BAB I PENGENALAN TENTANG MEKATRONIKA
1.1. Tujuan Instruksional Umum
Setelah mengikuti modul ini, mahasiswa semester VII Program Studi Teknik Mesin dapat menjelaskan tentang arti dari ilmu mekatronika dan penggunaannya di lapangan sesuai dengan kaidah ilmu pengetahuan dan pemakaiannya di industri saat ini
1.2. Tujuan Instruksional Khusus
1. Mahasiswa mengetahui tentang filosofi dari ilmu mekatronika 2. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari ilmu mekatronika dengan realita keseharian 3. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari ilmu mekatronika di lingkungan industri
1.3. Pendahuluan 1.3.1. Pengertian Dasar dan Umum
Sebelum memahami arti dasar dari Mekatronika, maka bayangkanlah beberapa contoh berikut ini. Bayangkanlah sebuah truk dengan suspensi yang sangat baik. Suspensi yang dibuat haruslah dapat mendistribusikan beban dengan baik serta dapat bergerak dengan leluasa. Bayangkanlah pula sebuah proses produksi secara otomatis. Proses produksi ini bergerak secara berkesinambungan dan dengan tepat. Kedua contoh di atas adalah merupakan hasil dari proses kombinasi antara elektronika, teknik pengaturan (kontrol) dan mekanika teknik. Deawasa ini, perancangan mobil, peralatan mesin, robot – robot dan berbagai macam mesin lainnya yang mempergunakan integrasi dan pendekatan interdisiplin dari berbagai macam ilmu pengetahuan telah semakin berkembang pesat. Integrasi melalui batas – batas tradisional dari mekanika teknik, elektronika dan teknik kontrol merupakan bagian paling awal dari proses – proses perancangan dewasa ini.
1
Mekatronika secara bersama – sama meliputi beberapa wawasan dari teknologi, antara lain sensor dan sistem pengukuran, kontrol dan sistem pergerakan, sistem analisa, sistem kontrol dan sistem mikroprosesor.
1.3.2. Sistem
Sebuah sistem dapat dibayangkan sebagai sebuah kotak hitam yang memiliki input dan dan output . Dinyatakan sebagai kotak hitam, karena tidak ada yang mesti dipikirkan
pada apa yang terjadi di dalamnya, sehingga yang dihubungkan hanyalah apa yang dijadikan input serta serta bagaimana keluaran (output ) yang diinginkan.
Sebagai ilustrasi dapat dilihat pada Gambar 1.1 berikut ini:
Motor
input ,
output ,
daya listrik
putaran poros
Gambar 1.1
Sebuah motor dapat diasumsikan sebagai sebuah sistem karena memiliki input berupa daya listrik dan output berupa putaran poros, tetapi tidak mengkaji proses yang terjadi pada motor itu sendiri.
1.3.3. Sistem pengukuran
Sistem pengukuran dapat dinyatakan sebagai sebuah kotak hitam yang dipergunakan untuk proses pengukuran. Sistem ini memiliki input sebagai sebagai suatu besaran yang akan diukur, serta output sebagai sebuah harga dari besaran tadi. Sebagai contoh adalah sistem pengukuran pada termometer. Dalam hal ini, termometer memiliki input berupa suhu serta output sebagai suatu skala bilangan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 1.2. Sekali lagi, dalam sistem pengukuran ini, proses yang terjadi pada termometer itu sendiri tidak pernah dikaji. Yang dikaji hanyalah input dan output yang dihasilkan.
2
Termometer
input ,
output ,
temperatur
skala bilangan
Gambar 1.2
Secara umum, sistem pengukuran dibentuk oleh tiga elemen, yang meliputi:
1. Sensor Sensor berkaitan dengan kuantitas yang akan diukur, dengan jalan menjadikan output sistem ini sebagai sebuah signal yang berhubungan
erat
dengan
jumlah.
Sebagai
contoh,
sebuah termokopel adalah sebuah sensor temperatur.
Sebagai input bagi sensor adalah temperatur itu sendiri serta outputnya adalah energi gerak secara mekanik yang berhubungan erat dengan harga temperatur.
2. Signal yang dipakai untuk meningkatkan kondisi Signal yang dipakai untuk meningkatkan kondisi ini mempergunakan signal dari
sensor
serta
menkonversinya
menjadi
sebuah
kondisi
yang
memungkinkan untuk pemunculan lainnya, atau (dalam kasus sistem kontrol) digunakan untuk melatih kontrol itu sendiri.
Sebagai sebuah contoh: Output dari sebuah termokopel adalah energi gerak secara mekanik yang relatif kecil. Output ini lalu dijadikan sebagai sebuah input baru dan dimasukkan ke dalam sebuah sistem penguat (amplifier) agar menghasilkan
3
signal yang lebih besar. Dalam hal ini, amplifier adalah adalah signal yang dipakai untuk meningkatkan kondisi.
Kuantitas yang diukur
Sensor
Signal penguat
Display
Nilai dari kuantitas
Gambar 1.3 1.4. Penutup
Mekatronika meliputi beberapa wawasan dari teknologi, antara lain sensor dan sistem pengukuran, kontrol dan sistem pergerakan, sistem analisa, sistem kontrol dan sistem mikroprosesor, yang mana kesemuanya diaplikasikan baik di lingkungan industri maupun sistem yang lebih besar.
1.5. Tugas
Dari berbagai penjelasan di atas, diharapkan mahasiswa dapat menjelaskan dalam satu lembar kertas kerja ukuran double folio arti dari ilmu mekatronika, aplikasi dari ilmu mekatronika dengan realita dan di lingkungan industri
4
BAB II SENSOR DAN TRANSDUCER
2.1. Tujuan Instruksional Umum
Setelah mengikuti modul ini, mahasiswa semester VI Program Studi Teknik Mesin dapat menjelaskan tentang arti dari sensor dan transducer dan penggunaannya di lapangan sesuai dengan kaidah ilmu pengetahuan dan pemakaiannya di industri saat ini
2.2. Tujuan Instruksional Khusus
1. Mahasiswa mengetahui arti dari sensor dan transducer dan dapat menjelaskan perbedaan dari kedua arti tersebut 2. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari sensor dan transducer dengan realita keseharian 3. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari sensor dan transducer di lingkungan industri
2.3. Pendahuluan 2.3.1. Sensor dan transducer
Istilah sensor dipergunakan pada suatu elemen yang menghasilkan signal dan berhubungan dengan kuantitas materi yang akan diukur. Sebagai suatu contoh adalah elemen – elemen tahanan termal elektris. Pada contoh elemen tersebut, materi yang akan diukur adalah temperatur, dan sensor akan mentransformasi dan memasukkan data temperatur menjadi sebuah tahanan termis. Istilah transducer sering dipergunakan untuk mengganti istilah sensor. Namun, transducer didefinisikan sebagai suatu elemen yang apabila dikaji terhadap beberapa
perubahan fisik, diyakini akan menghasilkan perubahan yang signifikan juga. Hal ini menunjukkan bahwa sensor adalah adalah sebuah transducer . Sistem pengukuran dapat mempergunakan transducer sebagai suatu bagian dari sebuah sistem, untuk mengkonversikan suatu signal, dari satu ke lain bentuk.
5
2.3.2. Beberapa istilah unjuk kerja
Berikut adalah beberapa istilah yang digunakan untuk mendefinisikan unjuk kerja dari transducer ataupun sistem pengukuran secara umum.
Rentang: Rentang unjuk kerja dari transducer adalah terbatas, tergantung dari perubahan input.
Kesalahan:
Kesalahan adalah perbedaan antara harga hasil pengukuran dan
harga sebenarnya dari kuantitas materi yang diukur.
Kesalahan:
harga yang diukur – harga sebenarnya
Keakuratan:
Keakuratan menyatakan harga yang didapatkan melalui suatu
pengukuran namun dengan asumsi bahwa sistem pengukuran yang dipergunakan masih memiliki kesalahan. Keakuratan merupakan penjumlahan dari beberapa kesalahan yang memungkinkan muncul pada saat pengukuran. Keakuratan sering dinyatakan sebagai persentase dari penyimpangan secara menyeluruh. Persentase dari penyimpangan menyeluruh ini diakibatkan dari hasil output sistem pengukuran yang sbagian besar ditunjukkan dengan skala linier ataupun nonlinier.
Kepekaan:
Kepekaan adalah hubungan yang mengindikasikan seberapa
banyak output yang didapatkan setiap satuan input yang dimasukkan. Istilah ini juga sering dipergunakan sebagai kepekaan sebuah input selain dari yang diukur (contoh: perubahan lingkungan). Sebagai akibatnya, akan ada istilah kepekaan dari sebuah transducer terhadap perubahan temperatur lingkungan , atau kepekaan dari sebuah transducer terhadap flutuasi tegangan.
Kesalahan – Histeria: Ada kalanya transducer akan menghasilkan output yang berbeda meskipun untuk kuantitas materi pengukuran yang sama. Hal ini tergantung pada harga yang telah dicapai, baik dengan jalan meningkatkan
6
perubahan maupun menurunkan perubahan secara kontinyu. Kesalahan histeria adalah maksimum perbedaan dari output yang dihasilkan, baik dengan jalan menaikkan ataupun mengurangi harga inputnya.
Kesalahan karena ketidaksegarisan: Pada
berbagai
macam transducer yang
dipergunakan, hubungan linier antara input dan ouput diekspresikan melalui rentang kerja. Pada sebagian transducer, hubungan linier yang sebenarnya dan kesalahan yang terjadi merupakan sebuah asumsi dari kesegarisan. Satu metoda yang sering dipergunakan adalah dengan menghubungkan semua output ke dalam satu garis lurus. Pada saat menghubungkan semua output ini menjadi satu garis lurus, jelas akan terjadi penyimpangan – penyimpangan, karena ada beberapa harga output berada di luar garis yang telah digambarkan. Penyimpangan ini selanjutnya disebut sebagai kesalahan karena ketidaksegarisan.
Kemampuan mengulang:
Kemampuan mengulang dari sebuah transducer
adalah suatu ukuran yang menyatakan kemampuan untuk memberikan ouput yang sama apabila diberikan input yang sama secara berulang – ulang dan tanpa adanya perubahan lingkungan dimana pengujian dilakukan. Kemampuan mengulang ini dinyatakan dalam persentase ouput yang dihasilkan.
Kemampuan untuk mereproduksi:
Kemampuan
untuk
mereproduksi
dari
sebuah transducer adalah kemampuan untuk memberikan output yang sama apabila dipergunakan untuk mengukur input yang sama, serta diukur pada berbagai waktu. Artinya, transducer pernah dimatikan dan dihidupkan kembali sepanjang proses pengukuran.
Stabilitas:
Stabilitas dari transducer adalah kemampuan untuk memberikan
output yang sama bila dipergunakan untuk mengukur input yang sama, dalam jangka waktu tertentu. Pengukuran dilakukan dalam satu jangka waktu tanpa mematikan dan menghidupkan kembali transducer.
7
Stabilitas transducer dapat pula dikaji dengan cara melihat harga output pada saat diberikan nol input.
Contoh Sebagai ilustrasi, spesifikasi dari sebuah transducer dinyatakan sebagai berikut: Rentang: 70 hingga 1.000 kPa, 2000 hingga 70.000 kPa. Tegangan input: 10 V dc Tegangan output kapasitas penuh: 40 mV Kesalahan karena ketidaksegarisan: ± 0.5% Histerisis: ± 0.5% 0
Kepekaan termis: 0.030% dari full range output/ C
Penunjukan rentang di atas menyatakan bahwa transducer tersebut dapat dipergunakan untuk pengukuran antara 70 dan 1.000 kPa atau 2.000 dan 70.000 kPa. Transducer tersebut memerlukan input tegangan sebesar 10 V dc serta akan menghasilkan tegangan output 40 mV saat tekanan adalah 1000 kPa dan pada saat 70.000 kPa. Kesalahan karena ketidaksegarisan adalah ± 0.5% dari 1.000 kPa (± 5 kPa) atau 0.5% dari 70.000 kPa (± 350 kPa), serta histerisis adalah ± 5 kPa untuk rentang yang lebih rendah dan
± 350
0
kPa untuk rentang yang lebih tinggi. Saat temperatur berubah sebesar 1 C, maka output dari transducer untuk input berharga nol akan bergerak sebesar 0.030% dari 1.000 kPa = 0.3 kPa untuk rentah yang lebih rendah dan 21 kPa untuk rentang yang lebih tinggi.
2.3.3. Karakteristik statis dan dinamis
Karakteristik statis adalah harga yang diberikan oleh transducer pada saat kondisi steady terjadi, sebagai misal adalah harga yang diberikan oleh transducer saat dimatikan setelah menerima beberapa input. Karakteristik dinamis adalah mengacu pada tingkah laku antara saat harga input berubah – ubah dan harga yang diberikan oleh transducer saat transducer dimatikan dan memberikan harga pada saat kondisi steady. Input dari karakteristik dinamis adalah bisa berupa step input, ramp input, exponential input ataupun sinusoidal input, seperti dinyatakan dalam ilustrasi berikut:
8
Tabel 2.1 Beberapa contoh input Fungsi
Grafik
Transformasi
u(t)
Step input
t u(t)
Ramp input
Exponential input
-at
e u(t)
sin kt u(t)
1/s
1/s
2
1/(s + a)
Sinusoidal input
2
Sesuai dengan input di atas, maka ada beberapa hal yang harus diperhatikan: Waktu respon
: adalah waktu dimana harga yang diberikan oleh transducer cenderung konstan setelah mendapatkan suatu input.
Waktu konstan
: adalah waktu dimana harga output adalah sebesar 63.2% dari harga maksimumnya.
Waktu menanjak
: adalah suatu waktu dimana harga output adalah bergerak dari 10% harga steady state nya hingga mencapai harga 90% atau 95% dari harga steady state.
Waktu tepat
: adalah waktu dimana harga output harus menunjukkan
9
2
k/(s + k )
harga yang tepat dari suatu alat. Biasanya dicari saat harga 2% dari harga steady statenya.
Secara umum dapat digambarkan sebagai berikut:
100
95
t 63.2 u t u o % 0 t n a t s n o c e m i T
e s n o p s e r t n e c r e p 5 9
time
Gambar 2.1 Respon terhadap step input
2.3.4. Perpindahan
Perpindahan dapat terjadi baik secara linear maupun angular. Perpindahan linear dapat digunakan untuk memonitor ketebalan ataupun dimensi dari suatu alat/bagian. Sedangkan perpindahan secara angular dapat digunakan untuk memonitor pergerakan sudut dari poros, dsb.
10
Potensiometer Total resist: R P (1 – x) + R L x R P / (R L + x R P) VL/VS = x / ((R P/R L) x (1 – x) + 1) VS
R P
Jika VL = x VS dan error = x VS - VL V0
R L VL
Maka error = x VS - x VS / [x / ((R P/R L) x (1 – x) + 1)]
2.4. Tugas
Task I: Berikan 2 contoh aplikasi sensor dan transducer dalam kenyataan sehari – hari. Task II. Gambarkanlah respon terhadap ramp input, exponential input dan sinusoidal input.
Task III
Sebagai contoh, gambarkanlah grafik dari berbagai pengukuran berikut:
Waktu (s)
0
30
60
90
120
150
180
Temp ( C)
20
28
34
39
44
47
50
Waktu (s)
210
240
270
300
330
360
390
52
54
56
56
56
56
56
0
0
Temp ( C)
0
0
Harga steady state nya adalah 56 C, sehingga harga waktu respon adalah 95% dari 56 C. 0
0
Karena harga steady nya adalah 56 C, maka waktu konstan adalah 63,2% dari 56 C. 0
Waktu tanjakan adalah dari 10% hingga 95% dari harga 56 C, serta waktu tepat adalah 0
2% dari 56 C. Carilah besarn waktu tersebut.
Task IV: Berikanlah contoh perpindahan linear dan angular dalam realita sehari – hari, serta metoda untuk memonitornya.
11
BAB III PENGENALAN TENTANG BILANGAN BINER
3.1. Tujuan Instruksional Umum
Setelah mengikuti modul ini, mahasiswa semester VII Program Studi Teknik Mesin dapat menjelaskan tentang arti dari bilangan biner, dasar perhitungan dan penggunaannya di lapangan sesuai dengan kaidah ilmu pengetahuan dan pemakaiannya di industri saat ini
3.2. Tujuan Instruksional Khusus
1. Mahasiswa mengetahui tentang filosofi dari bilangan biner 2. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari bilangan biner 3. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari bilangan biner di lingkungan industri
3.3. Pendahuluan 3.3.1. Bilangan desimal dan bilangan biner
Sistem bilangan biner adalah suatu konfigurasi yang dibuat sedemikian rupa agar dapat dimengerti dan diingat sesuai dengan pemakaiannya. Angka – angka yang saat ini kita kenal yang konfigurasinya terdiri dari 0 sampai dengan 9 dinamakan bilangan desimal. Dalam bilangan desimal, maka konfigurasinya dapat dinyatakan dalam contoh berikut: 2478(10)
: angka 2 menyatakan sebagai 2000 angka 4 menyatakan 400 angka 7 menyatakan 70 angka 8 menyatakan satuan 8
sehingga 2478 = 2000 + 400 + 70 + 8
Konfigurasi 2478 tersebut dapat diuraikan menjadi beberapa digit desimal sebagaimana contoh berikut: 2478
3
2
1
0
= 2 * 10 + 4 * 10 + 7 * 10 + 8 * 10
12
Dari susunan tersebut maka dapat dinyatakan sebagai berikut: Angka 8 yang terletak paling kanan disebut sebagai “the least significant digit” atau LSD, sedangkan angka 2 yang terletak paling kiri disebut “the most significant digit” atau MSD. Pada sistem bilangan biner, maka konfigurasi angka terdiri atas 0 dan 1. 0 adalah menyatakan salah (false) sedangkan 1 menyatakan benar, 0 menyatakan sebagai tertutup, sedangkan 1 menyatakan terbuka. Karena dalam sistem bilangan biner hanya ada dua digit, maka kelipatannya adalah pangkat dari bilangan – bilangan tersebut. Berikut adalah contoh konversi dari Bilangan desimal menjadi bilangan biner
Tabel 3.1. Cara penulisan bilangan desimal ke bilangn biner
Bilangan
Bilangan Biner
Bilangan Desimal
Bilangan Biner
Desimal 0
0000
9
1001
1
0001
10
1010
2
0010
11
1011
3
0011
12
1100
4
0100
13
1101
5
0101
14
1110
6
0110
15
1111
7
0111
16
10000
8
1000
17
10001
3.3.2. Konversi bilangan desimal ke bilangan biner atau sebaliknya
Hal yang paling penting diingat adalah perurutan berikut: n
n-1
5
2 2 …. 2
4
2
2
3
2
2
1
2
2
0
13
Penulisan bilangan biner menjadi bilangan desimal dapat diselesaikan dengan contoh berikut:
1
1
1
= 100
+ 10
+1
=
+
+1
4
2
=7
Sebaliknya, bilangan desimal dapat dikonversikan menjadi bilangan biner dengan contoh sebagai berikut: 3
9
=2
2
1
2
0
2
2
2 (dimana 2
1
dan 2
nya tidak ada
karena jumlah harus 9) =1
0
4
25
=2
3
2
0 2
2
1 1
2
0
2
2
(dimana
2
1
dan 2 nya tidak ada
karena jumlah harus 25) =1
1
0
0
1
3.3.3. Pecahan
Pecahan dalam bilangan biner dapat diselesaikan dengan mengingat perumusan berikut: -n
2
2
-n-1
-1
…2
2
-2
-3
-4
2
2
-5
n-1
2 …. 2
n
2
Serta dijelaskan dengan contoh berikut: 0,101(2)
-1
= (1 x 2
-2
+ 0x2
-3
+ 1 x 2 )(10)
= (0,5 + 0,125) = (0,625)(10) = 0,625(10)
0,1101(2)
-1
= (1 x 2
-2
+ 1x2
-3
+ 0x2
-4
+ 1x 2 )
= (0,5 + 0,25 + 0,0625) = 0,8125(10)
14
Akan tetapi, bilangan pecahan desimal dapat diubah menjadi bilangan biner dengan cara seperti pada contoh berikut: 0,625(10)
= 0,625 x 2 = 1,25 sisa 0,25 dengan bawaan bernilai 1 0,25
x 2 = 0,5 sisa 0,5 dengan bawaan bernilai 0
0,5
x 2 = 1,0
sisa 0
0
x 2 = 0
stop
dengan bawaan bernilai 1
maka 0,625(10) = 0,101(2)
0,85(10) = 0,85 x 2 = 1,7
sisa 0,7 dengan bawaan bernilai 1
0,7
x 2 = 1,4
sisa 0,4 dengan bawaan bernilai 1
0,4
x 2 = 0,8
sisa 0,8 dengan bawaan bernilai 0
0,8
x 2 = 1,6
sisa 0,6 dengan bawaan bernilai 1
0,6
x 2 = 1,2
sisa 0,2 dengan bawaan bernilai 1
0,2
x 2 = 0,4
sisa 0,4 dengan bawaan bernilai 0
proses masih bisa terus berlangsung hingga angka terakhir adalah 0.
0,85(10) = 0,110110(2)
3.3.4. Bilangan campuran
Bilangan campuran adalah terdiri atas bilangan integer dan bilangan pecahan. Penyelesaiannya adalah sebagai contoh berikut:
110,001(2)
2
1
0
2
1
-1
= (1 x 2 + 1 x 2 + 0 x 2 ) + (0 x 2
-2
+ 0x2
-3
+ 1x 2 )
= 4 + 2 + 0,125 = 6,125(10)
1011,11(2)
3
0
= (1 x 2 + 0 x 2 + 1 x 2 + 1 x 2 ) + (1 x 2 = 8 + 2 + 1 + 0,5 + 0,25 = 11,75(10)
15
-1
-2
+ 1x2 )
Sebaliknya apabila bilangan desimal campuran akan dikonversikan menjadi bilangan biner campuran, maka akan mengikuti contoh berikut: 21,6(10) = ? 21
= 16 + 4 + 1 4
3
=1x2 + 0x2
2
+ 1x2
1
+ 0x2
0
+ 1x2
=10101 0,6
= 0,6
x 2 = 1,2
sisa 0,2 dengan bawaan bernilai 1
0,2
x 2 = 0,4
sisa 0,4 dengan bawaan bernilai 0
0,4
x 2 = 0,8
sisa 0,8 dengan bawaan bernilai 0
0,8
x 2 = 1,6
sisa 0,6 dengan bawaan bernilai 1
0,6
x 2 = 1,2
sisa 0,2 dengan bawaan bernilai 1
0,2
x 2 = 0,4
sisa 0,4 dengan bawaan bernilai 0
proses masih bisa terus berlangsung hingga angka terakhir adalah 0.
21,6(10) = 10101,100110(2) 3.3.5. Pengurangan biner Pengurangan bilangan biner adalah hampir serupa dengan bilangan desimal, dengan
ketentuan sebagai berikut: 0–0=0 1–0=1 0–1=1 1–1=0
Contoh: 1101 1010– 011
Komplemen 1 Komplemen 1 adalah negasi dari suatu bilangan biner, dimana negasi dari 1 adalah 0 serta sebaliknya negasi dari 0 adalah 1. Contoh:
1100110 memiliki komplemen 1 adalah 0011001 atau 11001
16
11100111 memiliki komplemen 1 adalah 00011000 atau 11000
Komplemen 2 Komplemen 2 adalah negasi dari suatu bilangan biner (komplemen 1) ditambah dengan bilangan 1. Contoh:
1110 memiliki komplemen 1 adalah 0001, sehingga komplemen 2 nya adalah 0001 + 1 = 0010 10110 memiliki komplemen 1 adalah 01001, sehingga komplemen 2 nya adalah 01001 + 1 = 01010
Pengurangan dengan menggunakan komplemen 2
Contoh: 1101 1010–
dibuat menjadi komplemen 2 menjadi 0 1 0 1 + 1 = 0 1 1 0
011 Sehingga aturan menjadi
1101
(4 bit)
0110+
(4 bit)
10011
(5 bit) bilangan 1 paling depan dihapus, sehingga menjadi 0011
Pengurangan dengan menggunakan komplemen 1
Contoh: 1101 1010–
dibuat menjadi komplemen 1 menjadi 0 1 0 1
011 Sehingga aturan menjadi 1101
(4 bit)
0101+
(4 bit)
10010
(5 bit) bilangan 1 paling depan ditambahkan dengan 0010:
17
0010 1+ 0011
Akan tetapi, contoh berikut menunjukkan harga negatif dari suatu bilangan biner: 1010 1101– - 0 1 1, namun cukup ditulis dengan 011 (negatif)
Pengurangan dengan menggunakan komplemen 2 Penyelesainnya dengan menggunakan komplemen 2 adalah sebagai berikut: 1010 1101–
dibuat menjadi komplemen 2 menjadi 0 0 1 0 + 1 = 0 0 1 1
011
Sehingga aturan menjadi 1010
(4 bit)
0011+
(4 bit)
1101
(4 bit) maka tidak ada kelebihan bit, kemudian 1101 dikomplemen 2 kan menjadi 0011 (negatif)
Pengurangan dengan menggunakan komplemen 1 1010 1101–
dibuat menjadi komplemen 1 menjadi 0 0 1 0
011
Sehingga aturan menjadi 1010
(4 bit)
0010+
(4 bit)
1100
(4 bit) maka tidak ada kelebihan bit, kemudian 1100 dikomplemenkan menjadi 0011 (negatif)
18
Selesaikan beberapa contoh berikut: Contoh 1: 11011 01101– ?
•
Dengan komplemen 2
11011 01101–
diubah menjadi komplemen 2, 10010 + 1 = 10011
11011
(5 bit)
10011+
(5 bit)
101110
•
(6 bit) angka 1 paling depan dihapus, hasilnya 01110
Dengan komplemen 1
11011 01101–
diubah menjadi komplemen 1, 10010
11011
(5 bit)
10010+
(5 bit)
101101
(6 bit) angka 1 paling depan ditambah 01101, hasilnya
01101 1+ 01110
19
Contoh 2: 01101 11011– ?
•
Dengan komplemen 2
01101 11011–
diubah menjadi komplemen 2, 00100 + 1 = 00101
01101
(5 bit)
00101+
(5 bit)
10010
(5 bit) maka tidak ada kelebihan bit, kemudian 10010 dikomplemen 2 kan menjadi 01101 + 1 = 01110 (negatif)
•
Dengan komplemen 1
01101 11011–
diubah menjadi komplemen 1, 00100
01101
(5 bit)
00100+
(5 bit)
10001
(5 bit) maka tidak ada kelebihan bit, kemudian 10001 dikomplemenkan menjadi 01110 (negatif)
20
3.3.6 Perkalian dan Pembagian
Perkalian dan pembagian bilangan biner adalah mengikuti aturan bilangan dersimal.
Contoh Perkalian: 111 101 x 111 000 111 + 100011
Contoh Pembagian: 110 10 √1100 10 10 10 00
Bila 101,1 dikalikan dengan 11,01, maka akan menjadi 10001,111
Pada sistem digital, hanya ada dua kondisi yang memungkinkan, seperti halnya tertutup atau terbuka, benar atau salah, tinggi atau rendah, dsb. Kedua hal tersebut dapat dinyatakan sebagai angka 1 dan 0, artinya tertutup, benar dan tinggi dapat dinyatakan sebagai angka 1, sebaliknya terbuka, salah dan rendah dapat dinyatakan sebagai angka 0. Bilangan biner hanya memiliki dua buah angka, yakni 0 dan 1. Sebagai suatu contoh, angka 1001101 apabila dibawa ke dalam bilangan desimal (sepuluh) akan menjadi: 6
5
4
3
2
1 x 2 + 0 x 2 + 0 x 2 + 1 x 2 + 1 x 2 1
0
+ 0 x 2 + 1 x 2
21
= 64 + 0 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 = 77 (bilangan desimal) Soal
1. Konversikanlah angka 45 dan 122 ke dalam bilangan biner, berapakah MSB dan LSB keduanya?
Jawab 4510 = 1011012, MSB=1, LSB=1 12210= 11110102, MSB=1, LSB=0
2. Bila komplemen dari 110011 adalah 001100, berapakah komplemen dari bilangan biner 45 dan 122 tersebut di atas?
Jawab Komplemen dari 101101 adalah 010010, Komplemen dari 1111010 adalah 0000101
3. Berapakah jumlah dari bilangan biner 45 dan 122?
Jawab 101101 + 1111010 =10100111
4. Berapakah selisih dari komplemen bilangan biner 45 terhadap 122?
Jawab
Komplemen bilangan biner 45 adalah 010010, komplemen bilangan biner 122 adalah 0000101 Selisih dari 010010 – 0000101 adalah 0001101. Sebagai bukti, 0000101 + 0001101 = 0010010, dimana: 0000010010 = 010010 ataupun 1001011111111
22
3.3.7. Integrated Circuit
Aplikasi dari Integrated Circuit (IC) teknik adalah pada perangkat digital, dimana diode dan transistor digunakan untuk menghasilkan fungsi yang sering disebut sebagai rangkaian logika. Rangkaian logika dapat dibagi dalam tipe Combinational dan Sequential. Rangkaian logika dengan tipe Combinational merupakan rangkaian dimana output dari suatu besaran sangat tergantung pada input yang diberikan. Rangkaian logika dengan tipe Sequential merupakan rangkaian dimana output yang dihasilkan tergantung pada perintah dimana input diberikan, sehingga sering disebut sebagai fungsi memori.
23
Sirkuit Digital dan Sistem (pada komputer dan kontrol)
Rangkaian Logika
Combinational
Sequential
(tanpa memori)
(memori)
AND NOT
OR
FLIP - FLOPS NAND
NOR
24
3.3.8. Beberapa kaidah yang berlaku pada operasi logika
Hukum komutatif: A∩B = B∩A A∪B = B∪A
Hukum assosiasi (A∩B)∩C = A∩(B∩C) = A∩B∩C (A∪B)∪C = A∪(B∪C) = A∪B∪C
Hukum distribusi A∩(B∪C) = (A∩B) ∪ (A∩C) A∪(B∩C) = (A∪B) ∩ (A∪C)
Hukum absorsi A∩(A∪B) = A A∪(A∩B) = A
Hukum De Morgan (A∪B)’ = A’ ∩ B’ (A∩B)’ = A’ ∪ B’
Contoh: Buktikan [A’∩(A∪B)] ∪ (A∩B) = B
Jawab [A’∩(A∪B)] = (A’∩A) ∪ (A’∩B) = (A’∩B) (A’∩B) ∪ (A∩B) = (B∩A’) ∪ (B∩A) = (B∩(A’∪A)) = B∩U = B
25
Beberapa hukum yang berlaku pada operasi logika (. adalah AND, + adalah OR, Ā adalah negasi dari A)
Hukum komutatif A . B = B . A A+B=B+A
Hukum asosiasi A . B . C = (A . B) . C = A .(B . C) A + B + C = (A + B) + C = A + (B + C)
Hukum distribusi A . (B + C) = (A . B) + (A . C) A + (B .C) = (A + B) . (A + C)
Hukum absorbsi A + (A . B) = A A . (A + B) = A A+A
=A
A.A
=A
Hukum indentitas A + Ā = 1 A.Ā =0
Hukum De Morgan
A + B + C + … + Z = A . B . C . … . Z
A . B . C . … . Z = A + B + C + … + Z
26
Fungsi yang berhubungan dengan 1 A.1 =A A +1 = 1
Fungsi yang berhubungan dengan 0 A.0 =0 A +0 = A
Hal spesifik
1=0
0=1
Soal Short Quiz
Buktikan bahwa A + Ā.B = A + B a.
dengan hukum yang berlaku
b.
dengan menggunakan truth table
Buktikan bahwa (A+B).(A+C) = A +B.C a. dengan hukum yang berlaku c.
dengan menggunakan truth table
27
Pada sistem digital, tegangan yang menyatakan besaran analog (sebagai contoh yang lain adalah kecepatan, tekanan, temperatur, dsb.) harus dikonversikan ke dalam bilangan biner. Proses ini disebut sebagai konversi dari analog to digital (A/D). Setelah signal diproses ataupun perhitungan telah dijalankan, proses kebalikannya yakni digital to analog (D/A) menjadi sangat penting untuk menunjukkan informasi yang telah terbaca. Hal ini berarti, semua data output yang telah dipelajari dalam session sebelumnya harus diubah ke dalam bentuk binary.
3.4. Tugas
1. Berapakah hasil perkalian 101,111 dengan 1000,101 2. Berapakah hasil pembagian dari 11011 dengan 100 3. Berapakah 100011 dikurangi 111010 (dengan komplemen 1 dan komplemen 2)
28
BAB IV SISTEM HIDRAULIK DAN PNEUMATIK
4.1. Tujuan Instruksional Umum
Setelah mengikuti modul ini, mahasiswa semester VII Program Studi Teknik Mesin dapat menjelaskan tentang pemakaian beberapa sistem di industri dan penggunaannya di lapangan sesuai dengan kaidah ilmu pengetahuan saat ini
4.2. Tujuan Instruksional Khusus
1. Mahasiswa mengetahui tentang filosofi dari bilangan biner 2. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari bilangan biner 3. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari bilangan biner di lingkungan industri
4.3. Pendahuluan
Perkembangan teknologi dewasa ini telah berkembang pesat dengan banyak mempergunakan sistem sistem otomasi dalam bidang teknologi dan industri, dimana perkembangan teknologi otomasi sangat dipengaruhi oleh kemampuan sistem kontrol yang mengendalikan suatu sistem otomasi. Kontrol hidraulik dan penumatik, salah satu teknologi otomasi telah berkembang menjadi suatu sistem kontrol yang mempunyai kemampuan untuk membuat suatu sistem atomasi, yang banyak digunakan dalam industi tekstil, obat - obatan, dan percetakan. Hal ini karena hidraulik dan pneumatik mempunyai kelebihan - kelebihan sebagai berikut :
1. Fluida kerja dapat diperoleh dengan mudah. 2. Bersih dan kering. 3. Kecepatan dan langkah kerja dapat diatur dengan mudah. 4. Konstruksinya yang sederhana mennyebabkan waktu pemasangan menjadi singkat. 5. Tahan terhadap pembebanan lebih. Karena kelebihan tersebut maka hidraulik dan pneumatik sangat tepat digunakan dalam suatu pekerjaan masal yang membutuhkan kecepatan dan hasil yang maksimal.
29
Berikut ini adalah contoh diagram kontrol hidraulik dan pneumatik pada proses penandaan: a1
a0
A
b1
b0
B
a0
a1 b0 c Start
b1 Gambar 1. Kontrol Pneumatik Pada Proses Penandaan \ stemping
Gambar 4.1. Proses kontrol hidraulik/pneumatik pada p roses stamping
Pada poses penandaan dengan kontrol seperti Gambar 4.1 diatas, mutu dan produksi dapat ditingkatkan dengan baik, karena dengan mempergunakan sistem tersebut, permasalahan sistem otomasi, terutama kontrol pada beberapa silinder yang bergerak secara bersamaan (sinkron) dan jumlah langkah kerja dalam satu siklus dapat dikerjakan dengan lebih cepat. Jika diselesaikan dengan metode hidraulik dan pneumatik murni, akan terdapat kekurangan, yang terutama adalah jumlah komponen yang digunakan terlalu banyak, tingkat akurasi dan kecepatan tidak dapat dipertahankan dan kerugian tekanan fluida terlalu besar. Sebagai contoh adalah dalam industri percetakan, dimana dibutuhkan mesin yang bergerak secara kontinyu dan bersamaan sehingga sekali mencetak langsung diperoleh produk jadi. Apabila dipergunakan metoda hidraulik dan pneumatik murni, maka akan terjadi kerugian tekanan fluida yang terlalu banyak. Berikut ini adalah kontrol hidraulik dan pneumatik pada mesin cetak untuk satu meja pencetak:
30
a1
a0
A
B
b1 b0
c1
b1
c1 c0
E
C
d1 d0
d0
f 0
f 1
f 0
F
f 1
D
a1
d1
a0
Start Gambar 2. Kontrol Pneumatik Pada Mesin Cetak satu meja pencetak
Gambar 4.2. Diagram kontrol pada satu meja pencetak
Dari diagram kontrol pada Gambar 4.2 diatas terlihat bahwa kemungkinan akan terjadi drop tekanan dan ketidak sinkronan gerakan pada silinder D dan E. Jika dalam mesin cetak digunakan enan meja pencetak, maka drop tekanan akan semakin terlihat. Sehingga, jika digunakan kontrol hidraulik dan pneumatik murni pada mesin cetak tersebut, maka produksi akan terganggu bahkan gagal, akibat terlalu besarnya drop tekanan yang terjadi. 4.3.1. Landasan Teori
Hidraulik dan pneumatik adalah pengetahuan tentang fluida yang bergerak atau pergerakan yang digerakan oleh fluida bertekanan (Kris dan Ginting). Hidraulik dan pneumatik banyak digunakan dalam industri modern baik sebagai kontrol gerak mekanisme otomatisasi maupun langsung dimanfaatkan, adapun alasan utama diterapkan hidraulik dan pneumatik pada suatu industri adalah: a. Gerakan – gerakan yang memerlukan banyak fluida. b. Keadaan dimanan seseorang tidak mampu mengikuti kecepatan proses dan akurasi.
31
c. Pengulangan – pengulangan tak berhingga dan penekanan proses yang konstan selama proses produksi.
Secara garis besar hidraulik dan pneumatik dibedakan menjadi dua pelaksana teknis: 1.
Hidraulik dan pneumatik gaya, pengunaan gaya dan energi mekanik dengan memanfaatkan fluida bertekanan.
2.
Hidraulik dan pneumatik sebagai pengendali dan pengatur, merupakan pengolah sinyal dan data untuk mengerakan suatu mekanisme.
Susunan sistem hidraulik dan pneumatik terutama terdiri dari suatu pompa dan kompresor (sebagai penghasil fluida bertekanan), motor – motor fluida mampat ditambah dengan bagian – bagian pengendali. Arus energi melalui suatu instalasi hidraulik dan pneumatik mengalir sebagai berikut: 1. Perubahan energi mekanik (motor listrik atau motor diesel atau pengerak mekanis lainya) menjadi energi hidraulik dan pneumatik oleh pompa dan pompa dan kompresor. 2. Perpindahan energi hidraulik dan pneumatik oleh fluida bertekanan yang mengalir dari pompa dan kompresor melalui bagian pengendali menuju : a. Silinder yang bergerak bolak – balik. b. Motor – motor fluida bertekanan yang berotasi. 3. Perubahan energi hidraulik dan pneumatik menjadi energi mekanik oleh pemakai fluida bertekanan (silinder atau motor fluida bertekanan).
Pengerak (motor diesel, motor elektro)
Sumber udara mampat (kompresor)
Pemakai udara mampat (silinder, motor)
Gamabar 3. Perkembangan perubahan energi dalam udara bertekanan (mampat)
Gambar 4.3. Proses perubahan energi mekanis
32
Peralatan yang digerakan
Unsur – unsur hidraulik dan pneumatik ini akan menghasilkan energi mekanik yang akan mengerakan suatu mesin produksi, bagian pengendali berfungsi membawa arus fluida bertekanan menuju pemakai fluida bertekanan.
4.3.2. Peralatan Hidraulik dan pneumatik
Peralatan hidraulik dan pneumatik telah dikembangkan sehingga penumatik mampu menjadi suatu alat kendali yang sangup mengerakan berbagai mekanisme dari yang mudah sampai mekanisme yang kompleks. Adapun beberapa peralatan hidraulik dan pneumatik yang banyak digunakn adalah sebagai berikut:
1. Peralatan Hidraulik dan pneumatik gaya
Gambar Lambang Peralatan Pneumatik
Penjelasan
Silinder kerja tunggal, Kembali dengan gaya luar yang tidak disebutkan Silinder kerja tunggal, kembali dengan pegas Silinder kerja ganda, dengan batang torak pada satu sisi Silinder kerja ganda, dengan batang torak pada dua sisi (batang torak bergerak terus) Silinder kerja ganda, dengan tali pada dua sisi (tali bergerak terus), dengan mengerakan suatu plat datar.
Gambar4. Gambar simbul beberapa aktuator pneumatik. Gambar 4.4. Gambar simpul beberapa aktuator pneumatik
33
2. Peralatan Hidraulik dan pneumatik Pengendali
Gambar Simbul Katup Pneumatik
Penjelasan Katup 3/2 dengan operasi rol dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi di tekan dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi pedal dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi perabaan dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi mengunakan selenoid yang digerakan dengan daya listrik dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi mengunakan selenoid yang digerakan dengan daya listrik dan kembali dengan cara yang sama Katup 3/2 dengan operasi mengunakan tombol tekan dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi mengunakan udara mampat dan kembali dengan pegas. Katup 3/2 dengan operasi mengunakan udara mampat dan kembali dengan cara yang sama Katup 4/2 operasi dengan berbagai cara seperti jenis jenis pada katup 3/2 diatas. Katup 5/2 operasi dengan berbagai cara seperti jenis jenis pada katup 3/2 diatas. Katup AND akan mengalirkan udara bertekanan jika kedua sisi menerima masukan udara bertekanan Katup OR akan mengalirkan udara mampat jika salah satu sisi menerima masukan udara bertekanan Katup pengatur kecepatan udara bertekanan
Gamabar 5. simbul katup - katup yang digunakan pada pneumatik.
Gambar 4.5. Simbol katup pada sistem hidraulik/pneumatik
34
3. Peralatan Pendukung Hidraulik dan pneumatik Peralatan pendukung hidraulik dan pneumatik yang peranannya sangat penting dalam menjalankan sistem hidraulik dan pneumatik adalah sebgai berikut : a. Filter fluida, regulator, pelumas. Filter fluida berfungsi sebagai penyaring fluida dari kotoran – kotoran dalam fluida yang berupa partikel – partikel yang sangat halus, jika kotoran tersebut tidak disaring akan menganggu aliran fluida (meyumbat lubang – lubang) pada sistem hidraulik dan pneumatik. Regulator, berfungsi sebagai pengatur tekanan dari pompa dan kompresor menjadi tekanan operasi yang disesuaikan dengan kemampuan peralatan yang digunakan. Pelumas, berfungsi sebagai pencampur minyak pelumas dengan fluida bertekanan sehingga membantu pelumasan pada peralatan (aktuator) hidraulik dan pneumatik.
Keterangan Filter udara, regulator, pelumas digabungkan dalam satu alat
Gambar 6. gambar simbul filter udara, regulator, pelumas.
Gambar 4.6. Beberapa simbol
b. Komponen Pendukung Silinder. Dalam pemilihan silider (aktuator) tidak hanya diameter dan panjang langkah yang diperhitungkan, juga perlu diperhitungkan dudukan dari silinder tersebut. Hal ini karena jika mengunakan dudukan yang salah, maka dalam kurun waktu tertentu silinder tersebut tidak akan dapat berfungsi dengan baik.
35
Berikut ini adalah beberapa jenis – jenis dudukan yang dapat digunakan dengan baik : 1. Ball – Joint. Ball – joint digunakan untuk mencegah terjadinya bending pada batang torak akibat ketidak lurusan pemasangan silinder terhadap dudukannya.
Gambar BallJoint - joint Gambar 4.7. 7.Ball
2. Bantalan Silinder Digunakan untuk memberikan kebebasan gerak pada piston dan menjamin kelurusan gerak piston terhadap bantalan tersebut. 3. Proximity Swintch Position Sensor. Digunakan untuk memberikan sinyal kepada kontroler terhadap posisi silinder yang sedang digerakan. c. Pompa dan kompresor. Pompa dan kompresor sebagai sumber fluida bertekanan adalah salah satu bagian penunjang sistem pnumatik yang paling vital peranannya, pompa dan kompresor mendapatkan fluida dari atmosfer dan menghasilkan fluida bertekanan sampai pada tekanan yang diinginkan.
36
4.3.3. Fluida statis
Apabila fluida bergerak dan terjadi tegangan geser di permukaan, maka fluida akan terdeformasi secara kontinyu. Apabila gerakan relatif (dan selanjutnya deformasi angular) tidak ada, akan berakibat pada hilangnya tegangan geser di permukaan. Fluida yang mengalami kondisi seperti ini, hanya akan bekerja untuk mengatasi tegangan normal. Tegangan normal yang dihasilkan dari gerakan sutu fluida, sangat besar peranannya dalam kondisi praktis, terutama berkaitan dengan system hidraulik.
4.3.4. Persamaan Dasar dari Fluida Statis
Tujuan utama dari fluida statis adalah untuk menggiring pembaca memahami berbagai tekanan fluida. Dengan absennya gaya permukaan (surface forces), maka tinjauan hanya semata pada gaya berat (body forces), dimana yang terakhir ini disebabkan oleh adanya gaya gravitasi. Gaya berat dalam suatu elemen fluida dapat dinyatakan sebagai: →
→
→
d F B = g dm = g ρ d ∀ =
(4.1)
→
ρ g
dxdydz
Dengan absennya gaya geser permukaan pada fluida statis, maka gaya permukaan semata – mata disebabkan oleh adanya gaya tekan, sehingga tekanan akan bervariasi di setiap titik. Sebagai akibat, gaya tekan di satu titik akan menjadi: a. Gaya tekan dari sisi kiri dan kanan sebuah titik adalah: p kiri = p −
∂ p dy ∂ y 2
p kiri = p +
∂ p dy ∂ y 2
(4.2)
b. Selanjutnya, gaya permukaan oleh adanya tekanan semata akan menjadi: → ⎛ ∂ p ∂ p ∂ p ⎞ d F s = −⎜⎜ i+ j + k ⎟⎟ dxdydz x y z ∂ ∂ ∂ ⎝ ⎠
(4.3)
Sebagai akibatnya,
∂ p − + ρ g x = 0 ∂ x
∂ p − + ρ g y = 0 ∂ y
∂ p − + ρ g z = 0 ∂ z
37
(4.4)
Selanjutnya, apabila arah system adalah vertikal, maka g x = g y = 0 dan g z = -g. Pada fluida yang tak termampatkan, maka akan berlaku: p = p 0 +
ρ 0 gh
(4.5)
4.4. Tugas
1.
Uraikanlah vector komponen dari gaya – gaya yang mengalir pada suatu continuum mechanics, serta paparkanlah bagaimana rumus (4.1) di atas bisa terjadi.
2.
Mengapa pada fluida yang tak termampatkan (incompressible fluid), persamaan (4.2) di atas bisa berlaku? Bagaimana dengan compressible fluid?
3.
Apa yang dimaksud dengan gage pressure dan absolute pressure?
4.
Sistem hidraulik dan pneumatik adalah sistem dengan menggunakan tekanan yang sangat tinggi, karenanya dapatkah variasi dari tekanan hidrostatik diabaikan?
5.
Meskipun zat cair secara umum adalah incompressible, namun pada tekanan yang sangat tinggi, massa jenisnya bisa berubah. Karenanya, bulk compressibility dan elasticity dari fluida haruslah diperhitungkan. Jelaskanlah apa yang dimaksud dengan bulk compressibility dan elasticity dari fluida.
6.
Suatu bejana seperti konstruksi berikut ini: P
P
h
H
d
D
Jelaskan cara menghitung perbedaan tekanan dalam tinggi kolom air he.
38
BAB V SISTEM DENGAN PLC
5.1. Tujuan Instruksional Umum
Setelah mengikuti modul ini, mahasiswa semester VII Program Studi Teknik Mesin dapat menjelaskan tentang pemakaian PLC dalam beberapa sistem di industri dan penggunaannya di lapangan sesuai dengan kaidah ilmu pengetahuan saat ini.
5.2. Tujuan Instruksional Khusus
1. Mahasiswa mengetahui tentang filosofi dari sistem pemrograman dengan menggunakan PLC 2. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari PLC dalam keseharian 3. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang aplikasi dari PLC di lingkungan industri
5.3. Pendahuluan 5.3.1. Pengertian PLC
PLC adalah suatu peralatan elektronika yang merupakan sebuah mikro-komputer karena dioperasikan secara digital dan memiliki modul I/O yang mampu melaksanakan fungsi - fungsi khusus dan dengan disain khusus yang begitu kompak, serta telah dilengkapi dengan berbagai interface dalam bentuk tetap (PLC Manual Handbook, Omron). Didalam PLC juga terdapat memori (ROM dan RAM) yang digunakan sebagai
tempat penyimpanan program maupun instruksi - instruksi yang berkaitan dengan fungsi - fungsi pengendali tertentu seperti rangkaian logika, urutan eksekusi, selang waktu (timer), perhitungan (counter ) dan fungsi aritmatika.
39
Jika kita tinjau sebuah PC (Personal Computer ), yang dalam hal ini dapat berupa sebuah mikroprosesor / mikrocontroller , maka untuk dapat digunakan sebagai alat kendali masih memerlukan bantuan teknologi komponen lain yang harus dikuasai, sehingga dapat digunakan sebagai interface yang mampu mengubah sinyal analog manjadi sinyal digital maupun sebaliknya. Disamping itu sebuah PC untuk dapat menjadi sebagai alat kendali juga memerlukan bahasa pemrograman khusus dan cara penginstalan yang rumit sehingga tidak praktis diguanakan dalam pekerjaan lapangan, karena untuk hal tersebut diperlukan seseorang yang mampu menguasai bahasa pemograman yang dalam hal ini adalah seorang programmer. Tetapi untuk sebuah PLC, seluruh komponen - komponen tadi telah disajikan dengan begitu kompak, karena didalamnya telah dilengkapi dengan berbagai fasilitas interface dalam
bentuk
yang
tetap,
sedangkan
untuk
penginstalannya
hanya
membutuhkan waktu yang sangat singkat dan menggunakan bahasa pemrograman yang sangat mudah dipahami. PLC begitu cepat populer terutama di negara - negara maju dikarenakan keunggulan - keunggulannya jika dibandingkan dengan sistem konvensional, diantaranya adalah :
•
faktor pemeliharaan yang ringan, seperti perangkat elektronik pada umumnya, PLC hampir tanpa perawatan.
•
kehandalan yang tinggi, dengan fungsi kontrol yang telah digantikan secara elektonis. Hal ini bukan berarti sistem relai tidak digunakan lagi. Rilai - rilai hanya digunakan untuk interfacing antara PLC dengan mesin - mesin. Pada
40
PLC - PLC denngan I/O kecil dapat langsung melayani mesin - mesin dengan bantuan kontaktor tertentu.
•
mudah merubah programnya. Keuntungan ini sangat memudahkan bagi penguna PLC, karena bila akan mengubah suatu proses -guna meningkatkan efesiensi dan mutu produksi- dapat dilakukan dengan segera tanpa merubah instalasi perangkat keras.
• bentuk yang sangat kompak. • bahasa pemrograman yang mudah dipahami. •
tidak memerlukan pengetahuan elektronika yang mendetail.
•
walaupun masih mengunakan cara relai, tetapi relai - relai tersebut sebagian besar hanya secara imajiner yang dituliskan dalam bentuk program.
•
kemampuan adaptasi yang tinggi yaitu lewat tegangan input dan output yang berbeda - beda.
Untuk itu dewasa ini suatu sistem pengontrolan yang masih menggunakan sistem konvensional telah banyak beralih menjadi sistem pengontrolan otomatis dengan menggunakan PLC.
5.3.2. Konfigurasi dasar PLC
Pada dasarnya untuk dapat melakuakan suatu pengendalian sistem dalam PLC, ada tiga komponen utama yang terkait dalam hal tersebut yaitu sebagai berikut :
• Input. •
Controler (CPU).
•
Output.
41
Secara blok diagram dapat digambarkan sebagai berikut: PC / KEYPAD ( Pemrograman )
CPU
Control Aritmatik
Modul Input
Modul Output
MEMORY Program Memory
Data Memory
POWER SUPPLAY
Peralatan input
Peralatan output
Gambar 8. Blok Diagram PLC Gambar 5.1. Diagram blok sebuah PLC
Dalam blok diagram diatas, jelas terlihat bahwa untuk suatu sistem pengendali dengan mengunakan PLC maka diperlukan komponen - komponen seperti : 1. Modul input dan peralatan input (input). 2. Modul output dan peralatan output (output). 3. CPU (central processing unit). 4. Keypad / PC , sebagai alat pemrogram. 5. Power supplay, sebagai daya untuk menjalankan PLC.
Secara umum hal - hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Central Processing Unit (CPU).
CPU adalah otak dari sebuah PLC yang berfungsi untuk mengesekusi program.
42
Pada saat CPU bekerja (mengeksekuksi program), maka dengan cepat dan kontinu akan mempengaruhi kondisi output. Dengan kata lain, pelaksanaan instruksi pada suatu alokasi keluaran dengan cepat akan terpengaruh sebelum prosesor menghasilkan perintah berikutnya. Selain mengeksekusi program, CPU juga berfungsi untuk mengawasi dan mengendalikan operasi dalam PLC, seperti proses membawa keluar masuknya instruksi - instruksi program dalam memori. CPU juga berfungsi untuk menyelesaikan dan mengolah fungsi - fungsi logika untuk dibentuk menjadi fungsi fungsi yang diinginkan berdasarkan program yang telah ditetapkan. PLC mengunakan sebuah mikroprosesor sebagai CPU. Meskipun bentuk dan konstruksi dari CPU untuk setiap PLC berbeda - beda tetapi mempunyai fungsi yang sama. Dalam CPU terapat bagian - bagian penting yang digunakan dalam proses eksekusi program sebagai berikut: a. Random Access Memori (RAM). b. Read Only Memori (ROM). c. Arithmetic And Logic Unit (ALU). d. Prosesor.
a.1. RAM ( Random Access Memori)
RAM merupakan memori bagian dalam dari CPU. Memori ini dapat dimodifikasi dengan cepat dan berulang - ulang sesuai dengan kebutuhan. RAM juga sering disebut Read-Write Memory karena data pada memori ini akan hilang juga. Kontrol dari kondisi
kerja CPU sangat tergantung pada modul memori ini, karena berguna untuk menyimpan
43
instruksi - instruksi, program - program atau perintah lannya. Di dalam PLC juga dilengkapi catu daya sebagai backup yang berfungsi untuk melindungi memori, sehingga meskipun tegangan sumbernya terputus, maka data yang ada pada memori masih tetap ada. Modul memori PLC ini merupakan suatu rangkaian memori terpadu yang mengunakan chip - chip IC CMOS-RAM yang memiliki keungulan pada konsumsi daya yang sangat rendah. Ukuran memori sangatlah bervariasi tergantung besarnya memori dalam sebuah PLC. Satuan dalam memori dinyatakan dalam byte, dimana satu byte sama dengan 8 bit , satu kilobyte sama dengan 1024 bytes. Data yang disimpan dalam RAM adalah program memori dan data memori, sehingga pada RAM tedapat program kendali input-output. Imajinasi proses yang mengendalikan instruksi - instruksi input masuk melalui modul input dan akan disimpan dalam RAM, yang selanjutnya akan diteruskan ke prosesor untuk diproses. Hasil dari proses tersebut akan dikembalikan ke RAM yang nantinya akan diteruskan ke modul output.
a.2. ROM ( Read Only Memory)
ROM adalah media penyimpan data yang bersifat permanen. Data pada ROM akan tetap ada walaupun tegangan sumbernya diputus, dan data yang tersimpan dalam ROM hanya bisa dibaca dan tidak dapat dirubah. ROM berisikan sistem organisasi (termasuk bahasa PLC). Data yang tersimpan pada ROM menyebabkan PLC dapat mengeksekusi program - program yang telah ditulis pada RAM.
44
a.3. ALU ( Arithmetic and Logic Unit)
Unit ini berfungsi untuk mengerjakan fungsi aritmatika, logika dan pengujian. Fungsi atitmatika meliputi penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Fungsi logika merupakan perbandingan antara dua objek yang dapat menghasilkan pernyataan sama dengan ( = ), lebih besar dari (>) dan lebih kecil (<).
a.4. Prosesor
Prosesor merupakan otak dari suatu PLC yang mempunyai fungsi sebagai berikut: a. mengatur dan mengkoordinasikan operasi PLC. b. memangil program kontrol yang telah dibuat dalam memori program dan sekaligus mengeksekusi untuk menghasilkan sinyal keluaran. c. memproses instruksi - instruksi sinyal masukan dari modul input dan meneruskan hasil eksekuksi ke modul keluaran. d. menentukan waktu timer dan counter , dan selanjutnya sinyal yang dihasilkan akan di simpan dalam internal flag.
b. Modul Input / Output
Modul ini terdiri dari dua bagian yaitu modul input dan modul output. Modul input akan mengirimkan sinyal input ke prosesor sebagai suatu sinyal yang akan diproses oleh prosesor sesuai dengan program yang diinstruksikan. Hasil proses dari prosesor berupa keluaran (output) dan di keluarkan melalui modul output. Modul output inilah yang akan berhubungan dengan beban - beban yang akan diatur. Modul input pada PLC dapat dikatakan sebagai modul yang menerima sinyal dan meneruskan ke RAM yang
45
selanjutnya akan diproses oleh prosesor dan modul output sebagai penerima perintah sesuai dengan hasil dari proses pada prosesor yang selanjutnya akan diteruskan pada perlengkapan yang akan dikendalikan (peralatan industri).
5.3.3. Cara Kerja PLC Secara Umum
Dari blok diagram Gambar 5.1 di atas terlihat bahwa sebuah PLC terdiri dari CPU, unit memori (RAM dan ROM), unit I/O dan sumber daya. Sedangkan cara kerjanya dapat di uraikan sebagai berikut : Pertama - tama PLC akan membaca status I/O dan kemudian CPU mengambil data dari RAM dan di-interprestasi-kan apakah fungsi atau data tersebut sesuai dengan urutan alamatnya. Selanjutnya hasil dari program yang dieksekusi disesuaikan dengan fungsi yang didefinisikan dalam program serta menyampaikan keputusannya ke unit output. Jika dalam siklus operasi tersebut terdapat kesalahan maka proses dalam PLC secara otomatis akan terhenti dan mengirimkan pesan lewat pesawat pelayan ( programmer ) atau dapat juga berupa display kondisi dari I/O, sehingga operator dengan cepat dapat mengetahui dimana letak kesalahan tersebut.
5.3.4. Metodologi Perencanaan
Permasalahan utama yang dihadapi penulis adalah merencanakan suatu kontrol hidraulik dan pneumatik dengan cara yang lain yang mempunyai kemampuan yang lebih baik dari kontrol hidraulik dan pneumatik murni, dalam h al ini penulis mengunakan PLC. PLC digunakan karena mempunyai kelebihan – kelebihan yaitu:
46
1. Mengurangi pengunaan katup. 2. Mengurangi terjadinya drop tekanan. 3. Mampu mendeteksi kesalahan yang mungkin terjadi.
Tetapi PLC juga mempunyai beberapa kelemahan yaitu harga untuk I/O yang besar relatif mahal (setelah pengurangan pengunaan katup, selisih harga kemungkinan tidak terlalu jauh). Adapun metodologi perencanaan adalah sebagai berikut: 1. Mendeskripsikan siklus kerja suatu mekanisme (sistem hidraulik dan pneumatik). 2. Mengambarkan blok diagram langkah kerja hidraulik dan pneumatik (silinder). 3. Menentukan input dan output. 4. Pemilihan tipe PLC. 5. Perancangan program PLC. 6. Pengujian program.
7. Pengujian simulasi sistem.
Langkah tersebut dapat dibuat dalam diagram alir di Gambar 5.2 ini:
47
START
Deskripsikan Siklus Mekanisme Mengambarkan Blok Diagram Langkah Kerja Pneumatik (silinder) Buat Daftar Alokasi Input Dan Output Yang Digunakan
Pemilihan Tipe PLC
Perancangan Program PLC
Pengujian Program
OK
No
Koreksi
Yes Pengujian Sistem
No
OK Yes
END Gambar 9. Diagram alir perencanaan kontrol pneumatik dengan PLC Gambar 5.2. Diagram alir perencanaan kontrol pneumatik dengan PLC 48
5.4. Tugas
1. Jelaskan dari sistem pemrograman dengan menggunakan PLC 2. Jelaskan empat buah aplikasi dari PLC dalam keseharian 3. Jelaskan lima buah aplikasi dari PLC di lingkungan industri
49
