MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)
TUGAS AKHIR
Oleh :
TAUFIK BUDI NUGRAHA 32106002
AHMAD RIDUAN 32106010
Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Program Diploma III Program Studi Teknik Elektro
Politeknik Batam
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK BATAM
BATAM 2009
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PENGONTROLAN SUHU PADA STERILIZER MACHINE MENGGUNAKAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
(PLC)
TUGAS AKHIR
Oleh :
TAUFIK BUDI NUGRAHA 32106002
AHMAD RIDUAN 32106010
Diajukan dan disahkan sebagai laporan Tugas akhir di Program Studi Teknik Elektro Politeknik Batam
Batam, 10 Juni 2009 Pembimbing,
M. Syafei Gozali, ST NIK. 107050
iii
Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh...
Puji syukur yang setinggi-tingginya penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya serta memberi kemudahan bagi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengontrolan suhu pada sterilizer machine menggunakan Programmable Logic Control (PLC)” sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar Diploma III Program Studi jurusan teknik elektro di Politeknik Batam.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang penulis lakukan dalam penyusuna tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi kemajuan di masa yang akan datang. Namun di tengah berbagai kekurangan yang ada, penulis berharap tugas akhir ini dapat menjadi sumbangan setitik keilmuan di tengah limpahan keilmuan yang beragam.
Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh...
Batam, Juni 2009
Penulis
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas ijin-Nya tugas akhir ini dapat dapat kami selesaikan. Tak lupa pula penulis haturkan shalawat teriring salam kepada Nabi Besar Muhammad SAW selaku suri tauladan bagi umat manusia dan junjungan alam yang telah membawa umat manusia dari zaman jahiliyah ke zaman yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti sekarang.
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 terima kasih yang mendalam serta setulus-tulusnya kepada :
1. Ibunda dan Ayahanda tercinta atas dukungan, doa, motivasi, kasih sayang dan segala-galanya yang tak pernah henti diberikan kepadaku
2. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto selaku direktur Politeknik Batam.
3. Bapak Iman Fahruzi, ST. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektro yang selalu memberikan yang terbaik bagi kami.
4. 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 mengerjakan tugas akhir ini.
5. Seluruh Dosen dan karyawan di Politeknik Batam atas fasilitas dan waktu yang diberikan.
6. Rekan-rekan senasib dan seperjuangan TE-06 atas dukungannya.
v
9. Seluruh Mahasiswa dan Alumni Politeknik Batam.
10. Seluruh pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu dalam kesempatan kali ini.
vi ABSTRAK
Sterilizer machine merupakan sebuah mesin yang dapat mensterilkan botol, baik botol kaca maupun botol logam. Sehingga kebersihan dan kesterilan botol tersebut mampu terjaga dan tetap bebas dari kuman. Controller yang digunakan pada mesin ini adalah Programmable Logic Control (PLC). Sedangkan sensor yang digunakan pada sterilizer machine ini adalah thermocouple, LM35, sensor optik dan sensor induktif. Jika botol kaca yang dimasukkan ke dalam mesin sterilizer maka botol akan disterilisasi dengan memakan waktu 10 detik, sedangkan untuk botol logam waktu sterilisasi akan berlangsung selama 15 detik.
Kata kunci : PLC, Sterilizer, Thermocouple
vii
Sterilizer machine is a machine that can sterilize bottles, both glass bottles and metal bottles. So that the cleanliness and sterility bottles can remain awake and free from germs. Controller that is used on this machine is a Programmable Logic Control (PLC). While the sensor used in the sterilizer machine is a thermocouple, LM35, optical sensors and inductive sensors. If a glass vial inserted in the bottle sterilizer machine will take time for 10 seconds, while for the metal bottle sterilization will take time for 15 seconds.
Keywords: PLC, Sterilizer, thermocouple
viii DAFTAR ISI
LEMBARAN PENGESAHAN ii
KATA PENGANTAR iii
UCAPAN TERIMA KASIH iv
ABSTRAK vi
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Tujuan dan Manfaat 2
1.3 Metodologi Penelitian 3
1.4 Batasan Masalah 3
1.5 Sistematika Penulisan 4
BAB II IKHTISAR SISTEM 6
2.1 Deskripsi umum 6
2.2 Karakteristik 10
2.3 Lingkungan Operasi dan Pengembangan 11
BAB III LANDASAN TEORI 12
3.1 Umum 12
3.2 Pneumatik 12
3.2.1 Valve 14
3.2.2 Aktuator 15
3.3 LM324 21
3.3.1 Penguat Pembalik (Inverting Amplifier) 21 3.3.2 Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting) 22
3.4 Sensor 23
3.4.1 Sensor Suhu 23
3.4.2 Sensor Optik 25
3.4.3 Sensor Induktif 26
3.4.4 Sensor Magnet 27
ix
3.6.1 Pengetahuan Umum Tentang PLC 29
3.6.2 Keuntungan dan Kerugian PLC 30
3.6.3 Perangkat Hardware 32
3.6.4 Perangkat Software PLC 38
BAB IV PERANCANGAN SISTEM 45
4.1 Perancangan Sistem Pengontrolan Suhu pada Mesin Sterilizer 45
4.1.1 Perancangan Hardware 45
4.2 Perancangan Wiring PLC 55
4.2.1 Wiring Input 55
4.2.2 Wiring Output 58
4.2.3 Wiring Input dan Output Aplikasi Sterilizer Machine 58
4.2.4 Wiring Sensor Suhu 61
4.3 Perancangan Program Kontrol 62
4.3.1 Flow Chart 62
4.3.2 Diagram Ladder 64
BAB V PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 67
5.1 Pengukuran 67
5.1.1 Pengukuran Thermocouple 67
5.1.2 Pengukuran LM35 68
5.1.3 Pengukuran Sensor 69
5.1.4 Pengukuran Katup Solenoide dan Indikator 71
5.2 Pengujian 72
5.2.1 Pengujian Cylinder dengan 5/2 Single solenoide valve 73
5.2.2 Pengujian Boiler 74
5.2.3 Pengujian Sistem Emergency 76
5.2.4 Pengujian Aplikasi Sterilisasi Botol 77
5.3 Analisa 78
x
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 79
6.1 Kesimpulan 79
6.2 Saran 80
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
Tabel 3.1 Konfigurasi Pin DIP Switch 34
Tabel 4.1 Input dan Output Aplikasi Sterilizer Machine slot 1 61 Tabel 4.2 Input dan Output Aplikasi Sterilizer Machine slot 2 61
Tabel 5.1 Data Pengukuran Thermocouple 68
Tabel 5.2 Data Pengukuran IC LM35 69
Tabel 5.3 Data Pengukuran Sensor 70
Tabel 5.4 Data Pengukuran Katup Solenoide dan Indikator 72 Tabel 5.5 Data Hasil Pengujian Silinder dengan 5/2 Single Solenoide Valve 74 Tabel 5.6 Data Hasil Pengujian Soak Time Boiler 75 Tabel 5.7 Data Hasil Pengujian Soak Time Boiler Botol Logam 76 Tabel 5.8 Data Hasil Pengujian Soak Time Boiler Botol Non Logam 76
Tabel 5.9 Data Pengujian Botol Non Logam 77
Tabel 5.10 Data Pengujian Botol Logam 77
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin Sterilizer 7
Gambar 2.2 Blok Diagram Pengontrolan Suhu Pada Mesin Sterilizer 8 Gambar 2.3 Flow Chart Sistem Kerja Mesin Sterilizer 9
Gambar 3.1 Simbol Single Acting Cylinder 16
Gambar 3.2 Kontruksi Silinder Kerja Tunggal 17
Gambar 3.3 Simbol Double Acting Cylinder 18
Gambar 3.4 Kontruksi silinder Kerja Ganda 19
Gambar 3.5 Konstruksi IC LM324 21
Gambar 3.6 Rangkaian Inverting 22
Gambar 3.7 Rangkaian Non-Inverting 23
Gambar 3.8 Sensor Suhu LM35 25
Gambar 3.9 Sistem Dasar Sensor Optik 26
Gambar 3.10 Sistem Sensor Induktif 26
Gambar 3.11 Shielded and Unshielded Sensor 27
Gambar 3.12 Sistem Sensor Magnet 27
Gambar 3.13 Boiler 28
Gambar 3.14 Blok Diagram Bagian-Bagian dari Sebuah PLC 32 Gambar 3.15 Analog Input Unit dan Analog Power Supply Unit 33
Gambar 3.16 Konfigurasi DIP Switch 34
Gambar 3.17 Konversi Data Analog Ke Digital 35
Gambar 3.18 Konfigurasi PLC OMRON CQM1H 37
Gambar 3.19 Tampilan CX- Programmer 38
Gambar 3.20 Lambang Instruksi Dasar PLC 40
xiii
Gambar 3.23 Contoh Instruksi Ladder Diagram Timer 42
Gambar 3.24 Instruksi Counter 43
Gambar 3.25 Contoh Instruksi Ladder Diagram Counter 43
Gambar 3.26 Diagram Waktu DIFU dan DIFD 43
Gambar 3.27a Instruksi DIFU 44
Gambar 3.27b Instruksi DIFD 44
Gambar 3.25 Contoh Instruksi Ladder Diagram DIFU dan DIFD 44
Gambar 4.1 Sterilizer 45
Gambar 4.2 Boiler 46
Gambar 4.3 Thermocouple dan Rangkaian Penguat Non-Inverting 47 Gambar 4.4 Analog Input dan Analog Power Supply Unit 47
Gambar 4.5 Double Acting Cylinder 48
Gambar 4.6 5/2 Single Solenoide Valve 49
Gambar 4.7 Air Supply Unit 49
Gambar 4.8a Power Supply 24VDC / 4.5A 50
Gambar 4.8b Power Supply 5VDC / 3A 50
Gambar 4.9 Panel Kontrol 51
Gambar 4.10 Pemasangan Sensor Magnet 52
Gambar 4.11 Pemasangan Sensor Optik 53
Gambar 4.12 Pemasangan Sensor Induktif 53
Gambar 4.13 Pemasangan Thermocouple 54
Gambar 4.14 Pemasangan Sensor Suhu LM35 54
xiv
Gambar 4.15 Wiring PLC untuk Tombol 55
Gambar 4.16 Wiring PLC Sensor Sinking (NPN) 56
Gambar 4.17 Wiring PLC Sensor Sourcing (PNP) 57
Gambar 4.18 Wiring ADC Voltage Input 57
Gambar 4.19 Wiring PLC untuk Output 58
Gambar 4.20 Wiring Input dan Output 59
Gambar 4.21 Wiring Input dan Output Aplikasi Sterilizer Machine 59 Gambar 4.22 Wiring Input dan Output Aplikasi Sterilizer Machine 60
Gambar 4.23 Wiring Sensor Suhu Pada AD041 62
Gambar 4.24 Flow Chart Sistem Kontrol Sterilizer Machine 63
Gambar 4.25 Ladder Diagram Mendeteksi Benda 64
Gambar 4.26 Ladder Diagram Menyeleksi Benda 65
Gambar 4.27 Ladder Diagram Proses Pensterilan 66
Gambar 5.1 Pengukuran sensor magnet 2 kabel 69
Gambar 5.2 Pengukuran Sensor Magnet, Optik dan Induktif tipe PNP 70
Gambar 5.3 Pengukuran Katup Solenoide 71
Gambar 5.4 Pengukuran Indikator 71
Gambar 5.5 Kondisi Silinder Saat S1 Belum Ditekan 73
Gambar 5.6 Kondisi Silinder Saat S1 Ditekan 73
Gambar 5.7 Kondisi silinder saat S1 dilepas 74
1.1 Latar Belakang
Kesehatan merupakan hal terpenting dalam hidup manusia. Terkait masalah ini maka steril atau tidaknya alat-alat yang digunakan dalam aktivitas sehari-hari mempunyai peran yang sangat penting terutama alat-alat konsumsi.
Botol plastik ataupun kaca merupakan alat yang kerap dijumpai dalam dalam kehidupan sehari-hari. Seringkali botol-botol ini berhubungan dengan manusia saat mengkonsumsi air mineral, minuman berenergi ataupun susu untuk bayi.
Peracikan obat-obatan dalam dunia farmasi juga sering menggunakan media ini dalam pembuatannya.
Tentunya akan sulit mengetahui steril atau tidaknya alat-alat konsumsi yang kita gunakan terutama untuk alat yang digunakan berulang kali seperti botol susu bayi dan alat-alat farmasi. Memang ada cara manual dengan menghangatkan botol sesudah dicuci untuk pensterilan yang dilakukan dalam waktu tertentu.
Namun tentu saja cara ini akan sangat menguras waktu dan tidak efisien karena hanya berdasarkan perkiraan semata.
Masuknya globalisasi serta persaingan bebas membuat waktu menjadi teramat berharga. Oleh karena itu efisiensi dengan cara otomatisasi menjadi harga mati yang harus terjadi, termasuk dalam proses sterilisasi alat konsumsi dan farmasi. Dan perkembangan teknologi dewasa ini membuat segalanya mungkin terjadi. Dunia elektronika telah membuktikan dapat memudahkan pekerjaan-
2
pekerjaan yang dulu memakan waktu atau bahkan tak mungkin dilakukan oleh manusia.
Berangkat dari latar belakang ini maka penulis memilih judul tugas akhir
“Pengontrolan Suhu Pada Sterilizer Machine Menggunakan PLC (Programable Logic Control).”
Dengan sistem otomasi sterilisasi ini mampu memudahkan dunia industri, kesehatan maupun rumah tangga. Adanya sistem ini juga dapat membuat kekhawatiran akan ketidaksterilan alat berkurang, karena sistem ini mampu mengontrol suhu dan waktu untuk sterilisasi botol secara otomatis dengan berbasis Programmable Logic Control (PLC).
1.2 Tujuan dan Manfaat 1.2.1 Tujuan
1. Menciptakan suatu sistem otomasi industri yang efektif dan efisien.
2. Untuk mensimulasikan kontrol sterilizer pada industri / perusahaan maupun rumah tangga.
3. Untuk mempermudah manusia dalam melakukan proses sterilisasi secara praktis.
4. Agar dapat meminimalkan waktu, jika dibandingkan antara menggunakan sistem yang manual dengan sistem otomasi.
5. Sistem otomasi ini dapat melakukan produksi/sistem kerja yang tidak dapat dikerjakan oleh manusia.
1.2.2 Manfaat
1. Aplikasi kontrol sterilizer ini dapat diaplikasikan pada saat pratikum PLC atau sebagai trainer.
2. Aplikasi kontrol sterilizer ini dapat diaplikasikan di dunia industri, karena cukup banyak industri yang menggunakan aplikasi ini.
3. Aplikasi ini juga bisa digunakan di rumah tangga untuk sterilisasi botol susu atau alat konsumsi lainnya.
1.3 Metodologi Penelitian
Untuk menyelesaikan tugas akhir ini, dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :
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.
1.4 Batasan Masalah
Dengan adanya permasalahan yang harus diselesaiakan pada aplikasi Control Sterilizer pada mesin sterilisasi botol minuman ini, maka dalam tugas akhir ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut :
1. Sensor suhu menggunakan thermocouple dan LM35.
2. Proses sterilisasi hanya bisa dilakukan dengan satu botol.
4
3. Proses sterilisasi hanya simulasi
4. Botol yang digunakan adalah botol kaca dan botol logam.
5. Bentuk objek (Botol) hanya pada beberapa model botol yang ukurannya sama.
6. Emergency berfungsi untuk menghentikan proses kerja, setelah emergency dilepas maka proses berlanjut kembali.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan bertujuan untuk menghindari terjadinya kesalahan penafsiran terhadap isi yang terkandung dalam laporan. Oleh karena itu, laporan ini terbagi atas beberapa bab, dimana antara bab satu dengan bab yang lainnya saling berkaitan.
Di bawah ini adalah penjelasan mengenai masing-masing bab dalam laporan tugas akhir ini :
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang, tujuan dan manfaat, metodologi penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II IKHTISAR SISTEM
Berisi deskripsi umum atau gambaran umum tentang cara kerja sistem yang dibuat. Serta berisi karakteristik dan lingkungan operasi dan pengembangan.
BAB III LANDASAN TEORI
Berisi landasan teori dari komponen utama dari sistem, dan landasan teori dari sistem secara keseluruhan.
BAB IV PERANCANGAN SISTEM
Berisi disain rancangan hardware perblok, disertai dengan penjelasan cara kerja disan tersebut serta berisi disain perancangan perangkat keras secara lengkap pada akhir bab ini disertai penjelasan secara keseluruhan dari rancangan perangkat keras
BAB V PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Bab ini berisi data-data hasil pengujian yang telah dilakukan, alat bantu yang digunakan untuk melakukan pengujian dan pengukuran serta berisi analisa hasil pengujian.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan yang berasal dari hasil analisis, simpangan atau kesalahan beserta penyebab dan penangulangannya
BAB II
IKHTISAR SISTEM
2.1 Deskripsi Umum
Proses pensterilan merupakan upaya untuk membersihkan, menghilangkan zat-zat dan partikel–partikel yang tak diinginkan karena memang tak dibutuhkan atau berbahaya. Proses pensterilan ini biasanya dibutuhkan pada benda-benda dengan tingkat sensitivitas ataupun hubungannya dengan kesehatan manusia, misalnya: komponen elektronika, alat kesehatan, botol minuman.
Dalam perkembangan teknologi yang semakin pesat, kemudahan mutlak diperlukan. Otomatisasi menjadi pilihan yang tak dapat dielakkan. Oleh karena itu sterilizer mesin hadir untuk memenuhi berbagai kebutuhan industri ataupun masyarakat selama ini.
Sterilzer mesin merupakan sebuah alat yang mampu mensterilkan sebuah obyek (baik berupa botol minuman, alat kesehatan, ataupun komponen elektronika). Sistem otomasi yang diterapkan pada alat ini memungkinkan keakuratan proses sterilisasi dari sebuah objek.
”Pengontrolan suhu pada sterilizer mesin menggunakan PLC (Programmable Logic Control)” pada dasarnya berfungsi dalam pengaturan suhu steril suatu objek, dalam hal ini botol. Alat ini bekerja dengan PLC sebagai perangkat sistem kontrolnya. Perangkat penunjang lainnya ialah sensor induktif dan sensor optik yang merupakan sensor utama pada alat ini. Dengan perangkat- perangkat tersebut maka alat ini dapat bekerja secara otomatis sesuai yang diinginkan.
Gambar 2.1 Mesin Sterilizer
Aplikasi Sterilizer mesin ini menggunakan sistem Programmable Logic Control (PLC) dimana pada mesin ini PLC yang digunakan adalah seri CQM1H.
Aktuator yang digunakan berbasis elektro pneumatik yaitu dengan menggunakan kompresor untuk mengerakan silinder. Terdapat juga solenoide valve untuk mengatur maju dan mundur sebuah silinder. Adapun sensor yang digunakan adalah sensor magnet, sensor induktif, sensor optik, sensor kapasitif, thermocouple dan LM35.
Gambar 2.2 berikut adalah gambar blok diagram pengontrolan suhu pada sterilizer mesin menggunakan PLC secara keseluruhan.
8
Gambar 2.2 Blok Diagram Pengontrolan Suhu Pada Mesin Sterilizer
Dari diagram blok di atas dapat dijelaskan bahwa sistem pengontrolan ini mempunyai beberapa bagian utama yaitu bagian input yang terdiri dari sensor optik, sensor induktif, sensor magnet, thermocouple, LM35, tombol start, tombol stop, tombol emergency. Setelah itu ada bagian kontrol yaitu berupa PLC sedangkan bagian terakhir dari sistem ini adalah bagian output yang terdiri dari Double Acting Cyilinder, boiler, lampu indikator ON, dan buzzer.
Secara umum prinsip kerja dari sistem pengontrolan 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 rinci dapat dijelaskan sistem pengontrolan suhu pada mesin sterilizer ini adalah sebagai berikut :
- Sensor Optik - Sensor Induktif - Sensor Magnet - Thermocouple - LM35 - Tombol Start - Tombol Stop - Tombol Manual - Tombol Selector - Tombol Emergency
PLC
- Double Acting Cylinder - Heater
- Lampu Indikaor ON - Buzzer
Input Kontrol Output
Start
Apakah botol
logam? 1
Boiler menaikkan suhu dan mengatur waktu
sterilisasi untuk botol logam
Proses sterilisasi berlangsung
Botol sudah steril dan siap dipindahkan ke
kotak penyimpanan
End ya
tidak
Boiler menaikkan suhu dan mengatur waktu sterilisasi untuk
botol kaca
Proses sterilisasi berlangsung
Botol sudah steril dan siap dipindahkan ke
kotak penyimpanan
End 1
Gambar 2.3 Flow Chart Sistem Kerja Mesin Sterilizer
1. Tahap pertama :
Sterilizer akan mendeteksi apakah ada botol atau tidak, apabila ada botol maka penutup mesin akan terbuka, kemudian botol dimasukkan kedalam sterilizer 2. Tahap kedua
Sterilizer akan mengidentifikasi jenis botol, apakah botol logam atau botol kaca.
3. Tahap ketiga :
Boiler akan menaikkan suhu sesuai dengan panas dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mensterilisasi botol yang telah diidentifikasi pada tahap
10
kedua. Proses pengontrolan panas dengan menggunakan sensor thermocouple dan LM35.
4. Tahap keempat :
Proses sterilisasi botol minuman berlangsung 5. Tahap kelima :
Botol sudah steril dan siap diangkat oleh pick and place untuk dipindahkan ke kotak penyimpanan yang telah disediakan sesuai dengan jenisnya.
2.2 Karakteristik
Perancangan pada pengontrolan suhu sterilisasi menggunakan PLC ini memiliki beberapa karakteristik diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Sistem pengontrolan menggunakan PLC OMRON CQM1H
2. mengatur suhu sterilisasi untuk botol non logam selama 10 detik dan botol logam selama 15 detik.
3. Mempunyai sistem emergency yang berfungsi untuk mematikan proses kerja.
4. Menggunakan 5 macam sensor yaitu; sensor optik, sensor induktif, sensor magnet, thermocouple, LM35.
5. Memiliki indikator error system berupa buzzer.
6. Memiliki 5 tombol kontrol yaitu start, stop, selektor, manual dan emergency.
7. Pemrograman menggunakan software CX-Programmer dengan penulisan bahasa pemrogramannya berupa ladder diagram.
8. Sistem baru akan berhenti setelah satu siklus, ketika ditekan tombol stop.
2.3 Lingkungan Operasi dan Pengembangan
Pengontrolan suhu pada sterilizer machine di desain untuk dapat digunakan pada dunia industri, kesehatan, 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 seperti pada proses pensterilan suatu objek. Sehingga dapat melindungi barang secara efesien dan efektif, serta menghemat biaya yang dikeluarkan untuk produksi dan proteksi.
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 tentang pneumatik, LM324, thermocouple, LM35, sensor optik, sensor induktif, sensor kapasitif, sensor magnet dan heater.
Selanjutnya dijelaskan pengetahuan umum tentang PLC. Teori ini memberikan definisi dan klasifikasi tentang PLC yang telah berkembang sampai saat ini, bagian-bagian dari PLC juga Analog Input dan Power Supply Unit AD041.
3.2 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 ada sehingga kapasitas sistem terpenuhi.
Untuk memenuhi kebutuhan udara yang dimampatkan kita memerlukan kompresor (pembangkit udara bertekanan). Debit yang diukur adalah m3/menit.
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).
Pneumatik dewasa ini memegang peranan penting dalam pengembangan dan teknologi otomatisasi, di samping hidraulik dan elektronik/elektrik. Sebelum 1950, pneumatik banyak dipakai sebagai media kerja dalam bentuk energi tersimpan. Tapi setelah 1950 dipakai dan dikembangkan sebagai elemen kerja.
Sumber pneumatik merupakan perangkat yang menghasilkan udara pneumatik berserta perangkat yang ada pada jalur udara pneumatik.
a. Penyedia udara/Kompressor adalah mesin yang menghasilkan udara pneumatik dengan tekanan kerja yang dipakai dalam sistem pneumatik (2,5 - 7 bar).
b. Tangki atau pengumpul udara/header berupa sistem pengumpul udara pneumatik (storage) sementara sebelum distribusi.
c. Filter digunakan untuk menyaring udara pneumatik dari kotoran.
Penyaring filter ini disesuaikan dengan kebutuhan udara pneumatik.
d. Dryer /pengering digunakan untuk mengeringkan udara pneumatik dari uap air.
e. Pemisah air, sistem pemisah air ini biasanya dibuat dalam suatu sistem yang lengkap dengan pressure regulator. Digunakan untuk memisahkan kadar air dalam udara pneumatik.
f. Sistem pelumas, digunakan untuk aplikasi khusus terhadap instrumentasi pneumatik.
g. Meter pneumatik /manometer berupa indikator tekanan pada suatu jalur atau tangki pneumatik.
14
3.2.1 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: 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 inlet menuju outlet.
d. Quick exhaust valve: berfungsi sebagai penambah kecepatan silinder. Dengan ini memungkinkan waktu yang diperlukan untuk langkah kerja silinder terutama untuk single acting cylinder lebih singkat lagi.
3. Katup pengatur aliran (Flow control valve), 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. Katup pengatur tekanan (pressure valve), 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 inlet sudah tercapai maka outlet akan membuka dan tekanan udara yang berlebihan akan dikeluarkan ke udara bebas.
c. Katup berangkai (sequence valve), fungsinya juga untuk membatasi tekanan. Biasanya dipakai pada kontrol pneumatik bila tekanan udara yang spesifik dibutuhkan untuk menjalankan operasi/sistem.
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:
Fungsi: Untuk mengubah tekanan udara menjadi gerakan translasi dari batang piston.
16
A. Single acting cylinder (silinder aksi tunggal)
Gambar 3.1 Simbol Single Acting Cylinder
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. Jika lubang pembuangan tidak diproteksi dengan sebuah penyaring akan memungkinkan masuknya partikel halus dari debu ke dalam silinder yang bisa merusak seal.
Apabila lubang pembuangan ini tertutup akan membatasi atau menghentikan udara yang akan dibuang pada saat silinder gerakan keluar dan gerakan akan menjadi tersentak-sentak atau terhenti. Seal terbuat dari bahan yang fleksibel yang ditanamkan di dalam piston dari logam atau plastik. Selama bergerak permukaan seal bergeser dengan permukaan silinder.
Sumber : Komponen Kontrol pneumatik
Gambar konstruksi silinder kerja tunggal sebagai berikut :
Gambar 3.2 Kontruksi Silinder Kerja Tunggal
Prinsip Kerja
Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston, sisi yang lain terbuka ke atmosfir. 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. Pada silinder kerja tunggal dengan pegas, langkah silinder dibatasi oleh panjangnya pegas.
Oleh karena itu silinder kerja tunggal dibuat maksimum langkahnya sampai sekitar 80 cm.
18
Kegunaan
Menurut konstruksinya silinder kerja tunggal dapat melaksanakan berbagai fungsi gerakan , seperti :
· menjepit benda kerja
· pemotongan
· pengeluaran
· pengepresan
· pemberian dan pengangkatan.
B. Double acting cylinder (silinder aksi ganda)
Gambar 3.3 Simbol Double Acting Cylinder
Konstruksi
Konstruksi silinder kerja ganda sama dengan silinder kerja tunggal, tetapi tidak mempunyai pegas pengembali. Silinder kerja ganda mempunyai dua saluran (saluran masukan 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 :
Sumber : Komponen Kontrol pneumatik
Gambar 3.4 Kontruksi silinder Kerja Ganda
Keterangan :
1. Batang / rumah silinder 2. Saluran masuk
3. Saluran keluar 4. Batang piston 5. Seal
6. Bearing 7. Piston
Tabung silinder terbuat dari tabung baja tanpa sambungan. Untuk memperpanjang usia komponen seal permukaan dalam tabung silinder dikerjakan dengan mesin yang presisi. Untuk aplikasi khusus tabung silinder bisa dibuat dari aluminium , kuningan dan baja pada permukaan yang bergeser dilapisi chrom keras. Rancangan khusus dipasang pada suatu area dimana tidak boleh terkena korosi.
Penutup akhir tabung adalah bagian paling penting yang terbuat dari bahan cetak seperti aluminium besi tuang. Kedua penutup bisa
20
diikatkan pada tabung silinder dengan batang pengikat yang mempunyai baut dan mur.
Batang piston terbuat dari baja yang bertemperatur tinggi. Untuk menghindari korosi dan menjaga kelangsungan kerjanya, batang piston harus dilapisi chrom.
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 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.
Kegunaan
Silinder pneumatik telah dikembangkan pada arah berikut :
Kebutuhan penyensoran tanpa sentuhan (menggunakan magnet pada piston untuk mengaktifkan katup batas /limit switch dengan magnet )
Penghentian beban berat pada unit penjepitan dan penahan luar tiba.
Silinder rodless dapat digunakan di tempat terbatas.
Alternatif pembuatan material seperti plastik
Mantel pelindung terhadap pengaruh lingkungan yang merusak, misalnya sifat tahan asam
Sumber : www.national.com
Penambah kemampuan pembawa beban.
Aplikasi robot dengan gambaran khusus seperti batang piston tanpa putaran, batang piston berlubang untuk mulut pengisap.
3.3 LM324
IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc.
Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :
Gambar 3.5 Konstruksi IC LM324
3.3.1 Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)
Penguatan dengan inverting amplifier menghasilkan nilai output yang akan berkebalikan dengan nilai input. Besar penguatan pada amplifier ini ditentukan oleh Rf dan Rin.Berikut adalah rangkaian inverting amplifier :
22
Gambar 3.6 Rangkaian Inverting
Adapun rumus yang berlaku pada rangkaian ini adalah :
Av = - Rf/Rin ... (3.1) Vo = - (Rf/Rin) x Vin ... (3.2) Keterangan :
Av = penguatan tegangan Vo = tegangan output
3.3.2 Penguat Tak - membalik (Non-inverting Amplifier)
Penguatan dengan non-inverting amplifier menghasilkan nilai output yang sama dengan nilai input. Besar penguatan pada amplifier ini ditentukan oleh Rf dan Rin. Berikut adalah rangkaian Non - inverting amplifier :
Rin
Rf
Sumber : www.national.com
Gambar 3.7 Rangkaian Non-Inverting
Adapun rumus yang berlaku pada rangkaian ini adalah :
Av = Rf/Rin + 1 ... ... (3.3) Av = Vo/Vi... ... (3.4) Vo = (Rf/Rin + 1) x Vin... (3.5) Keterangan :
Av = penguatan tegangan Vo = tegangan output
3.4 Sensor
Pada mesin sterilizer ini juga dibutuhkan alat pendeteksian atau sensor.
Beberapa sensor yang digunakan dalam sistem kontrol ini yaitu : thermocouple dan LM35 sebagai sensor suhu, serta beberapa sensor benda seperti ; Sensor Optik, Sensor Induktif, Sensor Magnet.
3.4.1 Sensor Suhu
Sensor suhu merupakan sebuah alat yang mengubah besaran suhu (panas) menjadi besaran listrik sehingga memudahkan untuk menganalisa dengan
24
menggunakan rangkaian listrik atau mengukurnya dengan alaat ukur listrik. Pada mesin sterilizer ini dalam aplikasinya menggunakan 2 buah sensor suhu, yaitu :
A. Thermocouple
Thermocouple adalah gabungan dari 2 logam berbeda yang menghasilkan tegangan yang berkaitan dengan perbedaan suhu. Thermocouple biasa digunakan sebagai sensor suhu, namun belakangan thermocouple juga dapat digunakan untuk mengkonversi panas menjadi daya listrik.
Prinsip kerja dari thermocouple menggunakan asas Seebeck yaitu, bila dua jenis logam yang berlainan disambung sehingga merupakan rangkaian tertutup, maka bagi temperatur yang berbeda pada sambungan tersebut akan timbul beda potensial listrik pada kedua logam tersebut, beda potensial inilah yang kemudian dibaca oleh alat ukur panas, sehingga panas suatu benda dapat diketahui.
B. LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.
LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-
Sumber : www.national.com
heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
Gambar 3.8 Sensor Suhu LM35
Gambar 3.8 diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35= Suhu*10 mV ... (3.6)
3.4.2 Sensor Optik
Sensor optik memerlukan kedua input dari sumber cahaya yaitu emitter dan detektor. Emitter akan menghasilkan sorotan cahaya yang terlihat dan tak terlihat spektrum digunakan LED dan dioda laser.
Detektor dibentuk tipe dengan photodiode dan phototransistor. Emiter dan detektor pada posisi tertentu dengan adanya objek akan terblok atau sorotan reflek ketika hadir. Dasar sensor optik ditunjukkan pada gambar .
26
Sumber : www.catatanpraktis.blogspot.com
Sumber : www.catatanpraktis.blogspot.com
Gambar 3.9 Sistem Dasar Sensor Optik
3.4.3 Sensor Induktif
Sensor Induktif berfungsi untuk mendeteksi obyek besi/metal. Meskipun terhalang oleh benda non-besi sensor akan tetap dapat mendeteksi besi. Jika sensor mendeteksi adanya besi di area sensingnya maka kondisi output akan berubah. Sensor ini dapat dengan efektif menggantikan limit switch/ mechanical switch yang merupakan teknologi lama.
Gambar 3.10 Sistem Sensor Induktif
Sensor bisa mendeteksi obyek sedikit jauh centimeter dari akhir. Tetapi arah ke obyek bisa ke segala arah ditunjukkan oleh gambar di bawah. Medan
Sumber : www.catatanpraktis.blogspot.com
Sumber : www.electric4dummies.blogspot.com
magnet tidak dilindungi tutup sensor lebih luas volume dikelilingi kepala dari coil.
Dengan jumlah dari pelindung (dikelilingi jas metal bagian dari coil) medan magnet yang datang akan lebih kecil tetapi juga lebih langsung. Pelindung akan selalu bisa selama sensor induktif memperbaiki kelansungan dan keakuratan.
Gambar 3.11 Shielded and Unshielded Sensor
3.4.4 Sensor Magnet
Sensor magnet juga disebut relai buluh (reed switch) adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya.
Gambar 3.12 Sistem Sensor Magnet
28
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.
3.5 Boiler
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.
Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan plant proses.
Gambar 3.13 Boiler
3.6 Programmable Logic Control (PLC) 3.6.1 Pengetahuan Umum tentang 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 fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog.
PLC diperkenalkan pertama kali oleh Madicon pada tahun 1969 (sekarang sebagian dari gold electronics) for general motors hydramatic division. PLC mempunyai kelebihan diantaranya :
1. Sifat pemrogramannya yang cukup mudah dan menggunakan bahasa pemrograman yang mudah dipahami.
2. Mudah perawatannya misalnya bersifat modul atau pengecekan kerusakan sistem secara otomatis.
3. Hemat pemakaian energi listrik serta tempat atau ruang yang sedikit dibandingkan pengunaan relay-relay mekanik.
4. Mempunyai memori yang bisa diperbesar kapasitasnya.
Kriteria-kriteria tersebut menarik perhatian beberapa produsen peralatan kontrol sehingga melahirkan generasi pertama PLC. PLC pertama tersebut memenuhi pengurangan pemakaian ruang dan tenaga listrik serta mempunyai sistem pengecekan sendiri kalau terjadi kerusakan.
30
PLC adalah peralatan elektronika yang beroperasi secara digital, yang menggunakan programmable memori untuk menyimpan internal bagi instruksi- instruksi fungsi spesifik seperti logika, timing, counting dan aritmatika untuk mengendalikan secara digital atau analog input atau output sebagai tipe mesin.
PLC menyediakan kemudahan pengendalian berdasarkan pemrograman dan pelaksanaan instruksi logic yang sederhana. PLC mempunyai fungsi internal seperti timer, counter dan shift register sehingga kontrol yang rumit dapat diwujudkan dengan sesederhana mungkin. 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.
3.6.2 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
2. Perubahan dan pemeriksaan kesalahan sistem lebih mudah 3. Jumlah kontak yang banyak
4. Lebih menghemat biaya 5. Pilot running
6. Observasi visual 7. Kecepatan operasi
8. Metode pemrograman ladder 9. Sifatnya tahan uji
10. Menyederhanakan komponen-komponen sistem kontrol 11. Dokumentasi
12. Keamanan
13. Dapat melakukan pengubahan dengan pemrograman ulang 14. Penambahan rangkaian lebih cepat
Selain keuntungan yang telah disebutkan di atas maka ada kerugian yang dimiliki oleh PLC, yaitu :
1. Teknologi yang masih baru
2. Kurang efesien untuk aplikasi program yang tetap 3. Operasi dengan rangkaian yang tetap
32
3.6.3 Perangkat Hardware
Pada dasarnya PLC terdiri dari tiga bagian utama yaitu bagian input/output, bagian prosesor dan perangkat pemrograman (programming device).
Gambar 3.14 Blok Diagram Bagian-Bagian dari Sebuah PLC
Keterangan gambar :
1. Input Device
Device masukan merupakan perangkat keras yang digunakan untuk memberikan sinyal kepada modul masukan. Sistem PLC memiliki jumlah device masukan sesuai dengan sistem yang diinginkan. Fungsi dari device masukan untuk memberikan perintah khusus sesuai dengan kinerja device masukan yang digunakan, misalnya untuk menjalankan atau menghentikan motor. Dalam hal tersebut seperti misalnya device masukan yang digunakan adalah push button yang bekerja secara Normally Open (NO) ataupun Normally Close (NC). Ada bermacam-macam device masukan yang dapat digunakan dalam pembentukan suatu sistem kendali seperti misalnya: selector switch, limits switch, flow switch, level switch, proximity sensors, Analog Input Unit, Analog Power Supply Unit dan lain-lain. Level tegangan yang digunakan pada input device adalah 24 V.
Sumber : OMRON CQM1H Operation Manual
Analog Input Unit dan Analog Power Supply Unit
Pada PLC perubahan sinyal analog menjadi sinyal digital juga dapat dilakukan. Perubahan sinyal ini dilakukan dengan menggunakan komponen tambahan yaitu Analog Input Unit dan Analog Power Supply Unit. Analog Input Unit mengubah 4 digit sinyal analog menjadi keluaran 12-bit digital. Hal ini memungkinkan pengurangan jumlah alamat input yang ditempati oleh Analog Input Unit dengan cara membatasi jumlah masukan dari Analog Input Unit menjadi 2 nilai. Data yang telah diubah disimpan pada alamat input yang telah dialokasikan untuk Analog Input Unit.
Analog Power Supply Unit merupakan sumber tegangan analog bagi Analog Input Unit. Dalam keadaan normal, biasanya sebuah Analog Power Supply Unit dihubungkan dengan sebuah Analog Input Unit, tapi dapat pula dihubungkan dengan dua buah Analog Input Unit yang menjadi batas maksimalnya.
Gambar 3.15 Analog Input Unit dan Analog Power Supply Unit
Pada Analog Input Unit terdapat DIP switch yang berfungsi untuk mengatur jenis jangkauan tegangan yang kita gunakan.
Analog Power Supply Unit
Analog Input Unit
34
Sumber : OMRON CQM1H Operation Manual
Sumber : OMRON CQM1H Operation Manual
Gambar 3.16 Konfigurasi DIP Switch
Tabel 3.1 Berikut ini adalah pengaturan dari DIP switch untuk mendapatkan jangkauan tegangan yang ingin digunakan :
Tabel 3.1 Konfigurasi Pin DIP Switch
Input Setting Input Range
Input 1 Input 2 Input 3 Input 4 Pin 1 : ON Pin 1 : ON Pin 1 : ON Pin 1 : ON
-10 to 10V Pin 2 : ON Pin 2 : ON Pin 2 : ON Pin 2 : ON
Pin 1 : OFF Pin 1 : OFF Pin 1 : OFF Pin 1 : OFF
0 to 10V Pin 2 : ON Pin 2 : ON Pin 2 : ON Pin 2 : ON
Pin 1 : ON Pin 1 : ON Pin 1 : ON Pin 1 : ON
1 to 5V Pin 2 : OFF Pin 2 : OFF Pin 2 : OFF Pin 2 : OFF
Pin 1 : OFF Pin 1 : OFF Pin 1 : OFF Pin 1 : OFF Kondisi terlarang Pin 2 : OFF Pin 2 : OFF Pin 2 : OFF Pin 2 : OFF
Dengan menggunakan Input Range 0 sampai 10V, data antara alamat 0030 dan 0FD0 (hexadesimal) akan diubah menjadi 48 sampai 4048 dalam desimal. Konversi data analog ke digital dapat dilihat pada grafik berikut ini :
Sumber : OMRON CQM1H Operation Manual
Gambar 3.17 Konversi Data Analog Ke Digital
2. Output Device
Output Device adalah komponen-komponen yang memerlukan sinyal untuk mengaktifkan komponen tersebut. Output device merupakan bagian akhir dalam sebuah PLC. Hasil dari sinyal yang masuk dari inout devicec dan telah diproses pada bagian prosesor terlihat pada output device
3. Prosesor
Prosesor adalah bagian pemroses sistem PLC yang membuat keputusan logika. Keputusan yang telah dibuat berdasarkan program tersimpan dalam memori. Prosesor adalah bagian dari Central Processing Unit (CPU) dari PLC yang menerima, menganalisa, memproses dan memberikan informasi ke modul keluaran.
4. 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
36
Circuit (IC). Masing-masing 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.
b. ROM (Read Only Memory)
Read Only Memory (ROM) adalah jenis memori yang semi permanen dan tidak dapat diubah dengan pengubah program.
c. EPROM ( Eraseble Programable Read Only Memory)
Eraseble Programmable Read Only Memory (EPROM) digunakan untuk menyimpan data – data permanen sama seperti ROM .
d. EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory)
EEPROM merupakan jenis memori yang sangat banyak dipakai karena sangat fleksible. EEPROM mengabungkan fleksiblelitas akses data dari RAM dan sifat Non-Volatile dari EPROM.
5. Unit Operasi/Display
Data unit ini kita dapat mengetahui ladder diagram yang telah kita masukkan dari CX-Programmer. Unit ini digunakan untuk pemrograman masukan atau memeriksa yang telah terjadi pada memori.
6. Perangkat Program
Unit ini mempunyai RAM yang cukup agar memungkinkan sebagai penyimpan semi permanen dari program yang dikembangkan atau dimodifikasi.
Jika panel pemrograman adalah portable, RAM-nya adalah tipe CMOS dengan baterai cadangan, memungkinkan unit penyimpanan program sementara dibawa ke perusahaan. Hanya jika program siap digunakan, unit tersebut akan dipindahkan ke PLC. Sekali program diinstal telah selesai panel pemrograman dilepas dan bebas untuk dipakai pada kontroler yang lain.
Terminal mempunyai fungsi memonitor, hal ini memungkinkan perubahan observasi pada real time, gerbang dan fungsi selama eksekusi program. Hal ini sangat berharga pada pelacakan kesalahan terutama jika target proses tidak dapat diakses.
7. Konfigurasi Hardware
Konfigurasi dari PLC OMRON tipe CQM1H adalah sebagai berikut :
Sumber : http://www.omron.com
Gambar 3.18 Konfigurasi PLC OMRON CQM1H
38
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.
3.6.4 Perangkat Software PLC - CX-Programmer
CX-Programmer merupakan software pendukung dalam pemrograman PLC OMRON. Dengan mengunakan software ini kita dapat memonitoring dan mendiagnosa apabila terjadi kesalahan dalam pemrograman dengan mudah dan cepat.
Gambar 3.19 Tampilan CX- Programmer
- 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 vertical sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positip power supply dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatif power supply.
Program ladder ditulis menggunakan bentuk simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemen-elemen seperti normally open contact, normally close contact, timer, counter, sequencer, dan lain-lain.
Di bawah kondisi yang benar, listrik dapat mengalir dari rel sebelah kiri ke rel sebelah kanan, jalur rel seperti ini disebut sebagai ladder line. Peraturan secara umum di dalam menggambarkan program ladder diagram adalah :
a) Daya mengalir dari rel kiri ke rel kanan.
b) Output coil tidak boleh dihubungkan secara langsung di rel sebelah kiri.
c) Tidak ada kontak yang diletakkan disebelah kanan output coil d) Hanya diperbolehkan satu output coil pada ladder line.
40
- Instruksi Pemograman
Tahap dasar untuk penyiapan awal untuk memudahkan dan memasukkan program dalam PLC dengan mempersiapkan daftar seluruh peralatan input dan output beserta lokasi I/O bit, penempatan lokasi word dalam penulisan data.
Untuk pemrograman sebuah PLC terlebih dahulu kita harus mengenal atau mengetahui tentang organisasi dan memorinya. Ilustrasi dari organisasi memori adalah sebagai peta memori (memori map), yang spacenya terdiri dari kategori User Programmable dan Data Table.
User Program adalah dimana program logic ladder dimasukkan dan disimpan yang berupa instruksi - instruksi dalam format Logic Ladder. Setiap Instruksi memerlukan satu word dalam memori. Di bawah ini adalah beberapa instruksi dasar yang biasa digunakan dalam pemrograman PLC, menggunakan ladder diagram :
1. Instruksi Dasar
Instruksi dasar terdiri dari LOAD, LOAD NOT, AND, AND NOT, OR, OR NOT, TIMER, COUNTER, DIFU dan DIFD.
Gambar 3.20 Lambang Instruksi Dasar PLC
2. Instruksi END
Instruksi terakhir yang dibutuhkan untuk menyempurnakan suatu program adalah instruksi END. Ketika CPU melakukan proses scan suatu program, CPU menjalankan seluruh program hingga instruksi END pertama sebelum kembali ke awal program untuk memulai eksekusi lagi. Instruksi END dapat ditempatkan pada beberapa poin di dalam program.
Gambar 3.21 Ladder Diagram Instruksi END
3. TIMER
Instruksi timer / TIM dapat digunakan sebagai timer/pewaktu ON – Delay pada rangkaian relay. Di dalam instrusi ladder PLC penggunaan TIM lebih sederhana daripada rangkaian relay. N adalah penghitung waktu timer pada internal relay PLC dan S adalah nilai yang kita input sebagai delay timer. Nilai input pada TIM untuk satu digit bernilai 0,1 detik,maka untuk mengisi input 1 detik maka diketik #10. Selama TIM diberi input maka TIM akan menghitung mundur waktu yang ditentukan hingga habis dan ketika input diputus maka TIM akan me-reset waktu pada nilai yang ditentukan.
42
Gambar 3.22 Instruksi Timer
Gambar 3.23 Contoh Instruksi Ladder Diagram Timer
4. COUNTER
Tidak seperti TIM yang hanya memiliki satu input, Counter / CNT memiliki dua input, yaitu count pulse (CP) dan reset (R). CNT digunakan untuk menghitung mundur Set Value (SV) ketika kondisi eksekusi pada CP berubah dari OFF ke ON. Present value (PV) akan berkurang satu setiap kondisi eksekusi berubah dari OFF ke ON. CNT direset oleh input reset, R. Ketika R berubah dari OFF ke ON, PV direset ke SV. PV tidak akan di-decrement ketika input R ON.
Perhitungan mundur dari SV akan dilakukan lagi ketika input R OFF. Completion flag untuk counter akan ON ketika PV mencapai 0 dan akan tetap ON hingga counter di-reset. SV berharga 0000 sampai 9999. Alamat counter tidak boleh sama dengan alamat timer karena keduanya berada dalam area data yang sama dalam memory PLC.
Gambar 3.24 Instruksi Counter
Gambar 3.25 Contoh Instruksi Ladder Diagram Counter
5. DIFU (Differentiate Up) dan DIFD (Differentiate Down)
DIFU dan DIFD outputnya menjadi ON untuk satu waktu scan. DIFU outputnya menjadi ON saat terjadi transisi OFF ON pada sinyal inputnya, sedangkan DIFD outputnya menjadi ON saat terjadi transisi ON OFF pada sinyal inputnya. Hal ini dapat dilihat secara lebih jelas pada diagram waktu berikut.
Input
DIFU
DIFD
Gambar 3.26 Diagram Waktu DIFU dan DIFD
44
a b
Gambar 3.27 Instruksi a. DIFU dan b. DIFD
Gambar 3.28 Contoh Instruksi Ladder Diagram DIFU dan DIFD
4.1 Perancangan Sistem Pengontrolan Suhu pada Mesin Sterilizer
Miniatur alat “Pengontrolan Suhu Pada Sterilizer Machine Menggunakan PLC” ini secara keseluruhan terdiri dari beberapa bagian antara lain :
4.1.1 Perancangan Hardware A. Sterilizer
Pada sistem pengontrolan suhu pada sterilizer machine ini menggunakan sebuah sterilizer. Fungsi dari sterilizer ini adalah sebagai tempat untuk mensterilkan objek berupa botol yang akan disterilkan. Bahan yang digunakan untuk pembuatan sterilizer ini berupa pelat alumunium.
Gambar 4.1 Kotak sterilisasi
B. Boiler
Boiler berfungsi untuk menghasilkan uap yang akan digunakan untuk mensterilkan objek. Air yang dimasukkan dalam boiler dipanaskan hingga menjadi uap kemudian dialirkan ke kotak sterilisasi untuk mensterilkan botol yang ada dalam kotak tersebut.
46
Gambar 4.2 Boiler
C. Perancangan Sensor Suhu Thermocouple dan Penguatan LM324
Aplikasi Op-Amp yang digunakan pada sistem ini berfungsi untuk menguatkan tegangan yang dihasilkan dari sensor thermocouple. IC yang digunakan adalah IC jenis LM324. Penguatan yang digunakan adalah penguatan non-inverting. Karena penguatan yang diperlukan sekitar 2000 kali, maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguatan non-inverting (rumus 3.4) sebagai berikut:
AV = Vo / Vi
Vo / Vi = ( 1 + ( Rf / Ri ) ) 2000 / 1 = ( 1 + ( Rf / Ri ) ) 1999 = Rf / Ri
Jika Ri = 100Ω , maka Rf = 200 KΩ
Gambar 4.3 Thermocouple dan Rangkaian Penguat Non-Inverting
D. Analog Input Unit dan Analog Power Supply Unit
Analog Input Unit dan Analog Power Supply Unit merupakan alat untuk mengkonversi sinyal analog menjadi digital. Pemasangan Analog Input Unit dan Analog Power Suply Unit sama seperti pemasangan slot input dan output pada PLC.
Gambar 4.4 Analog Input dan Analog Power Supply Unit
12V
100 200 K
48
E. Aktuator
Aktuator yang digunakan pada miniatur sistem ini adalah silinder. Silinder merupakan sebuah aktuator pnuematik yang dapat digerakan setelah diberi suplai angin. Dalam aplikasi ini kami hanya mengunakan silinder yang pergerakannya Linier ( Maju dan Mundur ). Aktuator yang digunakan pada sterilizer machine ini adalah Double Acting Cylinder.
Gambar 4.5 Double Acting Cylinder
Silinder ini diletakkan sterilizer. Sehingga fungsi dari silinder ini untuk membuka dan menutup tutup dari sterilizer. Silinder ini memiliki panjang langkah ± 10 cm.
Untuk mengatur Cepat dan lambat dari pergerakkan langkah silinder terdapat Flow Control di silinder.
F. 5/2 Single Solenoide Valve
Perancangan katup yang digunakan adalah 5/2 Single Solenoide Valve.
Katup ini berfungsi untuk mengerakkan angin masuk dan angin keluar pada cylinder. Tegangan suplai untuk mengaktifkan solenoide adalah 24 Vdc.
Gambar 4.6 5/2 Single Solenoide Valve
G. Air Supply Unit
Air Supply Unit merupakan penyaringan udara yang masuk dari kompresor.
Di sini udara dipisahkan dari kotoran air sehingga udara yang masuk ke katup maupun ke silinder menjadi udara yang tingkat kelembabannya rendah, sehingga tidak merusak katup dan silinder.
Gambar 4.7 Air Supply Unit
H. Power Supply
Aplikasi ini menggunakan 2 buah power supply yaitu 24 Vdc dan 5 Vdc.
Untuk power supply 24 Vdc digunakan untuk mengaktifkan PLC, Sensor,
50
Indikator, serta Solenoide Valve. Sedangkan power supply 5 Vdc sebagai supply dari LM35.
a b
Gambar 4.8 Power Supply a. 24 Vdc / 4.5A dan b. 5 Vdc / 3A
I. Panel Kontrol
Adapun penggunaan dan pemanfaatan tombol adalah sebagai berikut :
Tombol START ( Indikator Lampu Hijau Menyala ) , Menyatakan bahwa mesin dalam keadaan stand by / ready / Run. Setelah botol telah di letakkan di box akhir steril maka botol selanjutnya bisa diletakkan dan akan langsung bergerak secara otomatis.
Tombol STOP ( Indikator Lampu Merah Menyala ) , Menyatakan mesin dalam keadaan akan berhenti. Mesin akan berhenti setelah botol telah tiba sampai akhir proses ( botol telah diletakkan di box Akhir ).
Setelah berhenti di awal, terus botol di letakkan maka mesin tidak akan memproses sampai tombol START di tekan kembali.
Tombol Selektor Otomatis, mesin melakukan semua step dari awal sampai akhir bergerak secara otomatis.
Tombol Selektor Manual, ada tombol manual. Tombol tersebut ketika ditekan satu kali maka akan melakukan pergerakan hanya 1 kali/per step.
Tombol Emergency, apabila tombol ini di tekan maka mesin akan langsung berhenti total, dan buzzer akan berbunyi. Tetapi setelah tombol emergency dilepas kembali maka sistem akan melanjutkan proses tanpa harus mengulang dari awal.
Indikator merupakan indikator dari aktifnya output dari PLC. Seperti aktifnya solenoide, Motor dan lain-lain.
Gambar 4.9 Panel Kontrol
J. Sensor
Sensor yang digunakan seperti Sensor Magnet, Sensor Induktif, Sensor Optik, thermocouple dan LM35.
Sensor Magnet
Aplikasi sterilizer machine ini mengunakan sensor magnet atau reed switch. Pada silinder terdapat dua sensor magnet yaitu di minimum dan
52
maximum dari silinder. Fungsi dari sensor magnet ini adalah untuk mengetahui kondisi dari sterilizer, apakah sterilizer dalam keadaan terbuka atau tertutup.
Gambar 4.10 Pemasangan Sensor Magnet
Pada gambar 4.10 terdapat SM max (Sensor magnet maximum) dan SM min (Sensor Magnet Minimum). Apabila sterilizer tertutup maka SM max yang akan aktif, sedangkan apabila kondisi sterilizer terbuka maka SM max yang akan aktif.
Sensor Optik
Pada Aplikasi ini menggunakan sensor optik untuk mendeteksi benda. Sensor Optik digunakan dan diletakkan pada awal peletakkan botol dan berdampingan dengan sensor induktif. Sensor optik disini berfungsi untuk mendeteksi botol di awal dengan delay 3 detik. Apabila botol telah diletakkan dalam waktu 3 detik maka aplikasi ini akan bekerja. Tapi jika tidak maka mesin akan stand by hingga botol diletakkan.
SM min SM max
Gambar 4.11 Pemasangan Sensor Optik
Sensor Induktif
Sensor induktif digunakan untuk mendeteksi botol logam. Sensor ini diletakkan di awal peletakkan botol. Dengan menggunakan sensor ini botol dapat dipisahkan antara botol logam dan botol non logam.
Gambar 4.12 Pemasangan Sensor Induktif
