RANCANG BANGUN DAN PEMANFAATAN UNTUK PENGENDALIAN BUDIDAYA TANAMAN SECARA HIDROPONIK

RANCANG BANGUN DAN PEMANFAATAN

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

(Pi-C),

UNTUK PENGENDALIAN BUDIDAYA TANAMAN

SECARA HIDROPONIK

YANl PRABOWO

PROGRAM MAGISTER ILMU KOMPUTER SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007

ABSTRAK

YANI PRABOWO. Rancang Bangun Dan Pemanfaatan Programmable Logic Controller (PLC) Untuk Pcngendalian Budidaya Tanaman Secara Hidroponik. Dibimbing Oleh Heru Sukoco, Sugi Guritman, Herry Suhardiyanto.

Programmable logic controller merupakan suatu bentuk pengendali yang dapat diprogram untuk berbagai keperluan, prinsip dasar dari cara kerja PLC adalah dengan menyambung atau memutus aliran listrik kepada suatu instrumen. Pada penelitian ini akan merancang dan menguji kemarnpuan PLC dalam menangani multi

input dan multi output

(MIMO).

Tugas yang diberikan adalah mengendalikan keasaman larutan nutrisi sesuai dengan rentang (selanjutnya akan disebut set point) nilai keasarnan yang ditetapkan, apabila larutan nutrisi dibawah set-point atau diatas

set point maka akan diambil tindakan yang sesuai pada program. Jika nilai keasaman yang terukur sebesar 5,257 maka akan dikoreksi dengan membuka katup selenoid larutan basa sebanyak 75 kali sampai nilai keasaman tersebut menjadi 6,017 sesuai

set point yang ditetapkan 6,000-6,500. Dan jika nilai keasaman larutan yang terukur 6,755, maka akan dikoreksi dengan membuka katup selenoid asam sebanyak 23 kali sehingga nilai keasaman larutan menjadi 6,505. Dalam penelitian ini PLC digunakan untuk memberikan larutan nutrisi secara terjadwal untuk bunga krisan dari umur 0

sampai

4

minggu sebanyak 3 kali setiap minggu, umur 5 sampai 11 minggu sebanyak

2 kali setiap minggu. PLC juga digunakan untuk mengendalikan temperatur ruangan dan temperatur larutan nutrisi, apabila temperatur terdekteksi melebihi dari set point malca dengan otomatis sistem pendingin akan aktif menurunkan temperatux sampai dibawah dari setpoint. Jika set point temperatur ruangan 30' C dan suhu terdekteksi 31' C, maka sistem pendingin akan aktif menyemprotkan air pendingin melalui pompa air listrik atas perintah PLC. Begitu juga dalam pengendalian temperatur larutan akan aktif jika temperatur di atas dari setpoint.

ABSTRACT

YANI

PRABOWO.

The Design and implementation of programmable logic

controller for hydroponics plants cultivation control. Under the direction of Heru Sukoco, Sngi Guritman, and Herry Snhardiyanto.

Programmable Logic Controller (PLC) is a form of controller which can be programmed for various needs. The basic principal of how PLC works is by connecting or disconnecting electric current of an instrument. This research is to design and test the ability of PLC in handling

Multi Input

and

Multi Ouput

(MIMO). The given task is to control the nutrition fluid acidity according to the set point of specified acidity. If the nutrition fluid is above or below the set point, hence an appropriate action will be taken according to the program. If the measured acidity is 5,257, hence it will be corrected by opening the bases solenoid valve for 75 times until the acidity is 6,017 according to the specified set point (6,O - 6,5). And if the measured liquid acidity is 6,755, hence it will be

corrected by opening the acids solenoid valve for 23 times until its acidity is 6,505. In this research, PLC is used to give nutrition fluid periodically to

chrysanthemum.

For 0 until 4 weeks old chrysanthemum, the frequency is 3 times a week. For 5 until 11 weeks old, the frequency is 2 times a week. PLC is also used to control the room and nutrition fluid temperature. If the temperature is detect above the set point, hence the cooler will automatically active and decrease the temperature until it is below the set point. If the room temperature set point is 30' C and the detected temperature is 31' C, hence the cooling system will be active and spray coolant through the electric water pump by PLC's command. As well as in fluid temperature control will be active if the temperature is above the set point.

O Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007 Hak Cipta dilindungi

Dilarang mengutip dun memperbanyak tanpa izin tertulis dari

Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam

bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dun sebagainya

RANCANG BANGUN DAN PEMANFAATAN

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)

UNTUK PENGENDALIAN BUDIDAYA TANAMAN

SECARA HIDROPONIK

YANl PRABOWO

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dari penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Mei 2006 ialah rancang bangun dan

pemanfaatan Program~nable Logic Controller ( PLC ) untuk pengendalian budidaya

ranaman secara hidroponik.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Heru Sukoco, S.Si,h4.T, Bapak Dr. Sugi Guritman, dan Bapak Dr. Ir. Herry Suhardiyanto selaku pembimbing serta

Bapak Dr Kudang Boro Seminar selaku penguji

.

Disamping itu penulis juga

menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada segenap jajaran PT Saung

Minvan yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk melakukan penelitian ditempat tersebut.

Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada Bapak Kasih Hanggoro MBA sebagai ketua badan pelaksana harian Yayasan Pendidikan Budi Luhur yang telah membantu biaya pendidikan selama menempuh program pascasarjana di IPB. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada ayah dan ibu terima kasih atas semuanya "didalam doa mu ada namaku disebut", rekan Agnes Susilowati yang selalu memberikan semangat dan doa, rekan rekan sejawat di UBL terima kasih atas bantuan semuanya, rekan-rekan pascasarjana ILKOM IPB dan semua yang tak dapat di sebutkan satu persatu terima kasih atas segala doa dan dukungannya.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyajian tesis ini. Meskipun demikian penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi bidang ilmu komputer dan pertanian.

Bogor, Pebruari 2007

Judul : RANCANG BANGUN DAN PEMANFAATAN

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ( PLC )

UNTUK

P~NGENDALIAN BUDIDAYA TANAMAN SECARA Q ~ R O P O N I K Nama : YANIP~ABowO NFkP : G651040084 Disetujui Komisi Pembimbing

YJtjQ+

g e m Sukoco. S.Si, M.T. Ketua

Dr. Ir. He& Suhardivanto

Anggota Anggota

Dr. Sugi Guritman Ketua Program Studi

B?'mPuter

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 31 Mei 1977 dari ayah Soemardjo dan ibu Kastiyani. Penulis merupakan putra kedua dari dua bersaudara.

Tahun 1998 penulis lulus dari SMK Petrus Kanisius Klaten jurusan mesin. Tahun 2003 lulus dari Universitas Budi Luhur Jakarta jurusan sistem komputer. Tahun 2004 lulus seleksi masuk Program Pascasarjana Ilmu Komputer IPB Bogor.

Penulis mengawali karir pekerjaan dimulai pada tahun 2001 menjadi assisten laboratorium di jurusan Sistem Komputer. Pada tahun 2003 diangkat sebagai staf

DAFTAR IS1 Halaman DAFTAR TABEL

...

DAFTAR GAMBAR

...

DAFTAR LAMPIRAN

...

PENDAHULUAN Latar Belakang

...

Tuj uan

...

...

Formulasi Pennasalahail

...

Manfaat

...

Ruang Lingkup TINJAUAN PUSTAKA

Programmable Logic Controller (PLC)

...

Sistem Bercocok Tanan Secara Hidroponik

...

Derajat Keasanan

...

Tanaman Ibisan (Chrysanthemum)

...

METODOLOGI PENELITIAN

_{. .}

...

Kerangka Pemlk~ran

Waktu dan Tempat

...

...

Bahan d a l Alat

HASIL DAN PEMBAHASAN

...

Rancang Bangun Perangkat Keras

Rancangan Interface Perangkat Keras Sistem Kendali Dengan Pemakai

...

Rancang Bangun Perangkat Lunak Terminal

Rancang Bangun Perangkat Lunak PLC

...

Pembuatan Jaringan Irigasi Hidroponik dan Penanaman .

...

Pemberian Larutan Nutrisi

...

Sistem Pengendalian Keasaman Larutan Nutrisi

...

Sistem Pendinginan Ruangan

...

Sistem Pendinginan Larutan Nutrisi

...

Sistem Pengaduk Larutan Nutrisi

...

...

Daftar Pustaka

. . .

.

. . .

..

. . .

.

. . .

.

.

. . .

.

.

.

. . .

.

. .

.

. . .

46 Lampiran

. . .

. .

. . .

.

.

. .

.

. . . .

.

. . .

. .

. . .

. .

.

. .

. .

.

.

. . .

.

. . .

48

DAFTAR TABEL

Halaman 1 Fungsi tomb01 saklar pada panel

...

26 2 Rentang nilai pH dan konversi nilai pH ke dalam bilangan biner

...

30

...

3 Hasil uji kejadian dan durasi aktifnya sistem pemberian lamtan nutrisi 36

4 Hasil uji kejadian dan durasi aktifnya sistem pendingin ruangan

...

41 5 Hasil uji kejadian dan durasi aktifnya sistem pendingin larutan nutrisi

...

42

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1 Diagram blok PLC

...

6

...

2 Sensor sakelar 7 3 Simbolrelay

...

8

4 Aplikasi pada gerbang AND

...

10

5 Penggunaan timer pada program

...

10

6 Tinzer

...

11

...

7 Bagan aliran nutrisi secara ebb andflow 13

.

. 8 Diagram alir dalam penel~t~an

...

16

...

9 Diagram blok sislem kendali berbasiskan PLC 21

...

10 Diagram kelistrikan sistem kendali 23 11 Diagram blok perangkat keras antar perangkat sensor pH dengan terminal dan PLC

...

24

...

Tampilan panel instrz~nent

Flo>vchart program interface dari pH meter dengan terminal

...

.

.

.

Tampilan setting komun~kasi serial port ...

. .

_...

Pemll~han alamatporlparalel

Tampilan interface program PH meter dan terminal dengan pemakai

...

...

Tampilan Entry pH melalui keyboard terminal

...

Flowchart program PLC

...

Skema sistem hidroponik

...

Grafik kenaikan

pH

...

W i k penurunan

pH

...

DAFTAR

LAMPIRAN

Halaman 1 lnstruksi dasar pada

PLC

...

48

2

Gambar diagram blok sistem kendali

...

49

BAB

I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Kemajuan teknologi dewasa ini telah mendorong pemanfaatan

Programmable Logic Controller (PLC) untuk berbagai keperluan terutama dalam rekayasa sistem kontrol atau kendali. Menurut Bolton (2004) PLC merupakan suatu bentuk khusus pengendali berbasiskan mikroprosesor yang memanfaatkan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi dan untuk mengimplementasikan fungsi-fungsi semisal logika, sequencing, pewaktuan (timing), pencacahan (counting) dan aritmetika guna mengendalikan proses-proses dalam suatu plant atau suatu objek yang dikendalikan. PLC dirancang dapat diaplikasikan pada berbagai bidang kendali termasuk di bidang pertanian.

Penelitian mengenai Rancang bangun sistem kendali otomatik dengan PLC untuk budidaya tanaman secara hidroponik pemah diterapkan oleh Suhardiyanto el al. (2006) untuk pemberian larutan nutrisi dalam budidaya tanaman secara hidroponik pada berbagai umur dan jenis tanaman dengan cara memasang sensor pada media tanam tersebut, apabila sensor tersebut aktif maka PLC akan melakukan perintah yang telah diprogram. Sistem irigasi yang digunakan adalah irigasi tetes, pada sistem irigasi tersebut larutan nutrisi tidak dikembalikan kedalam tangki larutan nutrisi. Pada penelitian yang dilakukan oleh Suhardiyanto

et a1 (2006) pemanfaatan PLC belum sepenuhnya dioptimalkan karena hanya

digunakan untuk satu macam pengendalian.

Pemanfaatan komputer untuk otomatisasi pemberian nutrisi pemah dilakukan oleh Raistrick (1998) untuk budidaya tanaman secara hidroponik dilakukan dengan memberikan dosis nutisi secara tepat sesuai yang dibutuhkan oleh tanaman dengan menggunakan komputer untuk mengendalikan pompa nutisi. Penelitian mengenai pengendalian keasaman larutan nutisi pemah dilakukan oleh Chadirin untuk situasi di tempat lain (1998) dengan menggunakan

kontrol logikajiczzy untuk menaikkan dan menurunkan konsentrasi

[g]

dilakukan

dengan cara memasukkan nilai perubahan konsenhasi

[H+]

terhadap waktu

konsentrasi [HT yang dihitung diubah ke dalam nilai pH untuk mendapat nilai- nilai error, beda error, dan lama pembukaan katup.

PLC memiliki kemampuan untuk menangani beberapa pengendalian secara bersamaan atau lebih sering disebut dengan nzulri input dan nzulti output (MIMO).

Pemanfaatan PLC dalam sistem ini digunakan untuk pengendalian temperatur udara ruangan, temperatur larutan, keasaman larutan nutrisi berdasarkan pengamatan dan set point yang diberikan. Sistem ini dirancang juga dapat memberikan larutan pupuk, air (larutan pupuk dan air selanjutnya akan disebut larutan nutrisi) berdasarkan penjadwalan yang ditetapkan. Pada penelitian ini lebih menitikberatkan perancangan dan pemanfaatan PLC dalam pengendalian budidaya tanaman secara hidroponik.

Sistem ini akan bekerja secara otomatis dalam pengendalian terutama untuk pengaturan temperatur udara ruangan dan temperatur larutan nutrisi diberikan sehingga nilai temperatur diharapkan selalu terjaga sesuai yang dibutuhkan

tanaman dan melakukan pemberian larutan nutrisi sesuai dengan jadwal

.

B. TUJUAN

Tujuan penelitian ini adalah merancang, membangun dan menguji sistem kendali berbasiskan PLC untuk pengaturan temperatur ruangan, temperatur larutan nutrisi, pengendalian keasaman larutan nutrisi dan pemberian larutan nutrisi secara terjadwal dalam budidaya tanaman secara hidroponik.

C. FORMULAS1 PERMASALAI-IAN

Penelitian mengenai Rancang bangun sistem kendali otomatik dengan PLC untuk budidaya tanaman secara hidroponik pernah diterapkan oleh Suhardiyanto

et al. (2006) untuk pemberian larutan nutrisi dalam budidaya tanaman secara

hidroponik pada berbagai umur dan jenis tanaman. Dalam penelitian tersebut larutan nutrisi diberikan kepada tanaman apabila sensor mendekteksi kekeringan terbadap media tanam. Disamping itu kemampuan PLC sebagai sistem pengendali kurang dioptimalkan.

Pada penelitian yang dilakukan oleh Chadirin (1998) untuk pengendalian keasaman larutan nutrisi dengan menggunakan kontrol logika fuzzy untuk

menaikkan dan menurunkan konsentrasi [H+] dilakukan dengan cara

memasukkan nilai perubahan konsentrasi [H+] terhadap waktu sebagai akibat

pembukaan katup basa ataupun katup asam. Kemudian jumlah konsentrasi [H+]

yang dihitung dirubah ke dalam nilai pH untuk mendapat nilai-nilai error, beda

error, dan lama pembukaan katup.

Pada penelitian ini peranan PLC lebih dioptimalkan untuk tnulti input dan

rnulii otrlput seperti untuk pengendalian temperatur ruang, temperatur larutan nutrisi, pengendalian keasaman larutan nuhisi dan pemberian larutan nutrisi yang terjadwal dalam satu buah pengendali yaitu PLC.

D. MANFAAT

Manfaat penelitian ini adalah adanya alternatif sistem kendali untuk pelaksanaan pertanian yang masih dilakukan secara manual oleh operator dalam pengaturan temperatur ruangan, temperatur larutan nutrisi, pengendalian keasaman larutan nutrisi dan pemberian larutan nutrisi bisa dilakukan secara otomatis dengan PLC.

E. RUANG LINGKUP

Lingkup kajian terhadap sistem kendali ini meliputi (1) perancangan perangkat keras, perangkat lunak sistem kendali berbasiskan PLC dan perancangan sistem hidroponik untuk budidaya tanaman krisan, (2) pembuatan perangkat keras, perangkat lunak sistem kendali dan pembuatan sistem hidroponik untuk budidaya tanaman krisan (3) pengujian sistem kendali berbasiskan

PLC

dalam budidaya tanaman krisan berdasarkan pengamatan dan set point dalam pengendalian temperatur udara ruangan, pengendalian temperatur larutan nutrisi,

pengendalian keasaman larutan nutrisi (pH) dan pemberian larutan nuhisi secara

BAB

I1

TINJAUAN PUSTAKA

A. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)

Sekarang sistem kendali sudah meluas sampai ke seluruhan proses dalanl dalam berbagai kegiatan produksi pada indusri dan sistem kendali dikombinasikan dengan kontrol dengan feedback, pemrosesan data dan sistem monitor terpusat sehingga memungkinkan semua proses dapat berjalan secara otomatis.

Programmable logic controller (PLC) pada awalnya di rancang untuk keperluan

otomatisasi dalam industri, sehingga PLC dapat menangani berbagai tugas yang komplek seperti dalam pengendalian temperatur, pengendalian berbagai mesin produksi terutama dalam industri yang menuntut ke presisian yang tinggi seperti perakitan body kendaraan, pengelasan, pengecatan. PLC memiliki keunggulan yang signifikan, karena sebuah perangkat pengontrol yang sama dapat dipergunakan di dalam beraneka ragam sistem kontrol. PLC serupa dengan komputer namun, bedanya komputer dioptimalkan untuk tugas-tugas penghitungan dan penyajian data, sedangkan PLC dioptimalkan untuk tugas-tugas pengontrolan dan pengoperasian didalam lingkungan industri. PLC dilengkapi juga dengan peralatan input dan ozttput yang sudah tertanam, peralatan input (port

IN)

biasanya dihubungkan dengan sensor, seperti sensor linzit switch, tenzperatur

indicators dan lain sebagainya. Peralatan output (port OUT) PLC bisa

dihubungkan dengan bermacam aktuator, seperti electric motor, pneumatics atau

hydraulic cylinder. Banyaknyaport pada PLC mengindikasikan kemampuan PLC

tersebut untuk menangani berbagai macam pekerjaan.

PLC dapat di terapkan dalam berbagai kebutuhan pengendalian karena mudah dalarn instalasi, mudah dalam pengoperasian, mudah dalam pemrograman. Dalam suatu sistem otomatisasi berbasiskan PLC, PLC digunakan sebagai pengendali utama dengan suatu program aplikasi yang disimpan di dalam memori PLC. PLC akan melakukan tugasnya sebagai pengendalian, pengawasan sesuai dengan program yang diberikan kepadanya dan sistem pengawasan terpusat, ha1 ini dimungkinkan karena PLC memiliki jalur komunikasi serial RS-232.

Sebelum adanya PLC sudah banyak peralatan kontrol sekuensial, semacam

cam sahft dan drum. Ketika relay muncul, panel konhol dengan relay menjadi kontrol sekuens yang utama. Ketika transistor muncul, solid state relay diterapkan pada bidang dimana relay elektromagnetik tidak cocok diterapkan seperti untuk kontrol dengan kecepatan tinggi. Sistem tersebut bisa dikatakan sistem kendali pengkawatan atau wired logic.

Sistem kendali wired logic pada umumnya hanya dibuat untuk tujuan khusus, hanya satu tugas yang dapat dikerjakan misalnya untuk pengendalian temperatur udara, pengendalian roda berjalan dalam indushi perakitan, dan sebagainya. Sistem kendali wired logic mempunyai kelemahan jika akan melakukan perubahan sangat sulit dan skala yang di kontrol kecil begitu juga dalam melakukan perawatan sangatlah sukar ha1 ini sangat tidak effisien bila ditinjau dari segi ekonomi. PLC lebih menawarkan keuntungan yang lebih baik dibanding jenis pengendali wired logic antara lain (1). PLC dirancang untuk

tujuan secara umum, (2). Mudah dalam melakukan perubahan, cukup dengan

mengubah melalui program PLC tersebut, (3). Mudah dalam perawatan, (4).

Memungkinkan pengendalian beberapa variabel secara bersamaan.

Sistem kendali berbasiskan PLC dapat dilakukan perubahan dengan cepat hanya dengan mengubah program tersebut, tidak perlu mengganti keseluruhan jalur kelistrikan, selain itu PLC mudah dalam perawatan karena tidak ada kontak fisik di dalam komponen PLC tersebut seperti pada relay yang digunakan pada sistem kendali wired logic dan program yang ditanamkan tidak akan hilang atau berubah jika tidak dilakukan perubahan, walaupun aliran listrik dipadamkan. PLC juga dapat menangani berbagai macam variabel seperti pengendalian temperatur, perintah manipulasi data yang memungkinkan pengendali yang dapat dipfogram ha1 ini yang memberikan kemampuan PLC di atas sistem kendali berbasiskan

wired logic.

Sebuah PLC terdiri dari sebuah Central processing unit (CPU) yang berisi mikroprosesor yang menjemahkan sinyal-sinyal input dan melaksanakan tindakan pengendalian, sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambil sebagai sinyal-sinyal

kontrol ke antarmuka output. Gambar diagram blok dari PLC (Gopal M 2004)

disajikan dalam Gambar 1:

Signal dari +

-1:

signal input,

-

interface interface _aMuatol untuk sensor Memory

Gambar 1 Diagram blok PLC

Unit memori merupakan tempat dimana bagian program yang akan digunakan oleh mikroprosesor disimpan. Bagian input dan output adalah bagian

menerima dan mengeluarkan informasi dari dan ke mikroprosesor. Secara

teknis dalam memilih PLC hams memperhatikan (1). Banyaknyaport input dan

tipe input yang dimiliki PLC, (2). Banyaknya port output dan tipe oztlput yang

dimiliki PLC, (3). Jenis memori yang digunakan PLC, (4). Peralatan pendukung,

seperti handled progranznzing console, ladder support sofiware, PROM writer.

Banyaknya port input dan port outpzrt menentukan juga berapa banyak peralatan

input, output dan aktuator yang dapat ditangani, jenis memori yang digunakan

bermacam-macam seperti RAM, ROM, EPROM dan EEPROM, beberapa PLC

juga dilengkapi dengan handled programming console jadi untuk melakukan

pemrograman tidak perlu menggunakan personal computer atau PC dan ladder

support sofiare.

1. INTERFACE INPUT DAN OUTPUT

Interface input dan output pada PLC telah disediakan secara

built-in didalamnya untuk menghubungkan PLC dengan sistem dunia luar, ha1 ini yang memungkinkan dibuatnya sambungan-sambungan antara perangkat-perangkat input, semisal sensor, dengan perangkat- perangkat output semisal motor atau selenoida. Jenis interface input

dan oulput yang paling umum adalah jenis diskrit. Jenis inte$ace ini dengan cara menyambung atau memutuskan aliran arus listrik kepada suatu komponen, konsep ini merupakan konsep dari sistem kendali ON

atau OFF. PLC berbasiskan digital hanya dapat membaca logika program ON atau OFF. Setiap titik input atau output memiliki sebuah alamat yang unik yang dapat digunakan oleh CPU.

Transducer adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Sensor adalah jenis suatu peralatan yang dapat merubah suatu variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus (Petruzella FD. 2001). Sensor dapat menghasilan atitput digital dan analog, Sensor yang menghasilkan sinyal digital atau diskrit, yaitu kondisi hidup atau mati, seperti pada Gambar 2 yang menghasilkan nilai logika 1 jika sakelar tertutup, menghasilkan nilai logika 0 jika sakelar terbuka, sensor seperti ini dapat dengan mudah dihubungkan ke port-port input PLC. Sensor yang menghasilkan sinyal analog harus dikonversikan dahulu menjadi sinyal digital sebelum dihubungkan keport-port PLC.

Gambar 2 Sensor sakelar

Port-port output sebuah PLC dapat berupa tipe relay atau tipe isolator optik dengan fransistor atau tipe triac, bergantung pada perangkat yang akan dikontrol. Secara umum, sinyal digital dari salah satu kanal output sebuah PLC digunakan untuk mengontrol suatu proses. Istilah aktuator digunakan untuk perangkat yang merubah sinyal listrik menjadi gerakan-gerakan mekanis. ~ e l a i (relay) adalah alat yang dioperasikan dengan listrik yang secara mekanis mengendalikan perhubungan rangkaian listrik. Relay berguna untuk mengendalikan rangkaian bertegangan dan berarus besar dengan sinyal kendali bertegangan dan berarus kecil. Ketika arus mengalir melalui elektromagnet pada relay kendali mekanis (Gambar 3), medan magnet yang menarik lengan besi dari jangkar pada inti terbentuk. Akibatnya,

kontak pada jangkar dan kerangka relay terhuhung (Petruzella FD 2001).

Gambar 3 Simbol relay

2.

PEMROGRAMAN

PADA PLC

Dalam pemrograman PLC terdapat dua buah ha1 yang utama

yaitu :

a. Bahasa Pemrograman Ladder Diagram

Diagram tangga (ladder diagram) merupakan bentuk program yang paling banyak digunakan untuk rangkaian kontrol. Ladder diagram adalah teknik khusus yang digunakan untuk mendisain dan menggambarkan rangkaian logika relai dan merupakan hasil dari mentejemahkan suatu proses atau

plant (plant adalah objek yang dikendalikan). Awalnya ladder

diagram merupakan simbol-simbol dari rangkaian relay pada sistem kendali wired logic untuk sebuah proses otomatisasi yang kemudian diterjemahkan kedalam perangkat lunak. Program yang ditulis ke dalam memori dalam bentuk diagram tangga adalah berupa instruksi bit (logic relay) yang mewakili masukan (input) dan keluaran (output). Melalui ladder diagratn menggambarkan aktif atau tidaknya suatu peralatan. Dalam

menggambarkan ladder diagram diterapkan aturan tertentu :

1. Garis-garis vertikal diagram mempresentasikan

komponen

-

komponen yang tersambung.

2. Tiap-tiap anak tangga mewakili sebuah operasi di dalam proses kontrol.

3. Tiap-tiap anak tangga dibaca dari kiri ke kanan, dari atas ke bawah. Setiap anak tangga hams dimulai

dengan sebuah input atau sejumlah input dan harus diakhiri dengan output.

4. Setiap input dan output diidentifikasi dengan alamat- alamatnya yang mengidentifikasikan di dalam memori PLC.

Dalam beberapa ha1 situasi kendali mengharuskan dilakukan tindakan - tindakan yang dilaksanakan ketika suatu

kombinasi dari kondisi - kondisi tertentu dipenuhi, maka ha1

itu melibatkan fungsi-fungsi logika AND, OR, NAND , NOR

dun XOR [OIRO]. Tabel instruksi bisa di lihat pada Lampiran satu.

b. Bahasa Pemrograman Daftar Instruksi (Mizemonik)

Bahasa pemrograman daftar instruksi tiap-tiap kode diasosiasikan dengan sebuah elemen diagram tangga. Pada pemrograman mnemonik ini berbasiskan teks, dimana jika kita hendak mendefinisikan sebuah anak tangga harus digunakan misal LD, atau mungkin A atau L yang mengindiiikasikan kontak-kontak tersebut terbuka. Kode nznerrzonik bermacam- macam tergantung pada pabrik pembuat PLC tersebut.

Pada gambar dibawah menggambarkan sebuah anak tangga mengimplementasikan sebuah gerbang AND. Gambar 4

sebuah aplikasi gerbang AND pada ladder diagram. Langkah 0

didefinisikan dengan LD artinya kontak membuka, dan sakelar

input diberi alamat X500 maka instruksi mnemonik yang

digunakan pada langkah 0 adalah LD X500. Kemudian diikuti

oleh sakelar input selanjutnya yang diberi alamat X501,

sehingga pada langkah 1 mengimplementasikan gerbang AND

X501 dan pada langkah 2 anak tangga ini diakhiri dengan

sebuah output yang mempunyai alamat Y530, maka kode

Program tersebut dapat dituliskan sebagai:

Langkah Instruksi

0 LD X500

1 AND X501

2 OUT Y530

Gambar 4 Aplikasi pada gerbang AND

3. PEWAKTU (TIMER)

Pewaktu (Timer) adalah sesuatu yang sangat dibutuhkan untuk otomatisasi dalam sistem kendali. Sebagai contoh, berapa lama sebuah pompa atau kipas harus diaktifkan, berapa lama sebuah katup membuka atau menutup. PLC sudah dilengkapi dengan kemampuan untuk menghitung waktu pada sebuah atau beberapa proses, sehingga tidak perlu lagi penambahan sistem pewaktuan di luar dari clock internal CPU. Pewaktu mengukur (atau menghitung) waktu dalam satuan detik atau sepersekian detik dengan menggunakan piranti clock internal CPU.

P e w a h (Timer) pada PLC berperan sebagai sebuah ozrtput untuk sebuah anak tangga program mengendalikan kontak-kontaknya yang terletak pada anak tangga lain. Gambar 5 salah satu contoh penggunaan timer.

Gambar 5 Penggunaan timer pada program

Pada PLC terdapat beberapa bentuk timer seperti on-delay, off- delay, pulsa. Gambar (Gambar 6(a)) semacam ini akan hidup setelah suatu perioda waktu tunda yang telah ditetapkan. Timer off-delay

berada dalam keadaan hidup selama periode waktu yang telah ditetapkan dan kemudian mati (Gambar 6(b)). Jenis timer lainnya adalah tinier pulsa. Tinier jenis ini berubah menjadi aktif atau tidak aktif selama periode waktu yang telah ditetapkan (Gambar 6(c) dan

Gambar 6 Timer: (a) on-delq, (b) off-delay, (c) timer pulsa dan (d) timer pulsa (Bolton W 2004)

Durasi waktu yang ditetapkan untuk sebuah timer disebut sebagai waktu preset dan besarnya adalah kelipatan dari satuan atau basis waktu yang digunakan.

4. PENGHITUNG (COUNTER)

Sebuah piranti pencacah (counter) memungkinkan dilakukan pencacahan terhadap sejumlah sinyal yang masuk atau yang keluar. Sebuah counter ditetapkan untuk menghitung suatu nilai tertentu dm, ketika pulsa-pulsa dengan jumlah yang diterima sama dengan jumlah yang ditetapkan maka counter akan mengoperasikan kontak- kontaknya. Terdapat dua tipe counter, up-counter dan down-counter.

Pencacah maju (up-counter) akan melakukan penghitungan dari no1 sampai nilai yang ditetapkan, Pencacah mundur (down- counter) akan melakukan penghitungan dari nilai yang ditetapkan sampai dengan nol.

B. SISTEM BERCOCOK TANAM SECARA HIDROPONlK

Istilah hidroponik (hydroponic) digunakan untuk menjelaskan salah satu cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanam untuk tumbuhan, dalam sistem hidroponik ini fungsi tanah digantikan oleh media lain seperti arang sekam, pasir, kerikil zeolit atau air sebagai media tanam. Dalam hidroponik, fungsi tanah sebagai tempat berpegangan akar digantikan media tersebut, tetapi media tersebut tidak dapat menyediakan unsur hara yang dibutnhkan oleh tanaman, Untuk mengatasi pemberian unsur hara tersebut maka dibuat larutan nutrisi (Toni, 2004).

Prinsip dasar cara bercocok tanam secara hidroponik ada beberapa macam, diantaranya Nutrient Filrrz Technique (NET), Floating Hidroponic systenz (FHS), hidroponik substrat dan aeroponik. Hidroponik substrat tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat (bukan tanah) yang dapat menyerap atau menyimpan nutrisi, air, dan mendukung akar tanaman.

Menurut Chotai dan Young (1991) diacu dalam Chadirin (1998), sistem NFT, hara disirkulasikan kembali secara tertutup sehingga suatu larutan tipis air dan hara sirkulasi terus menerus melewati saluran-saluran dimana akar tanaman tumbnh. Suhu, konsentrasi ion dan derajat keasaman larutan nutrisi dalarn sistem

NFT dimonitor dan dikendalikan dalam beberapa cara. Untuk menjaga suhu

larutan agar tidak terlalu tinggi digunakan alat pendingin. Pengendalian derajat keasaman dikendalikan dengan cara menambahkan zat asam atau basa. Dalam penelitian ini suhu ruangan, suhu larutan nutrisi dan derajat keasaman akan dikendalikan dengan sebuah PLC.

Cara lain untuk menyalurkan nutrisi tersebut dilakukan dengan merendam dan alir selanjutnya akan disebut ebb andflow. Cara rendam dan alir ini media tanam akan direndam pada saluran irigasi lalu larutan nutrisi akan dialirkan pada saluran tersebut, proses perendaman dan pengaliran nutrisi ini tidak bersifat kontinyu. Cara ini dilakukan bergantian apabila larutan nutrisi tidak mencukupi untuk mengairi seluruh media tanam dan larutan nutrisi akan terus disirkulasikan. Proses pemberian nutrisi dilakukan dengan cara perendaman pot dalam i a ~ t a n nutrisi selama

*

30 menit (Ratri, 2001), selama pengisian saluran pembuangan

dalam keadaan tertutup, pada saat perendaman semua saluran dalam keadaan tertutup. Pada saat pembuangan, hanya saluran pembuangan yang terbuka. Larutan nutrisi akan dipompa Bagan aliran nutrisi secara rendam dan alir dapat dilihat pada Gambar 7.

L a m n n u t i s i Laruran numsi

Pornpa _{penarnpung numsi} Media tanarn

t I

Tenold penarnpung

Gambar 7 Bagan aliran nutrisi secara ebb andjow (Ratri,2001)

C. DERAJAT KEASAMAN

Derajat keasaman atau pH (Potential of Hidrogen) adalah bagian terpenting dalam pertumbuhan tanaman. Derajat keasaman digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. Nilai pH ini diukur dengan skala 1 sampail4, pH dengan angka 7 disebut netral. Jika unsur pH di bawah 7 maka dikatakan bersifat asam dan di atas 7 disebut bersifat basa (Krisnan, 2006). Asam adalah senyawa yang mengandung hidrogen (H') dan basa adalah senyawa yang mengandung ion hidroksil (OH' ). Tingginya nilai derajat keasaman (pH) larutan nutisi akan mempengaruhi beberapa mineral yang dibutuhkan tanaman.

Derajat keasaman larutan nutrisi berada pada kisaran pH 5.5 - 6.5 atau

bersifat asam. Pada kisaran tersebut daya larut unsur-unsur hara m a k o d m mikro sangat baik. Bila angkanya berada di bawah pH 5.5 atau di atas 6.5 maka unsur hara tidak sempurna lagi. Bahkan, unsur hara mulai mengendap sehingga tidak dapat diserap oleh tanaman. Akibatnya, tanaman menampakkan gejala defisiensi unsur hara tertentu (Sutiyoso, 2003).

Sistem NFT membutuhkan tambahan beberapa macam zat makanan. Unsur-

unsur yang diperlukan dilarutkan dalam air, menurut Hanan (1978) nutrisi tanaman secara umum dibagi menjadi dua bagian, unsur makro dan unsur mikro. Unsur makro meliputi Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (0), Nitrogen (N),

unsur mikro meliputi Zat Besi (Fe), Mangan (Mn), Boron (B), Seng (Zn), Tembaga (Cu) dan Molybdenum (Mo). Mineral yang diserap oleh akar sebagai

kations separti N&+, K+, ca2+, Na', dan anion seperti NO;, HzPO;,

H~Po:-, ~0:-dan C1-. Unsur-unsur tersebut diserap oleh tanaman tetapi tidak dalam jumlah yang seimbang, sehingga mengakibatkan perubahan-perubahan nilai pH. Untuk mengatasinya diperlukan pengendalian pH pada kisaran yang optimum.

Pengnkuran dan pengendalian aktifitas konsentrasi ion dalam nutrisi untuk bercocok tanam secara hidroponik dengan komputer pernah dilakukan oleh Glass

A.D.M el al. (1987), mengukur konsentrasi ion K+dan NO< berdasarkan setpoint dan toleransi dari larutan nutrisi yang dikendalikan. Pemanfaatan komputer untuk mengendalikan keseimbangan asam dan basa pernah dilakukan oleh Wollenweber (1997), cara yang dilakukan adalah dengan menetapkan set point untuk nutrisi kemudian dilakukan perbandingan untuk melihat perubahan pH dari hasil pengukuran dengan set point, bila terjadi selisih maka larutan asam atau b a a yang akan ditambahkan.

D. TANAMAN I(RISAN (CIIRYSANTHEMUIM)

Bungan krisan (Chrysanthemum sp.) merupakan tanaman semusim yang termasuk dalam famili Compositae, umur tanaman krisan antara 90 sampai 120 hari, tergantung pada varietas dan lingkungannya. Faktor-faktor yang mempengaruhi tanaman krisan adalah cahaya, temperatur udara, kelembaban udara, COz, derajat keasaman media dan nutrisi.

Di daerah tropis, seperti Indonesia, temperatur yang paling baik untuk pertumbuhan tanaman krisan adalah antara 20 sampai 26% (siang hari). Toleransi tanaman krisan terhadap faktor temperatur untuk tetap turnbuh baik adalah antara 17 sampai 3 0 ' ~ . Temperatur berpengamh terhadap kualitas pembungaan krisan. Temperatur yang ideal untuk pembungaan yaitu antara 16 sampai 1 8 ' ~ . Pada temperatur yang tinggi (lebih dari 1 8 ' ~ ) bunga krisan cendemng berwama kusam, sedangkan temperatur yang rendah (kurang dari 1 6 ' ~ ) berpengamh baik terhadap wama bunga, karena cendemng makin cerah.

Bunga krisan dapat tumbuh dengan media yang mempunyai keasaman antara 6,O sampai 8,O (Tatum D, Crouse K, 2006), pendapat lain bunga krisan dapat tumbuh dengan media yang mempunyai pH berkisar antara 5,8 sampai 6,5 (Supendi, 2002). Dengan menjaga keasaman larutan nutrisi dalam batas optimum menyebabkan tanaman mampu menyerap nutrisi secara optimum. Sistem kendali yang dikembangkan digunakan untuk menjaga larutan nutrisi pada kondisi pH antara 6,O sampai 6,5.

BAB 111

METODOLOGI PENELITIAN

A. KERANGKA PEMIIURAN

Penelitian ini dilakukan berdasarkan sebuah kerangka pemikiran. Berikut Gambar 8 adalah diagram alir pemikiran dalam penelitian ini.

/

Analisa permasalahan

I

w

I

ldentifikasi permasalahan

I

Rancang bangun perangkat keras

-

Rancang bangun kelistrikan

-

Rancang bangun interface perangkat keras denqan ~emakai

Rancang bangun perangkat lunak

-

Rancang bangun perangkat lunak terminal

-

Rancang bangun perangkat lunak PLC

7

Pembuatan jaringan hidroponik dan penanaman

Gambar 8 Diagram alir dalam penelitian

1. ANALISA PERMASALAHAh'

Analisa masalah dilakukan untuk memperoleh gambaran yang lengkap tentang sistem kendali berbasiskan PLC dan belum optimalnya penelitian pemanfaatan PLC untuk berbagai pengendalian di dalam bidang pertanian.

2. IDENTLFIKASI MASALAH

Pada penelitian ini peranan PLC lebih dioptimalkan untuk pengendalian temperatur udara ruangan, temperatur larutan nutrisi, pengendalian keasaman lamtan nutrisi dan pemberian larutan nutrisi yang terjadwal. Pengendalian tersebut bisa disesuaikan dengan kebutuhan tanaman dan seluruh pengendalian tersebut dirancang dalam satu buah pengendali.

3. RANCANG BANGLJN PERANGKAT KERAS

Rancang bangun perangkat keras ini digunakan untuk mendukung seluruh aktifitas percobaan, Rancang bangun ini meliputi

Rancang bangun kelistrikan dan Rancang bangun interface dengan

pemakai. Rancang bangun kelistrikan diperlukan untuk

menghubungkan seluruh komponen input, ozrtpzct dan PLC yang

menggunakan daya listrik. Rancang bangun inteface perangkat keras dirancang untuk memudahkan pemakai jika sistem dioperasikan secara manual.

4. R A N c ~ G BANGUN PERANGKAT LUNAK

Rancang bangun perangkat lunak dibagi ada dua macam Rancang bangun perangkat lunak untuk program terminal dan Rancang bangun perangkat lunak program PLC. Perancangan perangkat lunak ini yang akan mengendalikan seluruh sistem kendali dan akan ditanam pada terminal dan PLC.

5. PEMBUATAN JARINGAN HIDROPONIK DAN PENANAMAN

Pembuatan jaringan hidroponik dan penanaman digunakan untuk uji coba kemampuan dari PLC dalam mengangani tugas yang diberikan. Jaringan hidroponik yang digunakan adalah model rendam

dan alir atau ebb andflow. Pada jaringan hidroponik ini larutan nutrisi akan di sirkulasikan secara berkala.

B. WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian ini dilaksakan pada bulan September sampai Desember 2006 di

PT Saung Minvan Ciawi.

C. BAHAN DAN ALAT

Bahan dari penelitian ini adalah tanaman. Bunga krisan (chysanthemum sp.),

larutan nutrisi A dan B, pengatur pH dengan menggunakan 1,5 mol &Po.+, 2 mol

KOH

,

arang sekam, tanah gambut dan sabut kelapa sebagai media tanam.

Peralatan yang digunakan sensor temperatur ruangan merk Omron, sensor pH merk Hanna pH 213 dan temperatur larutan digital, PLC merk Omron type C series. Sambungan komunikasi antara PLC dan terminal menggunakan jalur

parallel port. Sambungan komunikasi PLC dan unit komputer mengggunakan kabel tipe CPM1- type C series, pendingin lamtan, pompa air listrik, sistem irigasi

ebb and $ow. Program terminal menggunakan Borland Delphi v.3 dan di

compiled sehingga bisa menghasilkan file executable, program untuk PLC

BAB

IV

HASIL

DAN

PEMBAHASAN

A. RANCANG BANGUN PERANGKAT KERAS

Rancangan ini dibuat untuk mendukung seluruh aktifitas percobaan, rangkaian ini terdiri dari beberapa komponen yang saling berkaitan antara satu

dengan yang lain. Peralatan yang digunakan :

1. Peralatan yang digunakan adalah seperangkat sensor temperatur

(Tenzperattrre level controller) untuk ruangan merk Fotek TC-72-AN.

2. Peralatan yang digunakan adalah seperangkat sensor temperatur

(Temperature level controller) untuk ruangan merk Fotek TC-72-AN.

3. Peralatan yang digunakan adalah seperangkat sensor temperatur

(Temperatzrre level controller) untuk ruangan merk Fotek TC-72-AN.

4. Peralatan untuk sensor pH merk Hanna tipe PH 213.

5. Peralatan sensor temperatur (Tenperature level controller) untuk larutan nutrisi merk Ching Ying tipe SSRC1-48E.

6. Terminal antara sensor pH dan PLC.

7. Unit PLC merk Omron tipe CPMl-20CDR-A series, berfungsi untuk pengendali seluruh proses.

8. Unit komputer, sebagai data logger dari PLC

9. Rangkaian adaptor, berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 VAC menjadi 24 VDC, 12 VDC, dan sebagai sumber daya untuk seluruh rangkaian katup selenoid dan relay.

10. Katup selenoid merk CKD untuk saluran tangki larutan asam dan basa.

11. Katup selenoid merk SHL untuk saluran masuk dan keluar (Inlet dan

Outlet).

12. Rangkaian relay, berfungsi sebagai driver dan untuk penyesuaian tegangan

.

13. Water level conlroller untuk larutan nutrisi merk Omron 61F-G.

14. Pendingin larutan rakitan dari lempeng keramik dispenser yang bekerja dengan tegangan 12 VDC.

15. Meja kerja, berfungsi untuk meletakkan semua peralatan penelitian. Meja kerja terbuat dari besi dialasi papan setebal 12 cm dengan ukuran panjang 200 cm

x

lebar 100 cm x tinggi 150 cm. Kerangka terbuat dari besi siku dengan ukuran 4 cm

x

4 cm.

16. Meja atau bak tanaman, berfungsi untuk meletakan tanaman, didalam meja ini juga akan dialirkan larutan nutrisi. Kerangka meja tanaman terbuat dari besi siku ukuran 3 cm

x

3 cm dengan panjang 200 cm x

lebar 100 cm x tinggi 100 cm, mempunyai kedalaman bak 15 cm, bak

terbuat dari kayu lapis yang dilapisi karpet talang, pada salah satu sisi dibuatkan saluran keluaran (outlet). Sedangkan di pinggir bak dipasangkan pipa masukkan (inlet).

17. Pompa air listrik, pompa h i berfungsi untuk inlet dan outlet larutan nutrisi. Merk Shinnil daya 125 Watt.

18. Pompa pengkabut, pompa ini berfungsi untuk aktuator dari sistem pendinginan temperatur ruangan. Merk Dab mempunyai daya 90 Watt.

19. Pipa penyalur larutan nutrisi. Pipa h i terbagi dua macam yaitu pipa distribusi masukkan nutrisi dan pipa keluaran nutrisi. Pipa ini

menggunakan pipa PVC diameter % inchi dilengkapi juga dengan

keran masuk dan keran pembuangan.

20. Pompa pengaduk lamtan digunakan pompa akuarium. Pompa ini berfungsi untuk mengaduk larutan nutrisi.

Gambar 9 merupakan diagram blok sistem kendali. Gambar konstmksi secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 2. Pada bagian sisi sebelah kiri merupakan bagian input seperti keasaman larutan nutrisi, temperatur udara ruangan, temperatur larutan nutrisi. Pada bagian sebelah kanan merupakan

rangkaian output dari PLC yang terdiri dari sistem pendingin temperatur udara ruangan, sistem pendingin temperatur larutan nutrisi, katup selenoid asam, katup selenoid basa, pompa air listrik inlet dan outlet, katup selenoid inlet dan outlet.

Unit PLC merk Omron tipe CPMl-20CDR-A, memiliki jumlah terminal I10

20 buah yang terdiri dari input 12 titik dan output 8 titik. Seiumh terminal pada PLC ini digunakan seluruhnya yang terdiri dari 8 titik untuk jalur dari terminal, 2 titik untuk input sensor temperatur udara ruangan dan larutan nutrisi, 2 titik untuk

inpzit water level controller bak tanaman dan tangki larutan nutrisi. Jalur output digunakan untuk sistem pendingin larutan nutrisi, sistem pendinginan ruangan, pompa air listrik pengaduk larutan nutrisi, katup selenoid asam dan basa, katup selenoid inlet dan outlet, rancangan pompa air inlet digabungkan secara parallel dengan katup selenoid inlet dan outlet.

1aRlm "UltiSi

- waferle~efmO(~1er~tuk bak

m-j

H

pH meter

m

Terminal

Gambar 9 Diagram blok sistem kendali berbasiskan PLC

Skema kelistrikan sistem kendali yang dikembangkan disajikan pada Gambar 10 dengan komponen yang sudah ditentukan terdiri dari sensor temperatur (temperature level controller) untuk ruangan, Sensor temperatur

(temperature level controller) lamtan dan water level controller untuk tangki larutan nutrisi dan bak tanam bisa dihubungkan secara langsung dengan PLC sesuai dengan Gambar 10. Pengaturan temperatur untuk ruangan dan larutan

nutrisi bisa dilakukan pengaturan sesuai dengan kebutuhan, temperature level

controller ruangan akan mengaktifkan sistem pendingin yang terdiri dari pompa

listrik yang dilengkapi dengan relay dan kontaktor untuk melakukan pengkabutan.

Temperature level controller lamtan akan mengaktifkan sistem pendingin larutan.

Transducer (sensor) temperatur ruangan dan larutan menggunakan thermocozrple,

transducer (sensor) temperatur diletakkan dua titik dengan ketinggian kurang

lebih 180 cm dari atas tanah. Thermocouple mempunyai 2 buah kabel, yang akan saling dililitkan sedang ujung yang satunya dihubungkan dengan temperahre

level controller sensor merk Fotek TC -72-AN. Transducer (sensor) untuk larutan

akan diletakkan dalam tangki yang berisi larutan nutrisi, ujung dari thermocozrple dililitkan menjadi satu. Ujung yang lain akan dihubungkan dengan temperature

level controller sensor merk Ching Ying tipe SSRC1-48E. Keluaran dari

temperature level controller sensor ini langsung dihubungkan dengan PLC pada

port IN 00 untuk temperatur ruangan dan port

I

N

01 untuk temperatur larutan nutrisi.

Water level controller digunakan untuk membatasi jumlah isi zat cair dalam

tangki nutrisi dan dalam meja tanaman atau bak tanaman. Pada water level

controller ini ada tiga buah kawat elektroda yang mengatur batas ketinggian zat

cair dalam tangki. Water level controller pada tangki larutan nutrisi ini berfungsi untuk menandakan ada atau tidaknya larutan nutrisi dalam tangki, jika larutan nutrisi dalam tang& kurang dari ketinggian elektroda sensor maka tidak dapat dilakukan pemberian larutan nutrisi dari tangki ke bak tanam. Water level

controller yang ada dalam bak tanam akan aktif jika elektroda sensor terendam

air, ha1 ini akan memberikan perintah kepada PLC untuk mematikan pompa listrik pemberi larutan nutrisi dan memulai waktu perendaman selama 15 menit atau 7200 detik. Water level controller untuk cairan ini dihubungkan langsung ke PLC dengan memakai alamat port

LN

02 untuk water level controk?r tangki dan

LN

03 untuk water level controller bak tanaman.

Fungsi pompa pengaduk larutan akan bekerja setiap ada kegiatan yang berhubungan secara langsung didalam tangki larutan nutrisi seperti setelah ada penoampuran larutan asam atau basa dan ada kegiatan sirkulasi larutan nutrisi dari tangki menuju bak tanaman atau dari bak tanaman menuju tangki.

Sensor pH tidak dapat langsung dihubungkan dengan PLC maka digunakan terminal penghubung. Terminal penghubung disini adalah unit komputer yang hanya dimanfaatkan port serial dan port parallel sebagai penghubung antara sensor pI-I dengan PLC. Skema hubungan antar sensor pH dengan terminal dan PLC disajikan Gambar 11. Nilai pH ditetapkan antara 6.0 sampai 6.5, apabila nilai yang pH dibaca tidak sesuai dengan yang ditetapkan maka akan diambil keputusan apakah harus ditambahkan larutan asam atau larutan basa.

Gambar 11 Diagram blok perangkat keras antar perangkat sensor pH dengan terminal dan PLC

Rangkaian relay board digunakan untuk menyesuaikan tegangan antaraport

parallel unit komputer yang mempunyai tegangan sebesar 5 volt denganport PLC yang mempunyai tegangan 24 volt. Di dalam rangkaian relay board mempunyai 8 buah relay yang mewakili 8 kombinasi bilangan biner (bit biner), yang dihubungkan dengan port

lN

04 untuk bit 0, port

IN

05 untuk bit 1, port

IN

06 untuk bit 2, port IN 07 untuk bit 3, port IN 08 untuk bit 4, port IN 09 untuk bit 5,

port

IN

10 untuk bit 6, port IN 11 untuk bit 7, port 00 untuk temperature level

controller ruangan, port 01 untuk temperature level controller larutan nut~isi, port

02 untuk water level controNer tangki larutan nutrisi, port 03 untuk water level

controller bak tanaman. Masing-masing port mempunyai alamat yang unik untuk setiap peralatan yang di kendalikan.

Unit komputer difungsikan sebagai data logger PLC, pada komputer ini selurub aktifitas dari kegiatan PLC akan direkam. Unit komputer ini tidak harus

selalu terhubung dengan PLC, dihubungkan jika akan mengambil data yang telah dilakukan PLC.

Sinyal keluaran dari PLC ini melalui port OUT sebanyak 8 buah port OUT

yang masing-masing mempunyai fungsi berlainan, alamat port 00 digunakan

valve selenoid asam, port 01 valve selenoid basa, port 02 digunakan untuk Valve

selenoid larutan nutrisi dari tangki menuju ke bak tanaman, port 03 digunakan

untuk Valve selenoid larutan nutrisi dari bak tanaman menuju tangki, port 04

digunakan untuk pompa air pengaduk di tangki larutan nutrisi, port 05 digunakan untuk valve selenoid dan pompa air listrik sirkulasi dari tangki menuju bak tanam,

port 06 digunakan untuk rangkaian elemen pendingin larutan, port 07 digunakan

untuk pompa air listrik pengabut atau sistem pendingin ruangan.

B. RANCANGAN INTERFACE PERANGKAT

KERAS

SISTEM KENDALI DENGAN PEMAKAI

Rancangan interface perangkat keras sistem kendali dengan pemakai dibuat

untuk memudahkan pengoperasian peralatan tersebut. Tabel 1 merupakan sakelar

yang terdapat pada panel. Dalam rancangan ini selain dapat bekerja secara otomatis dalam pemberian larutan nutrisi dan pengendalian temperatur, dapat juga dilakukan secara manual dengan mengaktifkan sakelar yang terdapat pada panel sistem kendali pada posisi ON.

Tabel 1 Fungsi sakelar pada panel

Sakelar ground dan

indikator lamp Untuk mengaktifkan sistem kendali

I

Sakelar

Fuse

Sakelar emergency stop Untuk menghentikan sistem bila

terjadi kerusakan.

I

Fungsi

-

Pengaman dari hubungan singkat

Sakelar start Untuk memulai mengaktifkan sistem

kendali.

Sakelar stop Untuk menonaktifkan sistcm kendali

I-

A

I

Sakelar no I Untuk mengaktifkan katup selenoid

asam secara manual.

Sakelar no 2 Untuk mengaktifkan katup selenoid

basa secara manual.

Sakelar no 3

Untuk mengaktifkan katup selenoid pemberian larutan nutrisi kebak tanam.

Dari Tabel diatas, dibuatkan panel instrument untuk memudahkan pemakai mengoperasikan peralatan sistem kendali. Gambar 12 merupakan tampilan dari depan panel instrument. Dengan beberapa sakelar yang mempunyai fungsi berlainan Sakelar no 4 Sakelar no 5 Sakelar no 6 Sakelar no 7 Sakelar no 8

Untuk mengaktifkan katup selenoid pembuangan larutan nutrisi dari bak tanam ke tangki nutrisi.

Untuk mengaktifkan pompa listrik pengaduk larutan nutrisi

Untuk mengaktifkan pompa listrik pemberian larutan nutrisi kebak tanam.

Untuk mengaktifkan pompa listrik pembuangan larutan nutrisi dari bak tanam ke tangki nutrisi.

Untuk m e n g a k t i h pompa listrik pengabut.

untuk brutan

nuvisi

Gambar 12 Tampilan panel instntnzent

C. RANCANG BANGUN PERANGKAT LUNAK TERMINAL

Perangkat sensor pH tidak dapat dihubungkan secara langsung dengan PLC, walaupun memiliki fasilitas komunikasi RS 232, dengan bantuan komputer (selanjutnya akan disebut dengan terminal) sensor pI3 tersebut dihubungkan dengan PLC melalui serial danparallel port.

Perangkat sensor pH 213 akan mendekteksi nilai keasaman larutan nutrisi, nilai tersebut akan ditampilan pada tampilan LCD perangkat tersebut dan juga tersimpan dalam memori perangkat tersebut, nilai ph dapat dibaca oleh terminal melalui jalur komunikasi serial RS-232. Nilai pH ini akan diberikan ke komputer apabila komputer mengirimkan sinyal permintaan pengiriman data.

Rancang bangun perangkat lunak terminal mengikuti flowchart disajikan pada Gambar 13. Perangkat sensor pH tersebut memiliki jalur komunikasi RS-

232, untuk dapat melakukan komunikasi dengan terminal hams melakukan setting komunikasi serial antara pH meter dengan terminal yang meliputi alamat port, baud rate, data bits, stops bits, parity, flow control dan melakukan akses kepada port. Perangkat sensor pH tidak mengirimkan data jika tidak diminta, untuk meminta data hams mengirimkan karakter khusus dan perangkat sensor pH meter menyatakan kesiapan lalu mengirimkan data dalam bentuk biner ke terminal untuk ditampilkan ke layar terminal, dan data yang diberikan perangkat sensor pH di konversikan ke dalam bilangan biner dan dikirimkan keport LPT 1.

Send reqvestsfrinp

-...;

END]

Gambar 13 Flowchart program interface dari pH meter dengan terminal

Gambar 14 dibawah merupakan tampilan untuk melakukan setting komunikasi serial antara pH meter dengan terminal. Setting ini harus sesuai dengan perangkat pH meter.

Gambar 14 Tampilan setting komunikasi serial port.

Setting pada alamatparallelport yang akan digunakan sesuai dengan alamat port yang dipakai pada terminal, program ini bisa digunakan terminal yang memiliki alamatparaZZelport 378H atau 3BCH, seperti disajikan pada Gambar 5.

Gambar 15 Pemilihan alamatportparallel

Data hasil pengukuran keasaman larutan nutrisi akan dikeluarkan melalui portparallel dengan alamat 378H atau 3BCH. Pada program terminal ini nilai pH akan diterjemahkan menjadi 8 bit biner, sesuai dengan banyaknya jalur data pada jalur komunikasi parallel. Ketelitian pada program ini akan dibatasi pembacaannya dari 4,000 sampai dengan 8,000. Besar ketelitian dari 4,000 sampai dengan 8,000 mempunyai rentang nilai 4,000 sehingga dari rentang nilai pH ini akan dibuatkan Tabel konversi nilai pH menjadi bilangan biner 8 bit dengan ketelitian 0,1600. Rentang nilai pH dan konversi nilai pH kedalam biner ini harus sesuai dengan program pembacaan nilai biner dalam PLC. Pada Tabel 2

rentang nilai pH dan konversi nilai pH ke bilangan biner. Gambar 16 merupakan

tampilan interface program antara pH meter dan terminal (komputer) dengan pemakai. Gambar 17 merupakan tampilan untuk melakukan entry pH melalui keyboard yang ada pada terminal.

Gambar 16 Tampilan intei$ace program pH meter dan terminal dengan pemakai

Gambar 17 Tampilan e n 0 pH melalui keyboardterminal

Tabel 2 Rentang nilai pH dan konversi nilai pH ke dalam bilangan biner

D. RANCANG BANGUN PERANGKAT LUNAK PLC

Program untuk mengoperasikan PLC adalah program diagram tangga (ladder diagranz). Ladder diagram adalah teknik khusus yang digunakan untuk mendisain rangkaian logika komponen instrumen yang digunakan dan mengambarkan juga proses atau plant yang akan dikendalikan. Dalam ha1 ini, input dan outpzrt yang digunakan adalah tegangan dari sensor dan aktuator yang diterjemahkan kedalam ladder diagram. Program yang ditulis ke dalam memori adalah berupa instruksi bit (logic relay) yang mewakili mengalir atau tidaknya arus listrik atau ON-OFF.

Pengaturan ON-OFF untuk sistem kendali ini sesuai dengan algoritma yang dibangun, yaitu sebagai berikut:

1. Jika sensor untuk ruangan membaca nilai temperatur sama dengan atau

lebih dari yang ditetapkan (set point) maka sistem pendingin akan menyala.

2. Jika sensor untuk larutan membaca nilai temperatur sama dengan atau

lebih dari yang ditetapkan (set point) maka mesin pendingin akan menyala.

3. Jika sensor untuk pH membaca nilai pH dibawah dari batas bawah nilai yang ditetapkan maka katup selenoid larutan basa akan terbuka.

4. Jika sensor untuk pH membaca nilai pH diatas dari batas atas nilai yang ditetapkan maka katup selenoid larutan asam akan terbuka.

5. Pada sistem ini penjadwalan pemberian nutrisi bisa dilakukan secara otomatis sesuai dengan waktu yang diberikan. Pemberian nutrisi pada penelitian sesuai dengan yang telah dilakukan oleh ahli dalam penanaman hidroponik untuk bunga krisan, yaitu untuk masa pertumbuhan 1 sampai 4 minggu diberikan nutrisi sebanyak 3 kali

selama 1 minggu, untuk tanaman herumur 5 sampai 8 minggu akan

diberikan nutrisi sebanyak 2 kali selama 1 minggu.

Dari algoritma tersebut diterjemahkan ke dalam flowchart program yang

( START )

Ph > 8,s

Selmoid bar. OFF Salanold asam OFF

KaIYp ltlanoid aramOFF Katup r.landd bas.

Ouraliwfiklu OFF Counlerp~ndinpin

/I

/=:TI

V

E. PEMBUATAN JARINGAN IRIGASI HIDROPONlK DAN PENANAMAN

Rancang bangun jaringan irigasi hidroponik dan penanaman disajikan pada

Gambar 19. Sistem irigasi yang digunakan adalah ebb andJow, Jaringan irigasi

berguna untuk mensirkulasikan larutan nutrisi ke media tanam. Larutan nutrisi disimpan dalam tangki larutan nutrisi yang mempunyai kapasitas 500 it, larutan nutrisi tersebut akan disirkulasikan ke bak tanaman dengan bantuan pompa air

listrik (pompa INLET), setelah dilakukan perendaman maka laratan nutrisi

tersebut akan dikembaiikan ke dalam tangki larutan nutrisi dengan bantuan pompa

air listrik (pompa OUTLET). Kedua pompa tersebut dihubungkan dengan PLC

yang mengendalikan aktifnya pompa tersebut sesuai dengan jadwal yang diberikan, pompa air tersebut dihubungkan juga dengan selenoid valve. Jaringan

irigasi untuk menyalurkan nutrisi menggunakan pipa paralon dengan diameter %

inchi, yang dipasang pada sisi luar bak tanaman untuk saluran inlet dan pada dasar bak tanam dipasang saluran outlet.

Dalam budidaya bunga krisan ini media tanam yang digunakan adalah arang sekam, tanah gambut dan sabut kelapa dengan komposisi : 1 : 4 : 4. Setelah tercampur merata media tanam siap untuk dimasukkan kedalam pot kemudian disiram dengan air. Komposisi larutan nutrisi dengan perbandingan 0.5 liter larutan asam, 0.5 liter larutan basa dan 150 liter air, nilai pH yang ditetapkan untuk bunga krisai antara 6.0 sampai 6.5. Setelah tanaman berusia satu hail masa tanam dilakukan pemberian larutan nutrisi sarnpai tanaman berumur 10-12 minggu.

Gambar 19 Skema sistem hidroponik

F. PEMBERZAN LARUTAN NUTRISI

Tanaman bunga krisan ditanam pada tanggal 28 September 2006 (28-09- 2006). Sistem kendali dijalankan mulai tanggal 12 Oktober 2006 (12-1 0-2006), setelah tanaman melewati masa vegetatif yang membutuhkan pencahayaan lebih

lama atau disebut juga dengan long day. Pada minggu ke 0 sampai minggu ke 4

(28 hari) dilakukan pemberian lamtan nutrisi sebanyak 3 kali dalam satu minggu, jadi telah terjadi pemberian larutan nutrisi pada masa ini sebanyak 12 kali.

Memasuki minggu ke

5

sampai minggu ke 8 pemberian larutan nutrisi diberikan

sebanyak 2 kali selama satu minggu sehingga pada masa ini larutan nutrisi

diberikan sebanyak 7 kali. Pemberian nutrisi dihentikan setelah tanaman

memasuki masa colouring yang terjadi menjelang minggu ke 9, selanjutnya

tanaman hanya diberi air saja hingga menjelang panen.

Durasi penyalaan pompa inlet tergantung dari ketinggian sensor wuter level controller. Dari sensor water level controller ketinggian lamtan untuk perendaman tanaman bisa diatur, sehingga apabila diinginkan pembahan pada ketinggian larutan bisa dengan cam mengganti elektroda dari sensor tersebut pada penelitian ini perendaman terhadap pot tanaman setinggi 4 cm. Pemberian larutan

nutrisi dan ketinggian perendaman mengacu pada pemberian nutrisi yang dilakukan PT Saung Minvan. Hasil unjuk k e j a dari PLC ditunjukan pada untuk pemberian larutan nutrisi disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3 Hasil uji kejadian dan durasi aktihya sistem pemberian larutan nutrisi

Sistem mengalami gangguan jalur kelistrikan pada tanggal 31 Oktober

sampai tanggal 2 November yang mengakibatkan sistem hams dilakukan perbaikan dengan mematikan semua arus listrik yang mengalir, tetapi walaupun

sistem dimatikan data masih tersimpan didalam memori PLC sehingga masih bisa

dilakukan pengambilan data selama sistem bekeja. Pada tanggal 7 Nopember pompa air untuk memberi nutrisi mengalami kerusakan sehingga larutan nutrisi

tidak terkirim ke bak tanaman dan menyebabkan durasi waktu pemberian nutrisi

menjadi lebih lama, karena water level controller tidak bisa menghentikan pompa

inlet jika elektroda atau sensor water level controller tidak terendam larutan nutrisi, tetapi kerusakan itu tidak mengganggu jalannya sistem, setelah diperbaiki

maka larutan nutrisi dapat dialirkan ke bak tanam. setiap pengisian larutan nutrisi ke bak tanaman dibutuhkan waktu sebanyak 4 menit untuk mengisi bak tanaman dengan total volume larutan nutrisi sebanyak 80 liter (sesuai dengan rekomendasi

dari PT Saung Mirwan). Tanggal 17 sampai 23 November 2006, pompa outlet

mengalami kejadian yang lebib banyak satu kali karena ada pemberian nutrisi dengan mengaktifkan pompa inlet tanpa perintah PLC, tetapi dengan menyalakan sakelar pompa tersebut. Tanggal 24 sampai 28 November 2006 aktifnya durasi pompa pemberi larutan nutrisi lebih singkat 1 menit ha1 ini disebabkan adanya air hujan yang masuk kedalam bak tanaman karena penutup greenhouse tersebut mengalami kebocoran. Waktu pemberian nutrisi bisa dilakukan perubahan sesuai dengan yang diinginkan dengan cam melakukan perubahan pada program PLC.

G . SISTEM PENGENDALIAN

KEASAMAN

LARUTAN NUTRISI

Pembuatan larutan nutrisi dengan perbandingan 0.5 liter larutan nutrisi A,

0.5 liter larutan nt~trisi B dicampur dengan 150 liter air. Nilai pH yang terukur 6.4, maka sistem kendali untuk bukaan katup selenoid larutan asam atau basa tidak terjadi karena masih dalam rentang set point pH untuk bunga krisan yaitu antara 6.0 sampai 6.5, nilai pH ini yang biasa dilakukan oleh PT Saung Minvan.

Terjadinya perubahan nilai pH pada larutan nutrisi disebabkan penyerapan oleh akar tanaman itu sendiri. Untuk mengembalikan nilai pH kedalam rentang set-point, nilai pH ditambahkan berupa larutan pengatur pH dengan menggupakan 1.5 mol &Pod, untuk menurunkan pH larutan nutrisi, dan 2 mol KOH untuk meuaikkan pH larutan nutrisi.

Waktu bukaan katup selenoid asam dan basa ditetapkan selama 15 detik untuk setiap kali proses penambahan. Pewaktuan pembukaan katup ini diberi waktu supaya katup kembali tertutup secam otomatis, walaupun helum mencapai nilai set point dan harus dilakukan pengukuran kembali. Sistern pengendalian keasaman lawtan nutrisi ini tidak sepenuhnya otomatis karena masih ada interferensi pengguna terutama dalam pencuplikan nilai keasaman atau pengukuran dan alat ukur pH meter tersebut tidak holeh digunakan secara terus menerus.

Pengukuran terhadap keasaman larutan dilakukan pada tanggal 29 Nopember 2006. Pada saat pengukuran keasaman lamtan nutrisi, tanaman memasuki masa generatif sehingga keasaman larutan nutrisi turun karena pada masa ini tanaman lebih banyak menyerap kation dari pada anion. Nilai keasaman nutrisi yang terukur adalah 5.257, nilai ini berada dibawah nilai set point, sehingga dilakukan koreksi untuk menaikkan keasaman larutan nutrisi menuju set- point yaitu sebesar 6.017 dengan 0.2 rnol larutan KOH dengan bukaan katup sebanyak 75 kali. Kenaikan keasaman lamtan nutrisi setelah dilakukan pengukuran dan membuka katup disajikan pada Gambar 20.

Kejadian buka katup

I

+-grafik kenaikan pH dari asam menuju basa

Gambar 20 Grafik kenaikan pH

Penggunaan kalium hidroksida (KOH) dalam menaikan pH karena ada

penambahan unsur KC yang bersifat kation dan unsur OH- yang bersifat hydrogen

ion, didalam larutan pupuk yang dibutuhkan tanaman. Kemudian sistem pengendalian di uji coba dengan untuk menurunkan keasaman larutan dengan membuat larutan tersebut berapa di atas nilai set point dan dicoba dengan menumnkan pH larutan tersebut dari pH 6.755 menjadi 6.505 dengan membuka katup asam yang berisikan 1.5 mol H3P04 sebanyak 23 kali. Penurunan keasaman larutan nutrisi setelah dilakukan pengukuran dan membuka katup disajikan pada Gambar 21.