Aplikasi Load Cell pada Pengendalilan dan Monitoring Level Zat Cair Menggunakan PLC - Load Cell Application for Controllilng and Monitoring Liquid Level with PLC.

(1)

i

Universitas Kristen Maranatha

APLIKASI LOAD CELL PADA PENGENDALIAN DAN

MONITORING LEVEL AIR MENGGUNAKAN PLC

Fitri Nagasari

Email : fi3na_gasari@yahoo.com

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jalan Prof. drg. Suria Sumantri, MPH 65

Bandung 40164, Indonesia

ABSTRAK

Di industri makanan, terdapat kebutuhan akan pengontrolan level dengan zat cair yang tidak boleh bersentuhan langsung dengan sensor, sehingga sensor load cell banyak digunakan. Selain itu otomasi merupakan hal yang penting untuk mengendalikan dan monitoring proses produksi, khususnya untuk industri yang dapat menyebabkan radiasi ataupun mudah meledak. PLC merupakan salah satu kontrol otomasi yang handal dan banyak digunakan di industri, karena mudah untuk memodifikasi dan troubleshooting sistem.

Sensor Load Cell diaplikasikan pada sistem pengendalian level yang dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu PC, PLC Premium, PLC Twido, plant level, HMI, dan handphone. Load cell dihubungkan pada PLC Premium yang memproses nilai berat hasil dari sensor load cell. HMI mengambil data yang ada dari sensor load cell sebagai umpan balik, untuk dikendalikan oleh PLC Twido. HMI juga terhubung dengan PC yang kemudian akan menginformasikan handphone untuk monitoring

plant dan mengatur set point. Sistem ini bertujuan untuk mengendalikan level zat

(2)

ii

Universitas Kristen Maranatha Hasil data pengamatan menunjukkan bahwa hysteresis 0,1 merupakan yang terbaik pada sistem pengendalian level zat cair yang telah dibuat, untuk set point 4, 8, 12, 15,dan 20 cm. Hasil monitoring menunjukkan bahwa pada PC terdapat delay rata-rata 1,2 detik untuk setiap perubahan nilai yang dilakukan pada HMI. Sedangkan pada handphone terdapat delay rata-rata 2,266666667 detik untuk setiap perubahan nilai yang dilakukan pada HMI. Sistem pengendalian level zat cair disarankan untuk menggunakan sistem kontrol yang lebih baik, misalnya PID.

(3)

iii

LOAD CELL APPLICATION FOR CONTROLLING AND

MONITORING WATER LEVEL USING PLC

Fitri Nagasari

Email : fi3na_gasari@yahoo.com

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jalan Prof. drg. Suria Sumantri, MPH 65

Bandung 40164, Indonesia

ABSTRACT

In food industries, there is a need for control level with liquid subtances that should not come into direct contact with sensor, therefore load cell sensor is still widely used. In addition to that, automation is crucial for controlling and monitoring the industry process, especially for industry which may cause explosion or radiation. PLC is one of the automation control that is reliable and excessively used because it is easy to modify and troubleshoot the system.

The load cell sensor was applied to the control level system which are divided into sections, ie PC, PLC Premium, PLC Twido, level plant, HMI, and mobilephone. Load cell sensor connect to PLC Premium that process the weight value from the load cell sensor. HMI takes the value from load cell sensor as a feedback to be controlled by the PLC Twido. HMI is also connected to PC to inform the mobilephone for plant monitoring and adjusting the set point. This system aims to control liquid level, based on weight which is read by load cell sensor. The control method used are on-off hysteresis control.

(4)

iv

Universitas Kristen Maranatha 2,266666667 seconds for any value changes made to HMI. The liquid level control system can be improved by using a better control method, for example PID control.

(5)

vii

I.2. Identifikasi Masalah ... 2

I.3. Tujuan ... 2

I.4. Pembatasan Masalah ... 3

I.5. Spesifikasi Sistem ... 3

I.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI II.1. Load Cell ... 5

II.2 Programmable Logic Controller (PLC) ... 9

II.3. Selenoid Valve ... 11

II.4. Pompa AC ... 12

II.5. Level Control Switch ... 13

II.6. Human Machine Interface (HMI) ... 14

II.7. Sistem Pengendalian ... 15

II.8. Regresi ... 18

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1.Perancangan Sistem Pengendalian Level ... 21

III.1.1 Perancangan Plant Pengendalian Level Zat Cair ... 22

(6)

viii

III.2.1 Konversi dari Berat ke Level ... 28

III.3 Konfigurasi Software Sistem Pengendalian dan Monitoring Level Zat Cair ... 31

III.4 Wiring Sistem Pengendalian dan Monitoring Level Zat Cair ... 38

III.5 Flowchart Sistem Pengendalian dan Monitoring Level Zat Cair ... 39

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA IV.1. Tampilan Monitoring Plant Pengendalian Level dengan HMI ... 43

IV.2. Perbandingan Load Cell dengan Force Gauge ... 45

IV.3 Perbandingan Hasil Konversi dan Level Sesungguhnya ... 46

IV.4 Pemilihan Hysteresis ... 47

IV.4.1 Pengaturan Hysteresis ... 65

IV.5. Hasil Monitoring ... 67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1.Kesimpulan ... 69

V.2.Saran ... 69

DAFTAR PUSTAKA ... 70

(7)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel III.1 Input-output PLC Twido ... 38

Tabel IV.1 Perbandingan Load Cell Terhadap Force Gauge ... 45

Tabel IV.2 Perbandingan Hysteresis dengan Set Point 4 ... 53

Tabel IV.5 Hasil Pengujian Hysteresis 0,1 terhadap Set Point 15 dan 20 ... 64

(8)

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Load cell dengan empat buah strain gauge ... 6

Gambar II.2 Jembatan Wheatstone ... 6

Gambar II.3 Wiring pada load cell enam kabel dan empat kabel ... 7

Gambar II.4 Single ended beam load cell ... 8

Gambar II.5 Double ended beam load cell ... 8

Gambar II.6 S ended beam load cell ... 8

Gambar II.7 Single point load cell ... 9

Gambar II.8 Canister load cell... 9

Gambar II.9 PLC Kit ... 11

Gambar II.10 Struktur dari Selenoid Valve ... 12

Gambar II.11 Keadaan saat air ditarik masuk dan ke luar dari tabung pompa ... 13

Gambar II.12 Sinker pada Level Control Switch ... 14

Gambar II.13 Skema HMI... 15

Gambar II.14 Elemen-elemen dalam sistem pengendalian ... 16

Gambar II.15 Sistem pengendalian open loop ... 17

Gambar II.16 Sistem pengendalian close loop ... 17

Gambar II.17 Kontroler on-off dengan neutral zone ... 18

Gambar III.1 Sistem pengendalian dan monitoring level ... 21

Gambar III.2 Plant pengendalian level zat cair ... 22

Gambar III.3 Tangki satu, dua, dan tiga... 23

Gambar III.4 Load cell ... 24

Gambar III.5 Load cell dan dudukannya... 24

Gambar III.6 Wiring pada weighing module TSX ISP 101 ... 25

Gambar III.7 Pompa AC dan wiring pompa ... 25

Gambar III.8 Selenoid valve dan wiring valve ... 26

Gambar III.9 Level control switch ... 26

Gambar III.10 Blok diagram sistem pengendalian level zat cair ... 27

(9)

xi

Universitas Kristen Maranatha Gambar III.12 Grafik perbandingan antara level dengan berat menggunakan

regresi polynomial orde dua (lampiran B.2) ... 31

Gambar III.13 Konfigurasi PLC Twido ... 32

Gambar III.14 Ladder diagram ... 32

Gambar III.15 Konfigurasi bus PLC Premium ... 33

Gambar III.16 Kalibrasi load cell ... 33

Gambar III.17 Detail model HMI yang digunakan ... 34

Gambar III.18 Variabel pada Vijeo Designer ... 35

Gambar III.19 Panel 1 ... 35

Gambar III.22 I/O manager pada program Vijeo Designer ... 36

Gambar III.23 Splashtop Streamer ... 37

Gambar III.24 Schematic PLC TWDLMDA20DRT ... 38

Gambar III.25 Wiring sistem secara keseluruhan ... 39

Gambar III.26 Flowchart sistem pengendalian level zat cair ... 41

Gambar III.27 Flowchart konversi berat ke level ... 42

Gambar IV.1 Tampilan utama HMI plant... 43

Gambar IV.2 Tampilan grafik level air pada plant ... 44

Gambar IV.3 Tampilan grafik sinyal kendali pada plant ... 44

Gambar IV.4 Foto tangki dua saat pengambilan data ... 45

Gambar IV.5 Perbandingan tinggi pada tangki dua dan tinggi hasil konversi pada 4,18 cm... 46

Gambar IV.6 Perbandingan tinggi pada tangki dua dan tinggi hasil konversi pada 14,97 cm... 47

Gambar IV.7 Grafik set point 4 dengan hysteresis 0,2 ... 48

(10)

xii

Gambar IV.27 Pengaturan hysteresis pada set point 4 ... 65

Gambar IV.28 Pengaturan hysteresis pada set point 8 ... 66

(11)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas beberapa hal yang berhubungan dengan latar belakang, indentifikasi masalah, maksud dan tujuan penulisan, pembatasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

1.1. Latar Belakang

Di era yang modern sekarang ini, perkembangan teknologi berlangsung sangat cepat. Kebutuhan teknologi di bidang industri berkembang pesat. Perkembangan perangkat lunak dan perangkat keras sangatlah cepat. Kemajuan teknologi membawa perubahan pada peralatan-peralatan yang dulunya bekerja secara analog mulai dikembangkan secara digital, dan bahkan yang bekerja secara otomatis mulai banyak dikembangkan, sehingga dibutuhkan peralatan yang

flexible dan mudah maintenance-nya seperti PLC.

Sensor load cell banyak digunakan di industri, di antaranya di pabrik semen dan coklat cair. Load cell merupakan transducer yang digunakan untuk mengubah tekanan menjadi sinyal listrik. Load cell memiliki kelebihan dengan keluaran berupa sinyal listrik dan memiliki akurasi daya yang cukup tinggi sehingga mempermudah pengolahan data.

Di industri ada kebutuhan akan pengontrolan level dengan menggunakan zat cair sebagai bahan baku, tetapi tidak semua zat cair ini dapat bersentuhan langsung dengan sensor yang ada, beberapa bahan dapat menyebabkan korosi ataupun membeku pada keadaan tertentu seperti coklat cair, karena itu digunakanlah sensor load cell untuk mengukur level dengan konversi nilai untuk mendapat nilai level yang akurat.

(12)

BAB I PENDAHULUAN 2

monitoring agar otomasi dapat berlangsung dengan baik. PLC merupakan salah

satu kontrol otomasi yang handal dan banyak digunakan di industri, karena mudah untuk memodifikasi sistem dan memungkinkan troubleshooting dengan mudah dan cepat.

Di samping pengontrolan, monitoring dibutuhkan untuk mengawasi dan menganalisa keadaan di lapangan. Daerah-daerah yang berbahaya memerlukan

monitoring jarak jauh. Monitoring dapat ditujukan untuk plant yang menggunakan

bahan-bahan industri yang dapat menyebabkan radiasi ataupun mudah meledak. Untuk itu, Tugas Akhir ini akan mengaplikasikan load cell pada pengendalian dan monitoring level air menggunakan PLC.

1.2. Indentifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat dirumuskan indentifikasi masalah sebagai berikut :

• Bagaimana mengaplikasikan sensor load cell pada pengendalian level air menggunakan PLC?

• Bagaimana menerapkan metoda kontrol on-off hysteresis pada plant pengendalian level air?

• Bagaimana cara monitoring level air menggunakan HMI, PC, dan

handphone?

1.3. Tujuan

Tujuan yang hendak dicapai pada tugas akhir ini, yaitu:

1. Mengaplikasikan sensor load cell pada pengendalian level air menggunakan PLC.

(13)

BAB I PENDAHULUAN 3

Universitas Kristen Maranatha 3. Monitoring level zat air menggunakan HMI, PC, dan handphone.

1.4. Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Zat cair berupa air ditimbang menggunakan load cell. 2. Menggunakan kontrol on-off hysteresis.

3. Level yang akan dikendalikan 3-27cm.

1.5. Spesifikasi Sistem

Spesifikasi sistem yang digunakan dalam Tugas Akhir ini antara lain : 1. Pemrograman HMI menggunakan perangkat lunak Vijeo Designer. 2. PLC yang digunakan untuk mengambil data dari load cell adalah PLC

Premium dengan pemrogramannya menggunakan perangkat lunak

Unity Pro.

3. PLC yang akan digunakan sebagai pengendali adalah TWDLMDA20DRT dengan menggunakan perangkat lunak Twido

Suite.

4. Level air dikontrol menggunakan dua valve, sebagai input dan output. 5. Load cell yang digunakan adalah US-cell dengan tipe SP3-C3-100kg.

1.6. Sistematika Penulisan

Pembahasan Tugas Akhir ini tersusun atas beberapa bab. Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

(14)

BAB I PENDAHULUAN 4

Universitas Kristen Maranatha Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, indentifikasi masalah, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat dan sistematika penulisan.

• Bab II Landasan Teori

Pada bab ini akan dibahas mengenai load cell, PLC, HMI, sensor level,

wifi, selenoid valve, pompa, kontrol on-off hysteresis, dan regresi.

• Bab III Perancangan dan Realisasi.

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi kontrol

level dengan PLC .

• Bab IV Data Pengamatan dan Analisa.

Pada bab ini akan dibahas mengenai data pengamatan dari hardware dan

software yang telah dirancang dan direalisasikan pada Tugas Akhir ini.

• Bab V Kesimpulan dan Saran.

(15)

69 Universitas Kristen Maranatha BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini membahas tentang kesimpulan yang diperoleh setelah menyelesaikan tugas akhir beserta masukkan dan saran yang dapat digunakan untuk dilakukannya perbaikan.

V.1. KESIMPULAN

1. Sensor load cell berhasil diaplikasikan untuk pengendalian level air menggunakan PLC dengan mengkonversi berat yang dibaca load cell ke level menggunakan regresi polinomial orde 2.

2. Hasil data pengamatan menunjukkan bahwa hysteresis 0,1 merupakan yang terbaik pada sistem pengendalian level zat cair yang telah dibuat, untuk set point 4, 8, 12, 15,dan 20 cm.

3. Hasil monitoring menunjukkan bahwa pada PC terdapat delay rata-rata 1,2 detik untuk setiap nilai perubahan yang dilakukan pada HMI. Sedangkan pada handphone terdapat delay rata-rata 2,266666667 detik untuk setiap perubahan nilai yang dilakukan pada HMI.

V.2. SARAN

(16)

70

DAFTAR PUSTAKA

1. Al-Walaie, Soliman dkk. ____. Wireless Technology for Industrial

Applications “Opportunities and Challenges”, (online),

http://www.researchgate.net/publication/228889330_Wireless_Technology

_for_Industrial_Applications_Opportunities_and_Challenges, diakses

23Agustus 2013.

2. Bayu Erlangga, Willy. 2011. Rancang Bangun Timbangan Digital Dengan

Pemilihan Jenis Buah, (online),

(http://journal.um.ac.id/index.php/tekno/article/view/3351), diakses 23 Agustus 2013.

3. Chapra, S.C., & R.P.Canale, Numerical Methods for Engineers, edisi ke-2, McGraw-Hill, New York, 1989.

4.

http://affinh.blogspot.com/2012/10/mengenal-sistem-kontrol-atau-sistem.html, 6 Maret 2014

5. http://digilib.ittelkom.ac.id/index.php?option=com_content&view=article&id =791:human-machine-interface-hmi&catid=25:industri&Itemid=14,23 Agustus 2013 (HMI)

6. http://load-cell.blogspot.com/, 23Agustus 2013.

7. http://loadcellteori.wordpress.com/2011/04/05/load-cell-teori-manual-load-cell/ , 23 Agustus 2013.

8. http://mgscilegon.wordpress.com/2011/07/26/what-is-human-machine-interface-2/ ,23 Agustus 2013

9. http://nonoharyono.blogspot.com/2009/11/cara-kerja-sistem-otomatis-mesin-pompa.html, 23 Agustus 2013.

(17)

71

Universitas Kristen Maranatha 11. http://www.instalasilistrikrumah.com/cara-kerja-kontrol-level-tangki-air/ 6

Maret 2014

12. http://www.meriwardanaku.com/2011/11/solenoid-valve.html, 23 Agustus 2013

13. http://www.musbikhin.com/ayo-belajar-plc-plc-itu-asyik-dan-mudah-kok, 23 Agustus 2013

14. Johnson, Curtis D. Process Control Instrumentation Technology, edisi ke-7, Prentice-Hall, New Delhi, 2003.

15. Nugroho, Didit Budi.2008. DIKTAT KULIAH (3 sks)MX 211: Metode

Numerik, (online),

http://20ebooks.com/read-online/diktat-kuliah-3-sks-mx-211-tmetodet-numerik-selamat-24bb399fd49, diakses 26 Oktober 2013. 16. Purwanto, Dwi.2011. Rancang Bangun Load Cell Sebagai Sensor Gaya Pada

Sistem Uji, (online), (