KONVEYOR
TESIS
LEDYANA FITRIANI 197026008
PROGRAM STUDI MAGISTER FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2022
KONVEYOR
TESIS
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Magister Sains
LEDYANA FITRIANI 197026008
PROGRAM STUDI MAGISTER FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2022
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Kerista Tarigan M.Eng.Sc Anggota : 1. Dr.Drs Syahrul Humaidi, M.Sc 2. Prof. Dr. Marhaposan Situmorang 3. Dr. Diana Alemin Barus M.Sc
Pengaturan Daya Berdasarkan Beban Menggunakan Kontrol PWM Pada Sistem Konveyor
ABSTRAK
Perangkat Konveyor sudah menjadi bagian dari aktivitas industri sejak lama, terutama pada bidang penenganan material. Adapun kelebihan dari konveyor yang telah berhasil dirancang pada penelitian ini adalah pada bagian pengaturan daya berdasarkan kondisi beban pada konveyor yang diharapkan perfoma sistemnya lebih baik dalam hal penggunaan energi listrik. Sistem kontrol kecepatan konveyor menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation) yaitu pengaturan lebar pulsa untuk memberikan arus pada motor. Masukan berasal dari sensor loadcell, yang fungsinya membaca berat dengan output motor penggerak yaitu motor induksi 1 phasa. Sedangkan sebagai pengendali sistem digunakan Mikrokontroler ATMega328. Saat sistem diaktifkan, kontroler akan bekerja mengaktifkan motor penggerak dengan sinya PWM berdasarkan berat beban. Pulsa PWM disesuaikan dengan berat beban pada konveyor.
Mikrokontroler membaca berat beban kemudian menetukan nilai PWM untuk mengatur daya dan kecepatan yang sesuai, melalui perantara optocoupler Mikrokontroler memberikan pulsa untuk mengatur gerbang pada TRIAC (Triode for Alternating Current), TRIAC berfungsi sebagai pengontrol phasa dihubungkan pada motor induksi untuk menggerakkan konveyor. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa berat beban pada konveyor berbanding lurus dengan daya yang dihasilkan. Semakin berat beban, maka daya yang dihasilkan semakin besar. Berat beban pada konveyor tanpa pengaturan PWM sebesar 0.5 kg menghasilkan Daya sebesar 297 Watt. Dan pada beban maksimum, yaitu 10 kg tanpa PWM menghasikan Daya sebesar 336,2 Watt. Sedangkan pada saat menngunakan pengaturan PWM dengan beban 0,5 kg menghasilkan Daya sebesar 69,01 Watt, dan saat beban maksimum 10 kg dengan pengaturan PWM menghasilkan Daya sebesar 217,8 Watt.
Kata kunci: Kontrol Phasa, Loadcell, Mikrokontroler ATMega328, Pulse Width Modulation, TRIAC.
Load Based Power Management Using PWM Control On Conveyor Systems ABSTRACT
Conveyor equipment has been a part of industrial activity for a long time, especially in material handling. The advantages of the conveyors that have been successfully designed in this study are in the power regulation section based on load conditions on the conveyors, which are expected to have better system performance in terms of the use of electrical energy. The conveyor speed control system uses the PWM (Pulse Width Modulation) method, setting the pulse width to provide current to the motor. The input comes from the loadcell sensor, whose function is to read the weight with the output of the driving motor, namely a 1-phase induction motor. Meanwhile, the ATMega328 microcontroller is used as a system controller. When the system is activated, the controller will activate the driving motor with a PWM signal based on the weight of the load. PWM pulses are adjusted to the weight of the load on the conveyor. The microcontroller reads the weight of the load then determines the PWM value to adjust the power and speed accordingly. The microcontroller provides a pulse through the optocoupler to set the gate on the TRIAC (Triode for Alternating Current), the TRIAC functions as a phase controller connected to the induction motor to drive the conveyor.
This study's results indicate that the load's weight on the conveyor is directly proportional to the power generated. The heavier the load, the greater the power generated. The weight of the load on the conveyor without a PWM setting of 0.5 kg produces a power of 297 Watts. And at the maximum load, which is 10 kg without PWM, it produces 336.2 Watts of power. Meanwhile, when using the PWM setting with a load of 0.5 kg it produces 69.01 Watts of power, and when the maximum load is 10 kg with the PWM setting it produces 217.8 Watts of power.
Keywords: Phase Control, Loadcell, ATMega328 Microcontroller, Pulse Width Modulation, TRIAC.
AFFIDAVIT
This is to certify that I have translated the foregoing from Indonesia to English That it is true and complete and that I am competent in both
languages.
S O E S I L O
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tesis ini dengan judul Pengaturan Daya Berdasarkan Beban Menggunakan Kontrol PWM Pada Konveyor Sistem.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada keluarga serta orang- orang yang mendukung sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada :
1. Dr. Muryanto Amin, selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
2. Dr. Nurhara Pasaribu selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc dan Dr. Syahrul Humaidi M.Sc selaku dosen pembimbing.
4. Dr. Syahrul Humaidi M.Sc selaku Kepala Program Studi Pascasarjana Fisika F- MIPA Universitas Sumatera Utara.
5. Ibunda Zahrul Fuady terima kasih atas kasih sayang dan kepercayaan yang telah kalian berikan kepada anak kalian ini, serta kakak dan adik tercinta terima kasih atas dukungannya, doa dan motivasi yang diberikan dari awal mulai perkuliahan sampai penulisan tesis ini.
6. Rekan-rekan mahasiswa Program S2 Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara Angkatan Tahun 2019.
7. Seluruh dosen, staf / pegawai, dan sivitas akademika di Program Studi Pascasarjana Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Akhir kata, penulis memohon maaf atas kekurangan yang terdapat dalam penulisan tesis ini. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat dan dikembangkan untuk menjadi lebih baik lagi.
Medan, 7 Januari 2022
Ledyana Fitriani
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN TESIS i
PENETAPAN PANITIA PENGUJI ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PRAKATA iii
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR SINGKATAN xiv
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
1.3. Batasan Masalah 2
1.4. Tujuan Penelitian 3
1.5. Manfaat Penelitian 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1. Motor Induksi 1 Fasa 4
2.2. Energi Efiseiensi Pada Motor Induksi 6
2.3. Triac 7
2.3.1 Pengendalian Fasa Dengan Triac 9
2.3.2 Pengendalian Motor Induksi 11
2.4. PWM (Pulse Width Modulation) 14
2.5. Kendali Kecepatan Motor AC 14
2.6. Optocoupler 21
2.7. Arduino Uno 22
2.8. Sensor HC SR-04 23
2.9. Sensor Load Cell 23
2.10. HX711 Load Cell Amplifier 26
2.11. Speed Reducer (Gearbox) 26
2.12 Kalibrasi 27
BAB 3 METODE PENELITIAN 28
3.1. Diagram Blok 28
3.2 Lokasi Penelitian 29
3.3. Alat dan Bahan 29 3.3.3 Alat 29
3.3.2 Bahan 30
3.4. Jadwal Penelitian 30
3.5 Flowchart 32
3.6 Prinsip kerja rangkaian 33
3.6.1 Sensor 33
3.6.2 Motor induksi 1 phasa 35
3.6.3 Mikrokontroler 35
3.6.4 Triac 36
3.6.5 Optocoupler 37
3.6.6 Rangkaian keseluruhan sistem 37
3.7 Sketsa Perancangan Konveyor 38
3.8 Bentuk Fisik Konveyor dan Bagiannya 39
3.9 Kalibrasi Sensor Loadcell 40
3.10 Kalibrasi Sensor Ultrasonik 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 45
4.1 Pengujian Sistem 45
4.1.1 Pengujian Sensor Loadcell 45 4.1.2 Pengujian Sensor Ultrasonik 46
4.1.3 Pengujian Motor Induksi 48
4.1.4 Pengujian PWM (Pulse Width Modulation) 50
4.2 Pengujian PWM pada TRIAC 53
4.3 Pengujian Berat Beban Tanpa PWM dan Dengan PWM 59 4.4 Pengujian dengan tinggi berbeda menggunakan sensor ultrasonik 63
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 65
5.1 Kesimpulan 65
5.2 Saran 66
DAFTAR PUSTAKA 67
LAMPIRAN 70
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
Tabel 3.1 Jadwal Penelitian 31
Tabel 3.2 Hasil Kalibrasi Sensor 41
Tabel 3.3 Error Konstanta Kalibrasi 42
Tabel 3.4 Perbandingan Pengukuran sensor dengan 44 Pengkururan manual
Tabel 4.1 Hasil Pengujian sensor loadcell 45 Tabel 4.2 Perbandingan pengukuran sensor 48 Tabel 4.3 Hasil Pengujian motor tanpa beban 49 Tabel 4.4 Hasil pengujian motor tanpa beban 50 Tabel 4.5 Hasil pengujian motor dengan PWM 51 Tabel 4.6 Hasil pengujian konveyor dengan jenis
beban berbeda 54
Tabel 4.7 Pengukuran tegangan dan arus konveyor
Saat berbeban 55
Tabel 4.8 Pengujian dengan beban 5 kg dengan dutycle
Berbeda 55
Tabel 4.9 Pengujian Tanpa PWM 59 Tabel 4.9 Pengujian Dengan PWM 60 Tabel 4.10 Pengujian dengan Tinggi berbeda menggunakan
Sensor ultrasonik 63
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Konstruksi motor induksi 1 fasa 4
2.2 Prinsip medan magnet utama dan bantu motor 4
2.3 Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama 5
2.4 Medan magnet pada stator motor 1 fasa 5
2.5 Rotor Sangkar 5
2.6 Bentuk fisik Triac 6
2.7 Konstruksi Triac 7
2.8 Struktur, simbol dan rangkaian ekivalen triac 7
2.9 Mode pentriggeran Triac 7
2.10 Rangkaian penghubung triac AC 8
2.11 Aplikasi triac pada rangkaian penghubungan arus pada motor 8
2.12 Aplikasi triac untuk mengubah arus 9
2.13 Kontrol Fasa Bentuk Gelombang AC 10
2.14 Sirkuit Paling Sederhana untuk Kontrol Fasa 10
2.15 Bentuk Gelombang Tegangan Kapasitor di Sudut Dua Fasa 10
2.16 Karakteristik Motor Tiang Berbayang di Beberapa Voltase 12
2.17 Diagram Koneksi untuk Motor Kapasitor Split Permanen 12
2.18 Kurva Kecepatan-Torsi untuk Motor Kapasitor Permanen-Split-Kapasitor Pada berbagai tegangan terapan 13
2.19 Diagram Sirkuit untuk Motor Capacitor-Start 13
2.20 Gelombang PWM 14
2.21 Konstruksi motor induksi 15
2.22 Sistem kontrol kecepatan motor AC 15
2.23 Kecepatan putaran - karakteristik torsi motor induksi 16
2.24 Kontrol tegangan sederhana 17 2.25 Perubahan tegangan oleh transformator 17
2.26 Perubahan tegangan dengan kontrol fasa 18
2.27 Sirkuit kendali triac 18
2.28 Diagram blok sistem motor kontrol kecepatan AC 19
2.29 Bentuk gelombang untuk setiap blok 19
2.30 Pengoperasian kontrol kecepatan 20
2.31 Karakteristik torsi kecepatan rotasi 21
2.32 Prinsip kerja optocoupler 22
2.33 Arduino Uno 22
2.34 Tampilan Sensor HC-SR04 23
2.35 Sensor Load Cell 24
2.36 Posisi Strain Gauge 24 2.37 Rangkaian Jembatan Wheatstone pada sensor Load Cell 25 2.38 Rumus menghitung output pada Load Cell 25
2.39 Modul HX711 26
2.40 Speed Reducer (Gearbox) 26
3.1 Blok Diagram Sistem Smart Konveyor Dengan Motor 1 Fasa 31
3.2 Flowchart sistem Smart Konveyor 32
3.3 Rangkaian sensor ultrasonic pada pin 13 dan 12 34 3.4 Rangkaian sensor loadcell pada pin A4 dan A5 34
3.5 Mikrokontroler Arduino 36
3.6 Rangkaian penguat daya TRIAC 36
3.7 Rangkaian optocoupler pada pin 8 arduino 37 3.8 Rangkaian keseluruhan system smart konveyor 38
3.8 Sketsa perancangan konveyor 38
3.9 Bentuk fisik konveyor 39
4.1 Rangkaian pengujian sensor lodcell 46
4.2 Rangkaian pengujian sensor ultrasonic 48
4.3 Rangkaian pengujian motor induksi 50
4.4 Daya duty cycle pada pengujian PWM 51
4.5 Proses pengujian motor dengan PWM 52
4.6 Bentuk gelombang output pada saat duty cycle 20% yang diukur dengan
Osiloskop 53
4.7 Bentuk gelombang output pada saat duty cycle 40% yang diukur dengan
Osiloskop 53
4.8 Bentuk gelombang output pada saat duty cycle 50% yang diukur dengan
Osiloskop 53
4.9 Bentuk gelombang output pada saat duty cycle 60% yang diukur dengan
Osiloskop 53
4.10 Waktu tempuh terhadap PWM 54
4.11 Daya duty cycle 55
4.12 Hubungan daya dan duty cycle pada saat massa 10 kg 56 4.13 Bentuk sumber tegangan input 220 V 56 4.14 Bentuk gelombang output pada Triac saat duty cycle PWM 20%
Yang diukur dengan osiloskop 56
4.15 Bentuk gelombang output pada Triac saat duty cycle PWM 60%
Yang diukur dengan osiloskop 57 4.16 Bentuk gelombang output Triac pada saat duty cycle PWM 80%
Yang diukur dengan osiloskop 57
4.17 Hubungan Massa terhadap daya dan RPM 61
4.16 Pengujian pengaruh beban terhadap dengan dan tanpa PWM 62
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
Lampiran 1 Kode program Keseluruhan 70
Lampiran 2 Datasheet Arduino Uno 73
Lampiran 3 Datasheet Ultrasonic HCSR04 77
Lampiran 4 Datasheet HX711 80
DAFTAR SINGKATAN
PWM = Pulse Width Modulation RPM = Rotation Per Minute
TRIAC = Triode for Alternating Current
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perangkat konveyor merupakan bagian dari aktivitas industri sejak lama, terkhusus dalam menangani materi atau material handling. Beragam aktivitas dilibatkan dalam material handling contohnya adalah pengontrolan bahan, transportasi, penyimpanan hingga hasil produksi. Dari awal proses produksi, distribusi, konsumsi hingga aktivitas pembuangan sisa materia berlangsun terhadap proses ini. Kebanyakan aktivitas penanganan material terfokus pada Metode yang dipakai, perangkat mekanik yang dilibatkan, pengelolaan system sampai kontrol yang diperlukan pada umumnya merupakan focus utama dalam penanganan material agar mendapatkan peran-peran yang diharapkan.
Manfaat pemakaian konvevor dapat begitu dirasa ketika tahap penanganan materi yang berat maupun besar. Perangkat tersebut dapat menjadi jawaban praktis di dalam lingkungan industry pada transportasi material; baik pada proses produksi, pemeriksaan juga pengemasan.
Mesin asinkronous (asynchronous motor), terdapat pada motor induksi.
dikatakan demikian karena mesin ini dapat berjalan di bawah kecepatan yanng sinkron.
Kecepatan rotasi medan magnetik pada mesin disebut dengan kecepatan sinkron.
Frekuensi mesin dapat memengaruhi serta jumlah kutub dalam mesin. Motor induksi pasti berputar di bawah kecepatan yang sinkron karena medan magnet yang dibangkitkan oleh stator akan menciptakan fluks pada rotor dan menyebabkan rotor berputar. tetapi fluks yang berhasil dibangkitkan oleh rotor akan merasakan lagging dibandingkan fluks yang berhasila dibangkitkan oleh stator sehingga kecepatan rotor tidak akan secepat kecepatan putaran medan magnet.
Salah satu jenis motor yang terbanyak dipakai pada dunia industry adalah motor induksi satu karena sistem konversi energi mekanisnya merupakan yang tersederhana dibandingkan dengan mesin berbahan bakar diesel atau bensin. Motor mudah dikendalikan dan mudah dibalik arahkan. Kelebihan motor induksi juga pada efisiensi dalam mengubah energi menjadi gerak mekanik dan mudah dikontrol.
Dalam hal ini sebagai contoh aplikasi motor 1 fasa dengan pengontrol fasa yang dirancang maka diterapkan pada mesin ban berjalan atau konveyor. Konveyor yang dibuat adalah smart konveyor dengan kemampuan mendeteksi barang dalam hal berat dan ketinggian barang dengan mengatur kecepatan barang agar tidak jatuh dan penghematan daya yang dihasilkan, Pergerakannya dapat diatur berdasarkan berat beban dan ketinggian beban pada konveyor. Dilengkapi 2 jenis sensor yaitu untuk mendeteksi ketinggian barang (pada perancangan ini digunakan sensor ultrasonic HC-SR04) dan mendeteksi berat barang (pada perancangan ini digunakan sensor load cell) sehingga kontroler dapat menentukan kecepatan yang diperbolehkan.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana melakukan rancangan serta membentuk smart konveyor dengan motor 1 fasa.
2. Bagaimana menentukan hubungan daya dengan beban pada motor.
3. Bagaimana menentukan dan menganalisis rangkaian pengontrol fasa berbasis Triac.
4. Bagaimana menentukan efisiensi daya terhadap beban.
1.3 Batasan Masalah
1. Mikrokontroler ATmega 328 dengan board Arduino dipakai untuk merancang bangun.
2. Menggunakan motor induksi 1 fasa.
3. Rancang bangun memakai sensor ultrasonik HC-SR04 untuk melakukan pendeteksian tinggi pada barang, pada sistem perancangan ini, ketinggian maksimal yang dapat diukur yaitu 50cm
4. Rancang bangun menggunakan sensor load cell untuk mendeteksi beban barang, pada sistem perancangan ini, beban maksimal yang dapat diukur yaitu 10 kg 5. Analisa dilakukan pada rangkaian pengontrol fasa menggunakan Triac dalam
mengendalikan fasa kecepatan motor.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Merancang dan membangun sebuah smart konveyor.
2. Menentukan hubungan daya terhadap beban.
3. Menganalisis rangkaian Triac dengan PWM.
4. Menentukan efisiensi daya terhadap beban dengan dan tanpa PWM.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Menghasilkan suatu metode pengendalian kecepatan pada konveyor yang fleksibel sesuai kondisi barang yang dipindahkan yaitu sesuai berat dan ketinggian barang pada konveyor.
2. Meningkatkan Efesiensi sebagai pengaturan daya yang tepat pada konveyor.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Induksi 1 Fasa
Jenis motor-motor listrik yang bekerja didasarkan induksi electromagnet salah satunya adalah motor induksi. Pada bagian stator, terdapat suatu energi listrik yang dimiliki oleh motor induksi, sementara itu pada bagian rotor proses induksi terhadap sistem kelistrikannya dilakukan dengan cara melewati sela udara dari stator dengan media elektromagnet. Dari hal inilah muncul penamaan motor induksi. Sedangkan pemakaian motor induksi adalah sebagai penggerak pada sektor industri.
Terdapat dua komponen yang menyusun konstruksi motor induksi fasa, dua komponen itu adalah rotor dan stator. Bagian motor yang tidak bergerak disebut dengan stator, sedangkan bagian yang bergerak dan bertumpu terhadap bantalan poros stator disebut rotor. Kumparan-kumparan stator serta rotor merupakan dua hal yang terdapat dalam motor induksi yang menghasilkan adanya proses interaksi antara stator dan rotor pda medan magnet karena stator dan rotor.
Gambar 2.1 Konstruksi motor induksi 1 fasa
Gambar 2.2 Prinsip medan magnet utama dan bantu motor 1 fasa
Grafik arus belitan bantu dan arus belitan utama digambarkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama
Gambar 2.4 Medan magnet pada stator motor 1 fasa
Bentuk batang-batang kawat yang ada pada masing-masing ujungnya dihubungsingkatkan serta mirirp dengan bentuk sangkar tupai, pada motor tiga fasa dengan rotor motor satun fasa mempunyai bentuk yang sama, sehingga biasa disebut rotor sangkar. (Suryo, 2015)
Gambar 2.5 Rotor Sangkar
2.2 Energi Efisiensi Pada Motor Induksi
Banyaknya jumlah putaran dalam jangka waktu tertentu merupakan “alat”
penghitung kecepatan motor, dan umunya penghitungan dilakukan dengan dasar berapa banyak putaran dalam waktu satu menit.
Kecepatan sinkron jika dibandingkan dengan kecepatan beroperasinya motor memiliki nilai lebih besar. Slip adalah perbedaan yang terjadi antara kecepatan sinkron (ns) dengan kecepatan motor saat berputar dan dinyatakan dalam persentase (%).
Mengubah energi elektromagnetik dapat dilakukan dengan alat yang disebut dengan Motor Listrik, yang perannya berdasarkan gaya yang dilakukan antara medan magnet yang muncul dengan arus listrik yang masuk, dan biasanya efisiensi motor listrik sangat tinggi.
2.3 Triac
Ketika Bidirectional Triode Thyristor atau Triac ditrigger (dihidupkan) maka triacakan mampu melakukan pengaliran arus listrik dua arah. Dengan memberikan Tegangan yang positif maupun negative maka triac dapat dihidupkan ketika mengenai elektroda gerbang.
Gambar 2.6 Bentuk fisik Triac
Kontruksi triac diperlihatkan pada Gambar 2.7
Gambar 2.7 Konstruksi Triac
Gambar 2.8 Struktur, simbol dan rangkaian ekivalen triac
Gambar 2.9 Mode pentriggeran Triac
Gambar 2.10 Rangkaian penghubung triac AC
Jika tombol tekan PB1 terus tertutup, maka arus akan mentrigger gerbnag secara terus menerus. Triac akan kembali OFF atau mati jika tombol tekan dibuka, apabila tegangan sumber ac serta penahanan arus turun menjadi nol atau polaritas terbalik.
Output dalam rangkaian ini bukan arus searah melainkan arus bolak-balik
Gambar 2.11 Aplikasi triac pada rangkaian penghubungan arus pada motor
Penghubungan arus ac pada motor ac merupakan salah satu aplikasi umum dari triac. triac Pada Gambar 2.10, rangkaian penghubungan motor menggambarkan kemampuan triac dalam melakukan control terhadap jumlah arus beban yang besar dan kecil. Aplikasi ini akan bekerja seperti relay solid-state. Tegangan pada rangkaian thermostat dikurangi dengan menggunakan transformator penurun tegangann 24V.
(https://andihasad.com/)
Gambar 2.12 Aplikasi triac untuk mengubah arus.
2.3.1 Pengendalian Fasa Dengan Triac
Metode daya ac elektronik yang paling umum kontrol disebut kontrol fasa.
Gambar 2.12 mengilustrasikan hal ini. Selama bagian pertama dari setiap setengah siklus ac gelombang sinus, sakelar elektronik dibuka untuk mencegah aliran arus. Pada beberapa sudut fasa tertentu, α, sakelar ini ditutup untuk memungkinkan tegangan saluran penuh diterapkan ke beban untuk sisa dari setengah siklus tersebut.
Memvariasikan α akan mengontrol bagian dari total gelombang sinus yang diterapkan pada beban (area berbayang), dan dengan demikian mengatur aliran daya ke beban.
Sirkuit paling sederhana untuk menyelesaikan kontrol fase adalah ditunjukkan pada Gambar 2.13. Sakelar elektronik dalam hal ini adalah a triac (Q) yang dapat dihidupkan dengan pulsa arus kecil ke gerbangnya. TRIAC mati secara otomatis saat arus yang melewatinya melewati nol. Di sirkuit yang ditunjukkan, kapasitor CT diisi selama setiap setengah siklus oleh arus yang mengalir melalui resistor RT dan beban. Faktanya bahwa beban di seri dengan RT selama bagian ini siklus adalah konsekuensi kecil karena resistansi RT adalah berkali-kali lebih besar dari beban. Saat tegangan melintasi CT mencapai tegangan rusaknya DIAC pemicu bilateral (D), energi yang disimpan dalam kapasitor CT adalahdirilis. Energi ini menghasilkan pulsa arus di DIAC, yang mengalir
melalui gerbang TRIAC dan nyalakan. Karena DIAC dan TRIAC adalah perangkat dua arah, nilai RT dan CT akan menentukan sudut fase di mana TRIAC akan berada dipicu di setengah siklus positif dan negatif dari gelombang sinus ac.
Gambar 2.13 Kontrol Fasa Bentuk Gelombang AC
Gambar 2.14 Sirkuit Paling Sederhana untuk Kontrol Fasa
Gambar 2.15 Bentuk Gelombang Tegangan Kapasitor di Sudut Dua Fasa
Bentuk gelombang tegangan melintasi kapasitor untuk dua kondisi kontrol tipikal (α = 90 ° dan 150 °) ditunjukkan pada Gambar 2.14. Jika penyearah terkontrol silikon
digunakan dalam hal ini sirkuit di tempat TRIAC, hanya satu setengah siklus bentuk gelombang akan dikontrol. Setengah siklus lainnya akan diblokir, menghasilkan output dc berdenyut yang rata-rata nilai dapat divariasikan dengan menyesuaikan RT.
2.3.2 Pengendalian Motor Induksi
Motor yang menggerakkan beban torsi awal rendah seperti kipas dan blower dapat dengan mudah dikontrol menggunakan salah satu sirkuit gelombang penuh yang dijelaskan sebelumnya. Satu hanya perlu mengganti belitan tiang yang diarsir motor untuk resistor beban yang ditunjukkan pada diagram rangkaian. Beban torsi konstan atau beban torsi awal tinggi adalah sulit, jika bukan tidak mungkin, untuk mengontrol menggunakan tegangan kontrol yang dijelaskan di sini. Gambar 2.15 menunjukkan efek tegangan yang bervariasi pada kurva kecepatan-torsi yang khas motor tiang berbayang.
Kurva beban kipas tipikal dan akurva beban torsi konstan telah ditumpangkan grafik ini.
Tidak sulit untuk melihat bahwa torsi berkembang oleh motor sama dengan torsi beban di dua berbeda poin pada kurva torsi-beban konstan, memberikan dua poin keseimbangan dan dengan demikian ambiguitas untuk kontrol kecepatan.
Titik kesetimbangan pada kecepatan yang lebih rendah adalah kondisi arus motor tinggi karena EMF counter rendah dan mau berakibat pada burnout pada motor yang berliku jika motor tersebut berada dibiarkan dalam kondisi ini untuk waktu yang lama.
Sebaliknya, file kurva torsi kecepatan kipas melintasi masing-masing speed torque motor kurva tersebut melintasi setiap kurva torsi kecepatan motor hanya pada satu titik, karena itu tidak menyebabkan ambiguitas. Selain itu, titik kecepatan rendah adalah salah satu sumur tegangan rendah dalam kemampuan pembawa arus motor berkelok-kelok.
Motor kapasitor split permanen juga dapat dikontrol oleh salah satu sirkuit ini, tetapi kontrol yang lebih efektif dicapai jika motor dihubungkan. Di sini hanya belitan utama yang dikontrol dan kapasitor belitan terus terhubung ke seluruh jalur ac tegangan.
Koneksi ini mempertahankan pergeseran fasa di antaranya belitan, yang hilang jika fase kapasitor juga dikendalikan. Gambar 2.17 (a) menunjukkan pengaruh tegangan pada karakteristik kecepatan-torsi motor ini dan yang ditumpangkan kurva beban kipas.
Gambar 2.16 Karakteristik Motor Tiang Berbayang di Beberapa Voltase
Gambar 2.17 Diagram Koneksi untuk Motor Kapasitor Split Permanen
Tidak semua motor induksi atau jenis kapasitor split permanen dapat dikontrol efektif menggunakan teknik ini, bahkan dengan yang tepat beban. Motor dirancang untuk efisiensi tertinggi dan, oleh karena itu, selip rendah juga memiliki torsi awal yang sangat rendah dan mungkin, dalam kondisi tertentu, memiliki torsi kecepatan karakteristik yang bisa dilintasi dua kali oleh spesifik karakteristik torsi kecepatan beban kipas. Gambar 2.17 (b) menunjukkan kurva karakteristik kecepatan torsi motor yang dimilikinya telah melapiskan kurva kipas dengan awal yang tinggi torsi. Oleh karena itu diinginkan untuk menggunakan motor yang rotor sangkar-tupai dirancang untuk impedansi sedang hingga tinggi tingkat dan, oleh karena itu, memiliki torsi awal yang tinggi. Itu sedikit kerugian dalam efisiensi motor semacam itu pada kecepatan pengenal penuh dan beban adalah harga kecil yang harus dibayar demi keuntungan kecepatan kontrol mencegah TRIAC menyala karena saluran transien dan transien switching induktif.
Gambar 2.18 Kurva Kecepatan-Torsi untuk Motor Kapasitor Permanen-Split-Kapasitor pada Berbagai Tegangan Terapan
Sirkuit unik untuk digunakan dengan motor kapasitor-start in atmosfer yang meledak atau sangat korosif, di mana busur atau korosi kontak sakelar parah dan tidak diinginkan, ditunjukkan pada Gambar 2.18 Resistor R1 adalah terhubung secara seri dengan belitan jalan utama dan resistansi sedemikian rupa sehingga tegangan turun di bawah normal kondisi beban penuh kira-kira puncak 0,2 V. Sejak Arus start pada motor ini cukup tinggi, puncak ini penurunan tegangan akan melebihi 1 V selama kondisi start, memicu TRIAC, yang akan menyebabkan arus mengalir di kapasitor berkelok-kelok.
Saat kecepatan penuh tercapai, file Arus yang melalui belitan utama akan berkurang menjadi sekitar 0,2 V, yang tidak cukup untuk memicu TRIAC - dengan demikian belitan kapasitor tidak lagi diberi energi. Resistor R2 dan kapasitor C2 membentuk penekan dv / dt jaringan; ini mencegah TRIAC menyala karena transien baris dan transien switching induktif. (onsemi, 2005)
Gambar 2.19 Diagram Sirkuit untuk Motor Capacitor-Start
2.4 PWM (Pulse Width Modulation)
Secara umum merupakan suatu cara untuk melakukan manipulasi besarnya sinyal yang dinyatakan dalam bentuk pulsa dalam satu periode, untuk memperoleh rata- rata tegangan yang berbeda. Bentuk gelombang PWM ditunjukkan pada gambar di bawah.
Gambar 2.20 Sinyal PWM
Representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal serta dinyatakan dalam bentuk (%) dalam jangka 0% sampai 100% disebut Duty Cycle, (Arifandi, 2019).
Rumus perhitungan tegangan output sinyal PWM:
Vout = Duty Cycle x Vin (www.teknikelektronika.com) 2.5 Kendali Kecepatan Motor AC
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar, konstruksi motor 1 fasa dan tiga fasa mencakup stator di mana belitan primer dililitkan dan rotor padat berbentuk keranjang.
Rotor berbiaya rendah karena strukturnya sederhana dan tidak menggunakan magnet.
Gambar 2.21 Konstruksi motor induksi
Ketika kecepatan motor ini akan dikontrol, tacho-generator digunakan untuk mendeteksi kecepatan dan dipasang ke motor seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah ini. Tacho-generator terbuat dari magnet yang dihubungkan langsung ke poros motor dan kumparan stator yang mendeteksi kutub magnet, dan menghasilkan tegangan AC pada 12 siklus per revolusi. Karena tegangan dan frekuensi ini meningkat dengan kenaikan kecepatan putaran, kecepatan putaran motor dikendalikan berdasarkan sinyal ini.(Petru & Mazen, 2015)
Gambar 2.22 Sistem kendali kecepatan motor AC
2.5.1 Prinsip Kendali Kecepatan
Kecepatan putaran (N) dari motor induksi dapat ditunjukkan dengan rumus (1).
Ketika tegangan yang diterapkan pada motor dinaikkan dan diturunkan, slip s berubah, maka kecepatan putar N akan berubah.
N = 120 . f . (1-s) /P ……. (1) Keterangan : N = Kecepatan rotasi (r/min)
f = Frekuensi (Hz) P = Jumlah kutub motor s = Slip
Dalam kasus motor induksi seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.23, kisaran stabil dan kisaran tidak stabil terdapat pada kurva Kecepatan Rotasi - Torsi. Karena tidak mungkin untuk beroperasi secara andal dalam kisaran yang tidak stabil, kontrol tegangan sederhana (kontrol loop terbuka) dibatasi untuk mengontrol kecepatan dalam kisaran sempit seperti, N1 ~ N3. Untuk memungkinkan pengoperasian dengan andal bahkan di kisaran tidak stabil yang disebutkan di atas, perlu untuk mendeteksi kecepatan putaran motor dan menggunakan tegangan mekanisme kontrol (kontrol loop tertutup) yang mengurangi kesalahan kecepatan jika dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan.
Gambar 2.23 Kecepatan putaran - karakteristik torsi motor induksi
Gambar 2.24 Kontrol tegangan sederhana
Metode kontrol tegangan yang tersedia mencakup kontrol oleh transformator atau dengan kontrol fase. Gambar 2.17 menunjukkan tegangan dikontrol dengan menggunakan trafo. Metode ini tidak begitu mudah dilakukan dengan motor pengatur kecepatan AC. Bergantian, tegangan AC dapat diatur dengan mengatur waktu ON / OFF setiap setengah siklus tegangan AC (50 atau 60Hz) yang diterapkan ke motor menggunakan elemen switching (thyristor atau triac) yang dapat langsung menghidupkan dan mematikan AC tegangan seperti yang ditunjukkan Gambar 2.18 dan Gambar 2.19. Kontrol kecepatan diperoleh dengan metode kontrol fasa dengan mengontrol rms nilai tegangan AC. (Wen Q. Liu, 2017)
Gambar 2.25 Perubahan tegangan oleh transformator
Gambar 2.26 Perubahan tegangan dengan kontrol fasa
Gambar 2.27 Sirkuit kendali triac
Metode kontrol kecepatan AC ini dapat memberikan kontrol kecepatan yang stabil dengan kontrol fase loop tertutup bahkan dalam kisaran yang tidak stabil. Gambar 2.28 menunjukkan konfigurasi sistem kontrol kecepatan untuk motor kontrol kecepatan AC dalam diagram blok.
Gambar 2.28 Diagram blok sistem motor kontrol kecepatan AC
Gambar 2.29 Bentuk gelombang untuk setiap blok
Gambar 2.29 menunjukkan bentuk gelombang dari setiap blok. Nilai set kecepatan d dan voltase e yang terdeteksi dari kecepatan yang dihasilkan oleh generator- tak dibandingkan dalam blok penguat perbandingan. Kemudian level sinyal tegangan a ditentukan.( Taghizadeh, 2009)
Sinyal tegangan a rendah ketika nilai kecepatan yang terdeteksi ke nilai set kecepatan meningkat, dan lebih tinggi ketika nilai set kecepatan menurun. Karena sinyal pemicu adalah keluaran pada titik di mana gelombang segitiga b berpotongan dengan sinyal tegangan a, penentuan waktu (sudut fasa) saat triac dihidupkan dengan level
sinyal tegangan a ditentukan. Ketika waktu ini lambat, tegangan yang diterapkan ke motor menjadi rendah dan kecepatan putaran motor berkurang. Kecepatan putaran yang diturunkan diumpankan kembali dan kontrol diulangi sehingga perbedaan antara nilai kecepatan yang terdeteksi dan nilai set kecepatan dapat selalu konstan.
Gambar 2.30 menunjukkan tampilan kontrol kecepatan yang disebutkan di atas.
Pada Gambar 2.30, titik operasi motor menggambar loop Q-R-S-T-Q yang berpusat pada O, dan kecepatan rotasi dipertahankan antara N1 dan N2. Loop ini dikurangi sebanyak mungkin dengan meningkatkan akurasi deteksi kecepatan.
Gambar 2.30 Pengoperasian kontrol kecepatan
Kontrol motor kecepatan AC memiliki fitur berikut saat menggunakan kontrol fase loop tertutup ini.
1) Karena tegangan AC dikontrol secara langsung, rangkaian kontrol kecepatan dapat dikonfigurasi hanya karena rangkaian pemulusan tidak diperlukan, memungkinkan desain yang ringkas dengan harga murah.
2) Dengan cara yang sama, desain yang tahan lama dimungkinkan karena kapasitor elektrolitik aluminium yang besar tidak diperlukan.
3) Peralihan dioperasikan hanya satu kali setiap setengah siklus catu daya AC komersial, yang menjaga kebisingan yang dihasilkan tetap rendah.
Gambar 2.31 Karakteristik torsi kecepatan rotasi
"Saluran operasi aman" (Safe-Operation Line) disertakan dalam Gambar 2.23.
"Saluran pengoperasian aman" menunjukkan batasan di mana motor dapat bekerja secara terus menerus tanpa melebihi suhu maksimum yang diizinkan.
(https://www.orientalmotor.com/).
2.6 Optocoupler
Opto-isolator, Photocoupler atau Optical Isolator merupakan sebutan yang biasa digunakan pada dunia elektonika untuk menyebut Optocoupler. Komponen elektronika yang memiliki tugas untuk menghubungkan berdasarkan cahaya optic disebut dengan optocoupler. Transmitter dan Receiver merupakan dua bagian utama pada Optpcoupler.
Transmitter berguna untuk mengirim cahaya optic sedangkan receiver berguna untuk mendeteksi sumber cahaya.
Gambar 2.32 Prinsip kerja optocoupler
Dijelaskan pada gambar di atas bahwa IR LED yang memancarkan sinyal cahaya infra merah dikarenakan dialiri oleh arus listrik IR LED. Jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED memengaruhi intensitas cahaya. Kelebihan Cahaya Infra Ketahanan pada cahaya infra merah lebih baik daripada cahaya yang dapat terlihat.
Tanpa alat bantu, cahaya infra merah tidak bisa dilihat. (www.teknikelektronika.com) 2.7 Arduino Uno
ATmega328 merupakan hal yang mendasari sebuah board mikrokontroler Bernama Arduino AUNO. 14 pin digital input/output terdapat pada Arduino UNO oleh karena itu jika akan menghubungkan ke computer bisa dengan memakai sebuah kabel USB serta melakuan suplai dengan sebuah adaptor AC (Alternating Current) ke DC (Direct Current) atau memakai baterai untuk memulainya. ATmega328 pada arduino uno muncul dengan sebuah bootloader yang memberikan kemungkinan untuk mengunggah new codes ke ATmega328 tanpa perlu memakai program hardware eksternal (Kadir, 2012)
Gambar 2.33 Arduino Uno
2.8 Sensor HC-SR04
Untuk melakukan perubahan besaran listrik dari besaran fisis (bunyi) ataupun sebaliknya diperlukan sensor ultrasonik. Suatu gelombang bunyi frekuensi 20.000 Hz dikenal juga dengan sensor ultrasonik. Bunyi dari sensor ultrasonik tidak bisa didengar oleh telinga manusia. Lewat zat gas, padat, serta air, bunyi ultrasonic dapat merambat.
Pada permukaan zat padat, reflektivitas pada bunyi ultrasonik hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik dalam permukaan zat cair, tetapi tekstil dan busa dapat menyerap gelombang bunyi ultrasonik (Santoso, 2015).
Lewat piezoelektrik, gelombang ultrasonic dibangkitkan pada frekuensi tertentu.
Gelombang ultrasonik (biasanya berfrekuensi 40kHz) akan dihasilkan oleh Piezoelektrik pada saat suatu osilator digunakan pada benda tersebut. Umumnya, sesaat sesudah gelombang menyentuh permukaan target, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonic ke suatu taget tersebut dan gelombang akan kembali dipantulkan. Sensor akan menangkap pantulan gelombang dari target, lalu selisih waktu akan dihitung oleh sensor antara waktu pengiriman gelombang dengan waktu diterimanya gelombang pantul (Santoso, 2015).
Gambar 2.34 Tampilan Sensor HC-SR04
2.9 Sensor Load Cell
Alat transducer yang menciptakan output secara proporsional dengan beban atau gaya yang diberikan disebut dengan load cell. Hasil ukur dari gaya dan beban yang akurat dapat dihasilkan melalui load cell. Load cell dipakai saat regangan pada logam ke tahanan variabel dikonversikan. Konfigurasi jembatan Wheatstone terdiri atas 4 pengukur regangan yang ada pada sel beban. Pada urutan beberapa millivolt pada umumnya terdapat output sinyal listrik serta memerlukan amplifikasi oleh penguat
instrumentasi sebelum bisa dipakai. Dalam menghitung gaya yang dipakai untuk tranduser dapat ditingkatkan dari output dari tranduser (Pitoyo, 2005).
Gambar 2.35 Sensor Load Cell
Reaksi terhadap elemen logam pada Load Cell disebabkan oleh proses penimbangan yang berdampak pada gaya secara elastis. Regangan yang menghasilkan gaya kemudian dilakukan konversi ke dalam sinyal elektrik melalui strain gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada Load Cell. Dalam gambar ini ditampilkan terkait letak strain gauge pada sensor Load Cell.
Gambar 2.36 Posisi Strain Gauge
Dijelaskan pada gambar 2.15 letak dari strain gauge. Perhitungan strain gauge berdasarkan letak strain gauge pada gambar di atas digunakan prinsip Jembatan Wheatstone.
Dapat dilihat prinsip kerja Load Cell berdasarkan rangkaian Jembatan Wheatstone pada gambar 2.37.
Gambar 2.37 Rangkaian Jembatan Wheatstone pada sensor Load Cell
Nilai R pada rangkaian akan mengalami perubahan jika beban diberikan pada rangkaian jembatan Wheatstone, Hal ini dapat mengakibatkan tidak seimbangnya sensor Load Cell serta menyebabkan potensial yang berbeda. Output inilah yang dihasilkan oleh beda potensial. Rumus yang dipakai untuk menghitung Vout atau A seperti di gambar adalah sebagai berikut:
Gambar 2.38 Rumus menghitung output pada Load Cell
Prinsip kerja Load Cell secara teori didasarkan terkait dengan jembatan Wheatstone, terjadi perubahan terhadap nilai resistensi ketika Load Cell diberikan beban, nilai resistansi R1 dan R3 akan mengalami penurunan sedangkan ketika posisi seimbang nilai resistansi R2 dan R4 akan mengalami kenaikan, Vout Load Cell = 0 volt, namun ketika terjadi kenaikan pada nilai resistansi R1 dan R3 maka terjadi perubahan Vout pada Load Cell. Output data pada Load Cell (+) disebabkan oleh resistansi yang beruah pada R1, sedangkan perubahan resistansi memenaruhi output (-). (Lutfiyanto, 2018)
2.10 HX711 Load Cell Amplifier
Ketika menerima tekanan beban, load cell secara prinsip bekerja dan bagian lain yang lebih elastis memperoleh tekanan, oleh karena itu pada bagian lain akan mengubah regangan yang sesuai dengan yang strain gauge hasilkan, ini terjadi dikarenakan terdapat gaya yang seolah-olah melawan di bagian lainnya. Nilai tegangan oleh rangkaian IC HX711 disebabkan berubahnya nilai resistansi karena adanya gaya yang berubah (Setiawan, 2019).
Gambar 2.39 Modul HX711
2.11 Speed Reducer (Gearbox)
Dalam beberapa unit mesin mempunyai sistem untuk memindah tenaga yaitu Speed reducer (Gearbox) yang bertugas untuk menghantarkan tenaga atau daya mesin mesin lainnya, lalu kemudian unit tersebut bisa melakukan pergerakan dan menciptakan sebuah pergerakan, baik berupa putaran maupun pergeseran.
Gambar 2.40 Speed Reducer (Gearbox)
2.12 Kalibrasi
Kalibrasi instrumen merupakan proses yang sangat penting untuk memeriksa kinerja terhadap standar yang diketahui. Ini memberikan konsistensi dalam pembacaan dan mengurangi kesalahan, sehingga memvalidasi pengukuran secara universal.
Prosedur kalibrasi melibatkan perbandingan standar primer atau sekunder. Dalam beberapa kasus, mungkin cukup untuk mengkalibrasi perangkat terhadap yang lain dengan akurasi yang diketahui. Setelah kalibrasi perangkat, tindakan selanjutnya dianggap kesalahan yang saling berkaitan untuk periode waktu tertentu dibawah kondisi opeasional serupa. Kalibrasi memastikan bahwa perangkat memenuhi spesifikasi kerja yang diharapkan dan akurasi yang dapat diterima secara universal.
Oleh karena itu, Kalibrasi memiliki manfaat sebagai berikut : 1. Menentukan validitas pengukuran yang dilakukan sebelumnya 2. Memberikan keyakinan pengukuran akan akurat.
3. Memastikan konsistensi dan kompabilitas.
4. Dalam proses industri, kalibrasi suatu perangkat menjamin bahwa proses dikendalikan dengan baik dan memenuhi spesifikasi yang diharapkan.
(Eren, 2005)
3.1 Diagram Blok
Gambar 3.1 menunjukkan diagram blok sistem yaitu diagram yang menjelaskan bagian-bagian dari sistem dalam hal ini adalah komponen input, proses dan bagian output. Pada rancangan ini input atau masukan berasal dari sensor ketinggian dan berat barang yaitu sensor ultrasonik dan loadcell. Kedua sensor memberikan nilai pada mikrokontroler untuk memutuskan kecepatan gerak konveyor yang akan dijalankan.
Masuk ke bagian proses adalah bagaian yang bertugas sebagai pemroses dan pengendali.
Bagian ini ditangani oleh mikrokontroler Arduino. Rancangan ini memilih Arduino uno sebagai kontroler karena memiliki I/O yang cukup untuk aplikasi ini. Tugas Arduino adalah membaca masukan , memprosesnya dan mengatur output. Dalam hal ini output adalah sebuah sistem gerak yaitu motor induksi 1 fasa. Motor 1 fasa digerakkan dengan bentuk gelombang sinus 1 phasa yang dikontrol oleh mikrokontroler melalui driver atau penguat. Saat diaktifkan, kontroler akan mulai bekerja mengaktifkan motor penggerak melalui pengaturan pulsa PWM. Pulsa PWM diseuaikan dengan beban yang ada. Pulsa PWM mengontrol aktivasi dari Transistor TRIAC. Dengan durasi sesuai lebar PWM.
Makin lebar PWM,maka makin besar durasi aktif dari TRIAC. Sehingga, Energi yang tersalurkan ke motor menjadi lebih besar. Dan sebaliknya, jika kondisi beban lebih ringan lebar pulsa akan dikecilkan sehingga durasi ON pada TRIAC menjadi lebih kecil, dan energi yang mengalir juga lebih kecil. Output motor yang telah berbentuk energi mekanis digunakan untuk menggerakkan konveyor dengan terlebih dahulu melaului speed reducer (gearbox) yang fungsinya untuk mengurangi kecepatan dan meningkatkan torsi. Mikrokontroler mendeteksi berat beban menggunakan sensor loadcell yang dikalibrasi menjadi beban dalam kg. Dalam hal ini , mikrokontroler akan mengatur pulsa dengan frekuensi tertentu ke driver melalui perantara optocoupler. Output optocoupler kemudian digunakan untuk mengatur gate pada triac yaitu bias untuk mengontrol pemotongan bentuk gelombang sinus yang masuk ke beban. Output dari
Triac dihubungkan pada motor induksi yang digunakan untuk menggerakkan sebuah konveyor (ban berjalan).
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Smart Konveyor Dengan Motor 1 Fasa
3.2 Lokasi Penelitian
Proses penelitian ini dilakukan di Universitas Sumatera Utara
3.3. Alat dan Bahan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan konveyor adalah sebagai berikut :
3.3.1. Alat
1. Peralatan komputer atau Laptop
SR-04 Atmega
328
OPTO COUPLER
Sumber arus 1 fasa Kontroler
Tinggi barang
Sensor
HX711
Berat beban
Driver TRIAC Penguat Daya
Loadcell
Motor 1 fasa
Gerak konveyor INPUT
PROSES OUTPUT
2. Alat ukur (Multimeter digital, Osiloskop, Auto trafo, tachometer) 3. Toolset atau perkakas listrik
4. Peralatan bor, gergaji dll.
5. Software pendukung seperti : Proteus, Arduino IDE, MS office dll.
3.3.2. Bahan
1. IC mikrokontroler Arduino uno 2. Sensor loadcell
3. Sensor Ultrasonik HCSR04
4. Motor induksi 1 phasa 0,5 HP, Daya Maksimum 370 W 5. Transistor TRIAC BT137
6. Opto coupler
7. Casis dan Mekanis konveyor 8. Gear box 1:30
9. Plat akrilik, plat besi, baut dll.
10. PCB rangkaian dan casis
3.4 Jadwal Penelitian
Penelitian dilakukan dari bulan Maret 2021 sampai dengan Oktober 2021 dengan jadwal penelitian sebagai berikut.
Tabel 3.1. Jadwal Penelitian
Kegiatan
Maret April Mei s/d Oktober
November s/d Desember
Januari
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Pengajuan judul
tesis Menyusun proposal tesis Konsultasi dan bimbingan Seminar Proposal Pelaksanaan pengambilan data
Penyusunan tesis Bab 4– 5 Penulisan Karya Ilmiah (Jurnal)
Seminar Hasil
Sidang Tesis
3.5 Flowchart
Diagram Alir dari sistem smart konveyor
Gambar 3.2 Flowchart sistem Smart Konveyor Mulai
Baca masukan Loadcell dan sensor HC SR 04
Berat barang > 0 kg?
cmcm?
Selesai Kalibrasi ke nilai berat
dan tinggi
Tingkatkan daya pada motor sesuai berat beban Bandingkan dengan acuan berat
dan tinggi
Gerak Konveyor sesuai kriteria barang Ya
Tidak Tinggi barang<50cm?
Ya
Tidak
Atur pulsa pada kecepatan rendah
Inisialisasi dan nilai awal
Keterangan Flowchart:
Flowchart adalah suatu bagan yang menjelaskan aliran kerja program selama satu siklus. Pada rancangan ini flowchart menjelaskan proses mulai dari inisialisasi dan nilai awal. Kemudian dilanjutkan dengan membaca masukan yaitu dari sensor. Jika terdapat barang yang diletakkan diatas konveyor maka berat dan tinggi barang tersebut akan dibaca melalui sensor. Setelah terkalibrasi, nilai sensor akan dijadikan acuan untuk mengatur kecepatan konveyor. Perintah akan dikeluarkan untuk mulai menggerakkan konveyor yaitu pulsa yang diberikan pada driver. Kecepatan gerak ditentukan sesuai dengan kondisi barang.
3.6 Prinsip kerja rangkaian 3.6.1 Sensor
Sensor yang digunakan dalam rancangan ini adalah ultrasonik dan sensor loadcell.
Sensor Ultrasonik berfungsi mendeteksi ketinggian suatu objek. Sensor bekerja berdasarkan deteksi jarak objek pemantul. Karena gelombang ultrasonik bersifat memantul jika mengenai objek maka dapat digunakan sebagai alat ukur jarak. Dengan rumus kecepatan suara jarak objek pemantul dapat dihitung (S = V x t/2). Jenis sensor ultrasonik yang digunakan adalah SR04 dengan antar muka digital yaitu trigger dan echo yang dikendalikan oleh mikrokontroler.
Sensor loadcell adalah sensor untuk mendeteksi tekanan yang terjadi pada suatu logam. Tekanan akan mengakibatkan tegangan mekanis dan tegangan tersebut dapat diubah menjadi resistansi listrik. Karena perubahan resistansi listrik pada loadcell akibat tekanan, maka resistansi tersebut dapat digunakan untuk mengukur berat dengan bantuan jembatan wheatstone. Dengan jembatan wheatstone, resistansi diubah menjadi tegangan dan dibaca oleh mikrokontroler. Dengan kalibrasi tertentu , dapat dihitung berat barang yang sedang ditimbang. Rancangan ini menggunakan rangkaian pengkondisi yaitu driver
HX711 ,yaitu rangkaian jembatan wheatstone yang dilengkapi penguat dan pengubah nilai berat menjadi data digital sehingga dapat diberikan pada mikrokontroler melalui port serial digital (I2C).
Gambar 3.3 Rangkaian sensor Ultrasonik pada pin 13 dan 12.
Gambar 3.4 Rangkaian sensor loadcell pada pin A4 dan A5.
DIGITAL (~PWM)
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~
microcontrolandos.blogspot.com
TX RXPD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD0/RXDPD1/TXDPD2/INT0PD3/INT1PD5/T1 01234567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213
AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET DUINO1
ARDUINO UNO R3
+5V Trigger Echo Gnd
TestPinwww.TheEngineeringProjects.com
SONAR1 ULTRASONIC SENSOR
DIGITAL (~PWM)
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~
microcontrolandos.blogspot.com
TX RXPD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD0/RXDPD2/INT0PD3/INT1PD1/TXDPD5/T1 01234567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213
AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET
DUINO1
ARDUINO UNO R3 5V
HX 711
LOADCELL
3.6.2 Motor induksi 1 Fasa
Motor induksi 1 phasa adalah salah satu jenis motor yang paling banyak digunakan pada dunia industri karena merupakan sistem konversi energi mekanis yang paling sederhana dibandingkan dengan mesin berbahan bakar diesel atau bensin. Motor mudah dikendalikan dan mudah dibalik arahkan. Kelebihan motor induksi juga pada efisiensi dalam mengubah energi menjadi gerak mekanik dan mudah dikontrol. Pada rancangan ini ,motor induksi digunakan untuk menggerakkan sebuah konveyor barang.
Konveyor akan memindahkan barang dari awal hingga ujung konveyor secara berkesinambungan. Output motor yaitu putaran digandeng pada as konveyor dengan perantara sebuah gearbox. Fungsi gearbox adalah untuk menurunkan kecepatan dan meningkatkan torsi putarnya.
3.6.3 Mikrokontroler
Mikrokontroler digunakan sebagai pengendali motor 3 phasa pada sebuah smart konveyor yang dirancang. Mikrokontroler berbentuk IC dengan beberapa pin yang berfungsi sebagai input dan output. Rancangan ini menggunakan mikrokontroler dalam board Arduino Uno yang menggunakan chip atmega 328. Agar Mikrokontroler dapat bekerja maka mikrokontroler tersebut harus diisi dengan program untuk ituharusdibuat sebuah kode program terlebih dahulu pada komputer kemudian kode program tersebut diunggah pada mikrokontroler. Pada rancangan ini ,mikrokontroler diprogram untuk membaca Sensor ultrasonik dan loadcell sebagai inputnya. Sensor Ultrasonik diprogram.pada pin 12 dan 13 sesuai gambar desain rangkaian keseluruhan. Sedangkan sensor loadcell pada pin I2C yaitu pin A4 dan A5. Sebagai pin keluaran untuk mengontrol motor digunakan pin 8 yaitu untuk mengatur pulsa pwm pada optocoupler.
Gambar 3.5 Mikrokontroler Arduino.
3.6.4 TRIAC
Triac adalah sebuah komponen elektronika yang memiliki kemampuan untuk memotong bentuk gelombang pada arus AC sehingga dapat mengontrol porsi daya yang mengalir ke Beban. Triac pada rancangan ini digunakan untuk mengatur kecepatan motor dengan cara memotong geombang sinus sehingga energi yang sampai pada beban berkurang. Tipe Triac yang digunakan adalah BT137 dengan kemampuan mengalirkan arus sebesar 8A. Gambar 3.5. Merupakan gambar rangkaian antara Triac dengan modul Arduino Uno.
Gambar 3.6 Rangkaian penguat daya dengan Triac.
DIGITAL (~PWM)
ANALOG IN ATMEGA328P-PU
1121
~
~
~
~
~
~
microcontrolandos.blogspot.com
TX RXPD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD0/RXDPD1/TXDPD2/INT0PD3/INT1PD5/T1 01234567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213 AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET DUINO1
ARDUINO UNO R3
DIGITAL (~PWM)
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~
microcontrolandos.blogspot.com
TX RXPD4/T0/XCKPD0/RXDPD2/INT0PD3/INT1PD6/AIN0PD7/AIN1PD1/TXDPD5/T1 01234567 PB0/ICP1/CLKO 8 PB1/OC1A 9 PB2/SS/OC1B 10 PB3/MOSI/OC2A 11 PB4/MISOPB5/SCK 1213 AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET DUINO1
ARDUINO UNO R3
1
2 6
4 U1
MOC3022
U3 TRIAC
V1 220V AC R1
100
R2 47
C1 10n R3
10k
