Stasiun Penebahan Buah Sawit, Studi Kasus di
PKS Sei Galuh PT. Perkebunan Nusantara V
Amir Hamzah #1, Dodi Sofyan Arief #2, Galuh Leonardo Sembiring #3, Andri #4 #1 Teknik Elektro, Universitas Riau
#2-4 Teknik Mesin, Universitas Riau Pekanbaru Indonesia
1amirhzh.ur@gmail.com 2dodidarul@yahoo.com
Abstrak — Makalah ini menyajikan rancang bangnn sistem kontrol otomatis pada stasiun penebahan menggunakan PLC. Stasiun penebahan adalah salah satu stasiun yang ada di pabrik kelapa sawit, dimana proses pemisahan biji sawit dari tandan dengan cara membantingnya di dalam drum yang berputar. Rancang bangun dilakukan pada model sistem penebah. Model stasiun penebahan yang dibuat adalah dengan bentuk yang menyerupai penebah pada pabrik kelapa sawit PT. Perkebunan Nusantara V - PKS Sei Galuh, dengan skala 1 : 8. PLC (Programmable Logic Controller) adalah mikroprosesor berdasarkan instrumen yang dapat diprogram untuk mengendalikan proses permesinan secara otomatis. PLC yang digunakan adalah smart relay Zelio. Perancangan sistem ini menggunakan 2 input dan 3 output. Masukannya adalah tombol tekan untuk menghidupkan dan mematikan sistem kerja, dan sensor rotary encoder untuk mendeteksi rotasi konveyor ulir. Keluarannya adalah 3 unit motor DC. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah diagram tangga dengan menggunakan perangkat lunak Zelio Soft 2. Makalah ini meliputi perancangan program diagram tangga, perancangan sistem kontrol pada auto feeder dan perancangan sensor rotary encoder. Hasil desain di uji coba dan diperoleh auto feeder berjalan otomatis bekerja selama 60 detik dan dimatikan selama 30 detik, terus menerus. Sensor yang bekerja dengan tegangan adalah 4,4 Volt pada saat sensor tanpa gangguan dan 0.1 Volt saat gangguan.
Kata kunci — kontrol otomatis, stasiun penebah, PLC, sensor rotary encoder
I. PENDAHULUAN
Kemajuan teknologi dalam otomasi industri kini semakin pesat dan luas. Hal ini didorong oleh kebutuhan industri yang berkembang dan efektifitas dari tahun ke tahun sehingga semakin banyak industri yang menggunakan sistem otomasi dalam menjalankan proses produksi, salah satunya menggunakan PLC [1].
PLC adalah suatu sistem kontrol industri terkomputerisasi yang terus memantau perangkat input dan membuat keputusan berdasarkan program tertentu untuk mengendalikan perangkat output. Smart relay
dan output tertentu. CPU, suplai daya, dan sistem I/O semuanya dirancang menjadi satu kesatuan [2].
Pabrik pengolahan kelapa sawit di PT. Perkebunan Nusantara V PKS Sei. Galuh terdiri dari beberapa stasiun, salah satunya adalah stasiun penebahan. Stasiun penebahan adalah stasiun tempat proses pemisahan inti sawit dari tandannya. Stasiun ini memiliki beberapa fungsi kerja, yaitu : auto feeder, perontok dan konveyor ulir [4].
Pengisi otomatis (auto feeder) adalah suatu konveyor yang bisa bergerak dan mengarahkan tandan buah sawit yang telah direbus ke dalam drum perontok. Di dalam drum perontok terjadi proses pemisahan dengan cara tandan buah dibanting di dalam drum yang berputar kemudian hasil inti sawit dari proses perontok jatuh ke konveyor ulir. Konveyor ulir adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan dan mengarahkan inti sawit ke bucket elevator untuk proses penghancuran oleh mesin penekan dan selanjutnya proses penekanan oleh mesin ulir tekan untuk menghasilkan minyak sawit mentah (crude palm
oil ) [4].
Berdasarkan hasil pengamatan di lapangan, di pabrik kelapa sawit PKS Sei. Galuh PT. Perkebunan Nusantara V, pengoperasian auto feeder pada stasiun penebahan masih menggunakan operator/tenaga manusia untuk memasukkan tandan buah segar yang telah direbus ke dalam drum perontok dengan menekan tombol tekan on-off. Ketika operator menekan tombol “on” dan auto feeder beroperasi, operator pergi ke stasiun penekanan (pressing station) untuk melakukan pekerjaan lain yaitu mengurangi ampas bondolan kelapa sawit hasil proses penekanan oleh mesin tekan agar ampas hasil proses penekanan tidak menumpuk dan dapat mengoptimalkan proses kerja mesin press. Berondolan kelapa sawit yang telah ditebah selanjutnya di bawa oleh bucket elevator untuk dimasukan ke dalam digister dan dilakukan proses pelumatan guna mengoptimalkan dan mempermudah proses penekanan oleh mesin press. Operator akan mengamati brondolan kelapa sawit masuk ke dalam digister dan melihat level kapasitas pada digister.
Setelah level kapasitas pada digister telah cukup, maka operator kembali ke stasiun penebahan dan menekan tombol “off” untuk mematikan pengoperasian auto feeder. Operator kembali ke stasiun penekanan (pressing station) untuk melanjutkan pekerjaannya mengurangi ampas bondolan kelapa sawit. Ketika operator melihat ampas bondolan kelapa sawit hasil proses penekanan telah berkurang, maka operator kembali lagi ke stasiun penebahan dan menekan tombol “on” untuk memulai kembali pengoperasian
auto feeder.
Pengamatan di lapangan juga diperoleh data bahwa konveyor ulir yang berada di bawah drum penebah sering mengalami patah/lepasnya poros sehingga mengakibatkan terjadinya penumpukan brondolan kelapa sawit pada konveyor ulir yang tidak berputar. Patah/lepasnya poros disebabkan oleh beban berlebih yang dialami oleh konveyor ulir. Untuk membersihkan konveyor ulir dari brondolan yang menumpuk membutuhkan waktu yang cukup lama sehingga proses pengolahan kepala sawit harus diberhentikan dan berdampak pada kerugian perusahaan dikarenakan produksi minyak mentah kelapa sawit tidak mencapai target.
Berdasarkan permasalahan di atas, maka penulis mendesain bentuk dan dimensi model stasiun penebahan menggunakan perangkat lunak Autocad 2014 [5] kemudian melakukan perencanaan proses produksi dan pembuatan model stasiun penebahan di laboratorium berdasarkan stasiun penebahan PKS Sei. Galuh [6]. Penulis juga merancang sistem pengendalian otomatis berbasis Programmable Logic
Controller (PLC) pada auto feeder menggunakan
timer dan merancang sistem sensor pada konveyor ulir untuk mendeteksi putaran konveyor ulir, sehingga jika terjadi putus/berhenti putaran pada konveyor ulir, sensor akan mengirim siyal ke PLC agar output pada
auto feeder, drum penebah dan konveyor ulir
diberhentikan.
Makalah ini bertujuan untuk membuat sistem kontrol otomatis pada model stasiun penebah menggunakan relay smart PLC Zelio.
II. METODEPENELITIAN
Metodologi yang digunakan dalam makalah ini adalah sebagai berikut, yaitu :
1. Pengamatan lapangan dan pengumpulan data.
Data yang diambil adalah data pengukuran dimensi pada auto feeder, drum perontok, konveyor ulir dan data operasi stasiun penebah di PKS Sei Galuh. Stasiun penebah PKS Sei Galuh dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar. 1 Stasiun penebah di PKS Sei, Galuh – PTPN V.
2. Bentuk dan dimensi model stasiun penebahan.
Bentuk dan dimensi model stasiun penebah disesuaikan dengan PKS Sei Galuh menggunakan Perangkat lunak Autodesk Autocad 2014, dengan skala 1: 8 [5]. Model penebahan dapat dilihat pada Gambar 2.
3. Desain Sistem Kontrol Otomatis
Input yang digunakan dalam desain ini sebanyak 2 input dan output digunakan sebanyak 3 output. Daftar alamat input dan output yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tahap sistem kontrol otomatis terdiri dari perancangan diagram tangga dengan menggunakan perangkat lunak Zelio Soft 2 dan desain sensor rotary
encoder.
Gambar. 2 Model stasiun penebah
Keterangan gambar: 1. Casing Auto feeder 2. Carrier Plate 3. Buffer Plate 4. Chain
5. Base Auto Feeder 6. Belting
7. Thresher 8. Clutch 9. DC Motor 10. Pulley
11. Casing Screw Conveyor 12. Hanging Bearing Plate 13. Screw Conveyor 14. Rotary Encoder Sensor 15. Chassis
TABEL I
PENGALAMATANINPUTANDOUTPUT
No. Address Device
1 Input I1 Push Button On - Off 2 Input Ib Encoder Sensor 3 Output Q1 Screw Conveyor Motor 4 Output Q2 Thresher Motor 5 Output Q3 Auto Feeder Motor
Perancangan Program Ladder Diagram.
Perancangan ini menggunakan perangkat lunak Zelio Soft 2 dengan bahasa pemrograman Ladder Diagram (LD). Perancangan program diagram tangga disertai dengan penjelasan dapat dilihat pada Gambar 3.
Desain Sensor Rotary Encoder.
Sensor adalah perangkat yang mengukur karakteristik tertentu dari suatu objek atau sistem. Di bidang teknik, sensor digunakan untuk pengujian dan pemantauan aplikasi. Sensor itu sendiri umumnya digunakan sebagai pemantauan, pengendalian, dan perlindungan [7].
Gambar 3. Perancangan Program Ladder Diagram
Sensor rotary encoder digunakan untuk mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Rotary encoder terdiri dari cakram tipis yang memiliki lubang pada cakram melingkar. Cakram dengan 36 lubang di sisi lingkaran dengan sudut antara dua lubang yang bersebelahan dengan titik tengah adalah 10 derajat. Bila posisi cakram mengakibatkan cahaya LED mencapai fotodioda melalui lubang, maka fotodioda akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan gelombang pulsa. Sensor rotary encoder terhubung ke terminal input PLC untuk diproses. Cakram rotary
encoder dipasang di ujung poros konveyor ulir,
sehingga bila motor berputar maka cakram akan ikut berputar. Skema rangkaian listrik pada sensor rotary
encoder dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Skematik rangkaian sensor rotary encoder.
Diagram alir keseluruhan program sistem pada perancangan ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Start
Input PLC : ● Push Button ON - OFF ● Sensor Rotary Encoder
< 2.5 Volt ? End PLC ON Motor 3 ON Motor 2 ON Motor 1 Delay 30 s Motor 1 ON 60 s PLC Execute Motor 1, 2 dan 3 OFF Yes No
III. HASILDANPEMBAHASAN
Hasil pengujian sistem kontrol otomatis pada model stasiun penebah terdiri dari tiga hasil pengujian, yaitu : hasil pengujian program diagram tangga, hasil pengujian auto feeder dan hasil pengujian sensor
rotary encoder.
Hasil Pengujian Program
Pengujian program diagram tangga dengan menggunakan program simulasi dengan perangkat lunak Zelio Soft 2. Tahapan dalam pengujian menggunakan diagram tangga program Zelio Soft 2: 1. Langkah pertama untuk menguji / mensimulasikan
diagram tangga program yang dibuat dengan mengklik ikon pada tool bar edit mode S seperti terlihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Program diagram tangga.
2. Setelah ikon S diklik maka akan masuk ke Simulation Mode, diagram ladder program akan berwarna biru secara keseluruhan seperti terlihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Program mode simulasi.
3. Untuk menampilkan hasil program simulasi di Perangkat lunak Zelio Soft 2, klik ikon input diskrit, ikon input analog, ikon output diskrit dan ikon timer akan muncul pada layar program seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Tampilan input and output
4. Untuk menjalankan program start-up klik pada program simulasi mode “RUN” ikon, maka programnya siap disimulasikan seperti pada gambar 9. Kontak atau coil blue menunjukkan program tidak aktif (0) dan merah menunjukkan program aktif (1).
Gambar 9. Program siap simulasi
Klik pada input diskrit I1 untuk mengaktifkan diagram tangga program, atur atau posisi pada tegangan input analog di atas 2,5 volt sehingga koil [Q1] atau screw conveyor dan [Q2] atau perontok aktif secara bersamaan. Simulasi keluaran program Q1 dan Q2 dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Program output Q1 dan Q2
Program diagram tangga warna biru menunjukkan bahwa output [Q3] delay selama 30 detik, setelah 30 detik, [Q3] akan aktif selama 60 detik terus menerus. Kontak atau koil dalam warna merah menunjukkan program diagram tangga program aktif (1) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11. 5. Selanjutnya adalah menguji sensor rotary encoder pada program diagram tangga dengan menurunkan tegangan pada input analog (Ib) menjadi di bawah 2.5 Volt seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Simulasi program output Q1, Q2 dan Q3
Gambar 11. Input analog
Pada saat tegangan di bawah 2,5 Volts, output [Q1], [Q2] dan [Q3] akan mati secara bersamaan, program ini menunjukkan diagram tangga biru tidak aktif (0) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12
Gambar 12. Pengujian program sensor rotary encoder
Hasil simulasi program menggunakan diagram tangga Perangkat lunak Zelio Soft 2 bekerja seperti yang diharapkan. Program yang telah disimulasikan pada notebook kemudian dikirim ke modul PLC melalui kabel USB (COM PORT) dengan tipe SR2 USB01 untuk implementasi sistem kontrol otomatis pada model stasiun penebahan.
Hasil pengujian sistem pengendalian otomatis uji pada
auto feeder.
Hasil pengujian ini adalah auto feeder yang dioperasikan selama 60 detik dan mati selama 30 detik. Secara otomatis dan terus menerus dengan timer yang telah dimasukkan ke dalam program diagram tangga berdasarkan waktu pengambilan auto feeder dan mematikan di sebuah stasiun penebahan di PKS Sei Galuh.
Hasil pengujian sensor rotary encoder.
Sensor rotary encoder adalah sensor yang mendeteksi putaran dengan keluaran input analog pada PLC. Masukan analog adalah input yang berfungsi
sebagai perbandingan data analog yang diukur dengan referensi data / referensi.
Penerapan sistem kontrol otomatis pada model perontok dapat dilihat pada Gambar 13.
Keterangan gambar:
1. Screw Conveyor 4. Notebook 2. Thresher 5. PLC Unit Control 3. Auto Feeder
Gambar 13. Penerapan kontrol otomatis pada model stasiun penebah.
Skematik sistem kontrol otomatis pada model stasiun penebah dapat dilihat pada Gambar 14. Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, program diagram tangga yang dirancang di perangkat lunak Zelio Soft 2 dapat disimulasikan seperti yang diharapkan. Sistem otomasi diterapkan pada model stasiun penebah dapat ditransfer ke modul PLC.
Auto feeder pada model stasiun penebah dapat
dijalankan secara otomatis dan terus menerus oleh program diagram tangga. Pada saat ditekan pada tombol tekan dan input sensor PLC telah mencapai tegangan diatas 2.5 Volt maka motor konveyor ulir dan motor drum perontok secara simultan bekerja, sedangkan motor auto feeder tertunda selama 30 detik dan akan menyala selama 60 detik.
IV. KESIMPULAN
Dalam makalah ini, telah dijelaskan sistem kontrol otomatis model stasiun penebah menggunakan smart relay Zelio. Auto feeder dapat beroperasi secara “on” dan “off” secara otomatis dan terus menerus dengan waktu “on” selama 60 detik dan “off” selama 30 detik. Sensor rotary encoder digunakan untuk mendeteksi kondisi konveyor ulir. Model stasiun penebah telah dibuat tanpa mengurangi fungsi stasiun penebah di PKS Sei. Galuh. Program kontrol otomatis dari smart relay Zelio dapat bekerja sesuai dengan rancangan program pada model stasiun penebah.
DAFTARPUSTAKA
[1] Sonjaya, U. 2009. Rancang Bangun Sistem Kontrol Konveyor Penghitung Barang Menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) Omron Tipe CPM1A 20 CDR, Tesis. Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma. Jakarta.
[2] Aruna, Y. V, Beena, S. 2015, “Automatic Convey or System with in Process Sorting Mechanism using PLC and HMI System,” Journal of Engineering research and Apllications. Vol. 5 (11). Pp 37 - 42.
[3] Pertiwi, A. ETP, Lussiana. Hustinawati. Kurniawan, A. B. Permadi, Y. 2011. Buku Ajar Mekatronika. Edisi 1. Jurusan Sistem Komputer Fakultas Ilmu Komputer Univesitas Gunadarma.
[4] Naibaho, P. M. 1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit. Edisi Pertama. Medan. Pusat Penelitian Kelapa Sawit. [5] Sihombing, G. L. Arief, D. S, Hamzah, A. Andri. 2017.
Threshing Station Model Design Palm Oil Mill In PT. Perkebunan Nusantara V – PKS Sei Galuh Using Autodesk Autocad 2014 Perangkat lunak. Journal of Ocean, Mechanical and Aerospace - Science and Engineering. JOMAse. Vol. 38. [6] Badogil, H. T. 2016. Perencanaan Proses Produksi dan
Pembuatan Model Stasiun Penebahan di PT. Perkebunan Nusantara V – PKS Sei Galuh. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Riau.
[7] Lingappa, S, Bongale V, Sreerajendra. PLC Controlled Low Cost Automatic Packing Machine. International Journal of Advanced Mechanical Engineering. Vol. 4, (7), pp. 803-811.
