza, dan Nurdin)
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak DR. Ir. Suroso, M. Agr dan Bapak DR. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dari awal penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Mad Yamin, MT selaku Penguji Luar Komisi yang telah memberikan masukan demi kesempurnaan tesis ini. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Direktur Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, yang telah memberikan biaya bantuan pendidikan pascasarjana, kepada pemerintah daerah NAD dan DAAD yang telah memberi bantuan dana, kepada Dosen dan Pegawai Politeknik Negeri Lhokseumawe.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis sampaikan kepada Dosen dan Pegawai Program Studi TEP, Bapak Sulyaden sebagai teknisi di Laboratorium TPPHP Departemen Teknik Pertanian IPB, kepada rekan-rekan penulis: team peneliti, Pak Sandra, Bayu, Pak Irmansyah, Pak Jajang, Sari, Anam, Bang Ayus, Cebro, Ican, Hendri, Munawar, Yanie, Adnan, Wiwik, teman-teman IKAMAPA, teman-teman S2 dan S3 TEP, TPP, TIP, dan semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
Selanjutnya ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Kakanda Saiful Bahri, Asmawati, Samsul Bahri, Nurhayati, M.Nasir, Ida, Adinda Safaruddin, Andi Firdaus, Evi, ponakan Dina, Nadia, Mazaya dan ponakan-ponakan lain yang selalu mendoakan penulis. Tidak lupa doa penulis kepada Ayahanda M.Husin (Alm), Ibunda tercinta Latifah, Bang Samsul, Nurul Husna dan ponakan tercinta Siti Sarah Fitri yang hilang saat bencana Tsunami di Banda Aceh, semoga mereka damai di alam Baqa dan Allah menempatkan mereka di Surga-Nya.
Bogor, Maret 2007
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kutacane pada tanggal 26 Januari 1971 dari Ayahanda M.Husin (Alm) dan Ibunda Latifah. Penulis merupakan putra ke-lima dari tujuh bersaudara.
Tahun 1990 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sigli dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Universitas Syiah Kuala melalui jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Penulis diterima pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik. Pada tahun 2003 penulis diterima di Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian pada Program Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional (BPPS) dan bantuan dari PEMDA NAD dan DAAD.
Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe sejak tahun 1998 hingga sekarang. Penulis diberi tanggung jawab mengasuh Mata Kuliah: Mekanika Teknik, Ilmu Kekuatan Bahan, dan Ilmu Pengetahuan Bahan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL...…...….... xi
DAFTAR GAMBAR... ………... xii
DAFTAR LAMPIRAN... xiv
PENDAHULUAN... 1
Latar Belakang... Tujuan Penelitian... 12 TINJAUAN PUSTAKA... 3
Manggis... Teknik Pengolahan Citra... Teknik Gelombang Ultrasonik... Sistem Kecerdasan Buatan untuk Sortasi dan Pemutuan... Kontrol Lup Tertutup... 3 5 8 11 13 SISTEM MEKANIK MESIN SORTASI MANGGIS... 15
Rancangan Fungsional... Rancangan Struktural... Konstruksi Rangka Mesin... Unit Penggerak... Unit Pengangkut... Unit Pengolahan Citra (Image Processing)... Unit Ultrasonik... Bak Penampungan Mutu Buah Manggis... 15 16 16 17 18 19 19 20 METODE PENELITIAN... 21
Tempat dan Waktu Penelitian... Tahapan Penelitian... Prinsip Kerja Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis... Pengembangan Sistem Kontrol Perputaran Konveyor Rantai... Pengembangan Sistem Kontrol Aktuator Pengendali
Motor Stepper... Pengujian Gaya Tekan Tranduser Ultrasonik...
21 21 21 22 23 25 Pengujian Kekerasan Buah Manggis...
Pengujian Penekanan kulit Buah Manggis dalam Voltase...
Pengujian Penekanan Ring yang dipasang Strain Gauge...
25 25 26 Pengujian Bahan Dudukan Tranduser Ultrasonik...
Pengembangan Sistem Aktuator Penumpahan Buah Manggis... Pengujian Sudut Tumpah Buah Manggis...
27 28 29
Halaman Pengembangan Program Komputer untuk Pengendalian
Sistem Sortasi... Program Komputer... Pengujian Program Komputer...
30 30 31 HASIL DAN PEMBAHASAN... 32
Sistem Kontrol Perputaran Konveyor Rantai... Sistem Kontrol Aktuator Pengendalian Motor Stepper... Gaya Tekan Tranduser Ultrasonik...
33 34 36 Kekerasan Buah Manggis...
Penekanan Kulit Buah Manggis dalam Voltase...
Penekanan Ring yang dipasang Strain Gauge...
36 37 38 Bahan Dudukan Tranduser Ultrasonik...
Sistem Aktuator Penumpahan Buah Manggis... Sudut Tumpah Buah Manggis... Program Pengendalian Sistem Sortasi...
38 41 42 43 Program Komputer...
Pengujian Program Komputer... 4348 SIMPULAN DAN SARAN... 50 DAFTAR PUSTAKA... 51 LAMPIRAN... 53
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Persyaratan pengkelasan mutu buah manggis SNI... 4
2 Nilai kekerasan, total padatan terlarut, rata-rata berat dan rata-rata diameter buah manggis pada berbagai umur petik... 4
3 Data kekerasan kulit buah manggis...…….... 36
4 Data kerusakan pada kulit buah manggis dalam Voltase...…. 37
5 Data pengujian bentuk gelombang ultrasonik... 39
6 Data pengujian penentuan sudut tumpah buah manggis……….. 42
7 Data pengujian program dengan simulasi……….………... 49
8 Data hasil pengujian Ring yang sudah ditempelin Strain gauge dengan menggunakan alat Penetrometer... 56
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Bentuk bunga, buah muda, buah siap panen dan buah manggis siap
dikonsumsi... 3
2 Kerusakan bagian dalam buah manggis, (a) gummosis, (b) transluscent, dan (c) decay.………….………... 3
3 Skema perekaman obyek manggis ke dalam citra digital...…….... 6
4 Tampilan program setelah dijalankan ..……….………….. 7
5 Manggis hasil thesholding... 8
6 Instrumen pengukuran gelombang ultrasonik untuk manggis……... 9
7 Posisi sample dan tranduser saat pengukuran gelombang ultrasonik.. 9
8 Menentukan variabel Δt dari persamaan kecepatan rambat dan variabel Am dari persamaan koefisien atenuasi..……….. …………. 10
9 Arsitektur JSTuntuk pemutuan manggis………... ……….. 12
10 Sistem kontrol loop tertutup....………. 13
11 Diagram kontrol loop tertutup berdasarkan ON/OF..………... 13
12 Mesin sortasi buah manggis………….……… 16
13 Motor listrik dan reducer yang dipilih. 17 14 (a) Transmisi sabuk gilir penggerak reducer (b) Transmisi sabuk gilir penggerak konveyor...…………... 17
15 Poros dan pasak hasil rancangan... 18
16 (a) Poros dan sproket transportasi (b) Penguat tegangan rantai... 18
17 Unit pengolahan citra... 19
18 Unit ultrasonic... 20
19 Skema sistem kerja mesin sortasi otomatis untuk buah manggis... 21
20 (a) Unit sensor posisi objek (b) Rangkaian elektronik sensor posisi objek... 22
21 (a) Rangkaian elektronik untuk relay ON/OFF (b) Rangkaian elektronik untuk power supply... 23
Halaman 22 Ring yang telah dipasang strain gauge sebagai sistem
kontrol ON/OFF motor stepper... 24
23 Skema pengujian kekerasan buah manggis... 25
24 Skema pengujian penekanan kulit buah manggis dalam Voltase... 26
25 Skema pengujian penekanan ring yang dipasang strain gauge... 27
26 Skema pengujian gelombang ultrasonik untuk menentukan bahan dudukan tranduser... 27
27 Rancangan aktuator penumpahan buah manggis... 28
28 Mangkuk tempat dudukan buah manggis... 29
29 Skema pengujian sudut tumpah mangkuk buah manggis... 30
30 Tahapan pelaksanaan penelitian... 31
31 Sistem kontrol lup tertutup untuk mesin sortasi otomatis... 32
32 Rangkaian elektronik untuk ON/OFF motor DC, motor stepper, solenoid mutu super dan solenoid mutu satu... 33
33 Sistem kontrol perputaran koveyor rantai... 33
34 Sistem kontrol ON/OFF motor stepper... 34
35 Skema sistem kontrol unit image processing... 35
36 Grafik hubungan gaya tekan (kgf) dengan tegangan (volt)... 38
37 (a) Gelombang ultrasonik untuk material kayu dan karet (b)Gelombang ultrasonik untuk material stainless steel... 39
38 Sistem aktuator penumpahan buah manggis... 41
39 Diagram alir sistem kontrol mesin sortasi otomatis... 45
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Sampel buah manggis yang digunakan dalam penelitian... 54 2 LED Infrared, Kamera CCD,Ring dan Strain gauge,
Solenoid DC12V, Penetrometer, dan Interface PCL-812PG... 55
3 Tabel 8 Data hasil pengujian Ring yang sudah ditempelin Strain gauge dengan menggunakan alat Penetrometer dan Tabel 9
Beberapa nilai specific acoustic impedannce dari Material... 56
4 Komponen peralatan pengukur gelombang ultrasonik dan
skema rangkaian komponen ultrasonik tester... 57 5 Listing program Microsoft Visual Basic 6.0 untuk pengendalian
