SERI TEKNIK MESIN Buku Ajar
Edisi ke-2
Oleh:
Prodi teknik mesin s-1 Fakultas teknologi industri Institut teknologi nasional malang April 2010
Kata Pengantar Edisi ke-1
Buku ajar matakuliah mekatronika ini merupakan tulisan pertama yang dimaksudkan untuk tahun ajaran 1998/1999. Buku ajar tahun ajaran 1999/2000 1999/2000 ini untuk memenuhi harapan dari mahasiswa jurusan teknik mesin dan industri ITN Malang tentang bagaimana dan apa mekatronika itu. Mekatronika merupakan bidang antar disiplin ilmu yang memadukan disiplin ilmu mekanika, elektronika, komputer dan kontrol secara integral dan sinergi.
Beberapa
tambahan adalah mengenai sejarah mekatronika pada seksi pendahuluan, aplikasi robot dan AGV, lampiran-lampiran yang mendukung terutama soal-soal review dan tugas untuk mahasiswa. Bidang studi mekatronika merupakan bukan hal yang baru –dikatakan suatu evolusitetapi apa yang dihasilkan merupakan suatu teknologi terbaru yang memberikan nilai tambah pada suatu proses dan produk saat ini dan masa datang. Oleh karena kompleksitas isi dari mekatronika ini, penulis berharap ada masukkan tentang materi yang telah tersusun untuk suatu perbaikan terus-menerus agar lebih up to date dan memenuhi rancangan dan tujuan pembelajaran yang semakin berkembang.
Malang, Maret 2000 Penulis
i
Kata Pengantar Edisi ke-2
Dengan mengucap syukur kehadirat Tuhan Yang Mahakuasa, buku ajar matakuliah Mekatronika edisi ke -2 atau edisi revisi telah selesai tepat pada waktunya. Materi yang tertulis telah disesuaikan dengan kurikulum baru di Prodi Teknik Mesin S-1 yakni kurikulum 2009-2014. Penulis telah berusaha mencari dan mengumpulkan berbagai sumber pustaka untuk memperdalam isi dan berharap semoga isi materi yang tersusun di edisi ke-2 ini mampu memenuhi rasa keingin-tahuan mahasiswa untuk melakukan kegiatan-kegiatan perancangan dan inovasi karya khususnya perancangan alat/mesin atau cara-cara baru yang bersifat otomatis. Penyempurnaan isi meliputi penambahan materi pada setiap sub-bab dan materi inovasi karya di bidang mekatronika yang berhasil dilakukan oleh mahasiswa di prodi Teknik Mesin S-1 ITN Malang pada kurun waktu tahun kegiatan 2000-2005 yang dituangkan di dalam bahasan bab 9 yang dimaksudkan untuk memotivasi para mahasiswa dalam mendalami dan menekuni bidang ilmu mekatronika ini. Semoga buku ajar seri teknik mesin ini memberikan manfaat yang lebih luas bagi para pembaca dan perbaikan kontinyu terhadap isi materi masih terus dillakukan dan disesuaikan dengan perkembangan mekatronika. Masukan dan saran selalu penulis harapkan agar kedalaman materi lebih komprehensip dan memenuhi kaidah keilmuan khususnya di bidang Teknik Mesin.
Malang, April 2010
Penulis
ii
The mechanical engineers who know some computer science are far more valuable than the computer scientists who know some mechanical engineering. - John F. Elter, vice president president Xerox Corp. New York-
iii
Daftar Isi Kata Pengantar edisi ke-1 Kata Pengantar edisi ke-2 Daftar Isi Bab 1. Pendahuluan……………………………………………………………………………………… Pendahuluan……………………………………………………………………………………… 1.1 Sejarah Perkembangan Mekatronika ………………………………………………… …………………………………………………….. ….. 1.2 Definisi Mekatronika……………………………… Mekatronika…………………………………………………………………………… …………………………………………… 1.3 Perbedaan sistem konvensional dengan mekatronika................... mekatronika................................. .............. 1.4 Pengenalan Teknik Pengaturan (Control (Control Engineering ) ............................... Bab 2. Komponen dasar sistem otomatis ........................................................ 2.1 Prinsip Kerja Sensor dan Saklar ................................................. ............................................................... .............. 2.2 Transduser ........................................................... ................................. 2.3 Analiser 2.3 Analiser (Komponen penganalisa) ............................................... .......................................................... ........... 2.3.1 Pengkondisian Sinyal dan Cara Kalibrasi Sensor/Transduser ………………… 2.4 Aktuator …………………………………………… ……………………………………………………………………………………………. ………………………………………………. 2.5 Drives (Penggerak) Drives (Penggerak) ............................................... ................................................................................ ................................. 2.5.1 Motor Listrik ................................................ ...................................................................................... ...................................... Bab 3. Motor Listrik (Electric (Electric Motor ) …………………………………………………………… 3.1 Konstruksi Motor Listrik ………………………………………………… ………………………………………………………………………. ……………………. 3.2 Aplikasi dan model pengendalian Motor Listrik ....................................... 3.3 Prinsip Kerja Motor DC ……………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………… 3.3.1 Pengendalian dan Karakteristik Motor DC ..................................... .............................................. ......... 3.3.2 Tipe Motor DC : Motor DC biasa, Motor Servo dan Stepper ……………….. 3.4 Model Pembebanan pada Motor Listrik: Tinjauan Mekanis ...................... 3.4.1 Beban dengan Gerakan Rotasi ............................................ ............................................................ ................ 3.4.2 Beban dengan Gerakan Translasi-Rotasi ………………………………………….. 3.5 Sumber Daya untuk Penggerak Sistem Mekanis ....................................... Bab 4. Pengenalan Teknik Digital ................................................................... 4.1 Sistem Bilangan Biner, Oktal dan Heksadesimal ........................................ 4.1.1 Konversi Sistem Billangan ………………………………………… …………………………………………………………………. ………………………. 4.2 Pengertian Dasar Digital: Pengenalan Gerbang Logika .............................. 4.3. Konversi Sinyal Analog-to-Digital (AD) dan Digital-to-Analog (DA) ………… Bab 5. Pengenalan Teknologi Mikroelektronika ............................................. 5.1 Integrated Circuit (IC): Rangkaian (IC): Rangkaian Terpadu ............................................. 5.1.1 Pengenalan IC OP-AMP ............................................ ....................................................................... ........................... 5.2 Mikroprosesor ...................................................... .................................. 5.2.1 Unit Dasar Mikroprosesor ............................................... ..................................................................... ...................... 5.2.2 Identifikasi Mikroprosesor Intel 8088 …………………………………………… ………………………………………… … 5.3 Contoh Sistem Digital: Mikrokomputer/Komputer .................................... 5.3.1 Contoh Operasi Mikrokomputer ................................................... ............................................................ ......... Bab 6. Pemanfaatan Teknologi Mikroelektronika pada Sistem Mekanis ...... 6.1 Pengenalan Programmable Logic Controller (PLC) .................................. 6.1.1 Contoh Aplikasi PLC ........................................... ............................................................................ ................................. 6.2 Kontrol Komputer pada Gerakan Mesin Perkakas ...................................... 6.3 Pengantarmukaan (Interfacing (Interfacing ) Peralatan Luar Input/Output dengan PLC/Komputer ............................................... ............................................................................................ ............................................. Bab 7. Pengenalan Komponen Pneumatis dan Hidrolis ………………………………. 7.1 Perbedaan Sistem Pneumatis dan Hidrolis ...................................... ................................................ .......... Bab 8. Aplikasi Perkembangan Mekatronika di Industri …………………………….. 8.1 Pengenalan Industrial Robotic ……………………………………………… ……………………………………………………………… ……………… 8.1.1 Konfigurasi Robot ………………………………………………… ……………………………………………………………………………. ………………………….
i ii iii 1 1 2 4 5 12 12 16 22 22 24 27 28 30 30 31 33 35 38 42 43 44 46 47 47 48 50 56 59 59 62 66 66 68 70 71 75 75 77 79 81 83 83 90 90 92 iv
8.1.2 Komponen-Komponen Automasi dalam Membangun sebuah Robot ......... 8.1.3 Volume Kerja dan Contoh Aplikasi Robot ............................................. ............................................... .. 8.2 AGV (Automatically Guided Vehicle ): ): Suatu contoh Mobile Robot ……………. 8.2.1 Komponen AGV .................................................... ............................... Bab 9. Problem Solving Desain Mekatronika Hasil inovasi Karya Mahasiswa Teknik Mesin ………………………………………………………………… 9.1 Desain Mesin Pengecat Genteng Otomatis ............................................. 9.2 Perancangan Robot Lengan Tipe Gantry ................................................ 9.3 Robot Mobile Pemotong Rumput ………………………………………………………. 9.4 Mesin Las Listrik Tipe Mobile Otomatis ………………………………………………. 9.5 Perancangan Unit Sel Pengelasan Potong dan Konveyor ......................... 9.6 Perancangan Lift Pemindah Barang untuk Dua Lantai ............................ 9.7 Perancangan Mesin Snai Tiga Axis Tiga Axis Otomatis Otomatis ..........................................
96 102 105 105 108 108 116 121 126 127 129 130
Daftar Pustaka Lampiran Indek
133 134 139
v
BAB 1. PENDAHULUAN
Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu mendeskripsikan sejarah perkembangan dan definisi mekatronika; 2. Pembaca menerangkan relevansi bidang ilmu teknik mesin dengan bidang ilmu lainya; 3. Pembaca akan dapat mendefinisikan sistem manual dan otomatik; 4. Pembaca mampu mendeskripsikan pentingnya bidang ilmu mekatronika.
1.1 Sejarah Perkembangan Mekatronika Istilah mekatronika (mechatronics ) pertama kali digunakan pada kontrol komputer suatu motor listrik oleh seorang teknisi di perusahaan Yaskawa Electric lepang pada akhir tahun 1960an. Kata ini menjadi populer di Jepang yang kemudian digunakan secara luas di Eropa dan diterima sebagai bidang matakuliah di Inggris dan Amerika. Pada tahun 1970-an, mekatronika banyak terpusat pada teknologi servo untuk suatu produk seperti pembuka pintu otomatis dan kamera autofokus . Kemudian pada tahun 1980-an saat teknologi informasi (IT) diperkenalkan, teknisi mulai menggunakan mikroprosesor di dalam sistem mekanik untuk meningkatkan unjukkerjanya (performan) seperti mesin NC dan robot yang lebih kompak dan di bidang otomotif seperti pengendalian mesin secara elektronik, sistem antilock-braking (ABS) dan airbag pengaman yang semakin luas aplikasinya. Perkembangan selanjutnya, awal tahun 1990-an, adalah teknologi komunikasi dimana suatu jaringan yang luas saling terkait satu sama lain seperti pengendalian robot jarak jauh dengan teknologi sensor dan pada saat yang sama dikendalikan pula mesin-mesin produksi yang lain menggunakan gelombang komunikasi atau GSM. Ernest Doebelin, profesor Emeritus di Ohio State dan ASME fellow, mengatakan bahwa perkembangan di bidang mekatronika bukan sekedar suatu revolusi tetapi evolusi, yaitu menuju perubahan meskipun perlahan-lahan namun akan mencakup semua bidang. Mekatronika sangat serasi dengan berbagai teknologi saat ini seperti komputer, software , pengaturan dan lain-lain yang memungkinkan tercipta produk-produk yang unggul dan canggih. Davor Hrovat, seorang staf ahli teknik Ford, berpendapat bahwa mekatronika adalah campuran dari teknologi dan cara teknik yang bersama-sama membantu dalam desain suatu produk yang lebih baik, mulai dari pemanggang roti hingga otomotif, pada semua tingkatan teknologi yang luas.
1
1.2 Definisi Mekatronika
Saat ini perkembangan mekatronik, terutama teknologi komputer banyak dikembangkan di Amerika dan Eropa (Finlandia, Denmark dan Belanda). Mekatronika adalah basis yang terpenting untuk masa depan perkembangan produk-produk di industri manufakturing dan teknisi-teknisi yang terlibat dapat melihat kedepan tentang suatu kualitas tinggi yang dapat dihasilkan dari pekerjaannya. Memahami perkembangan tersebut, ada beberapa definisi mekatronika antara lain (lihat diagram interseksi antar bidang ilmu pada Gambar 1.1): 1. ilmu pengetahuan yang memadukan (integrates) piranti mekanik dengan kontrol elektronik. 2. perpaduan dari elektronik, teknik pengaturan (control engineering) dan teknik mesin (mechanical engineering). 3. merupakan antar disiplin ilmu (interdiciplinary) teknik yang berkenaan dengan bidang perencanaan dan pengendalian suatu proses yang secara simultan melibatkan mekanika, elektronika dan komputer kontrol. 4. merupakan aplikasi dari cara-cara terbaru di dalam teknik mesin , teori pengaturan (control theory), ilmu komputer dan elektronika untuk menciptakan produk-produk yang lebih berfungsi.
Elektromekanika MEKANIKA
ELEKTRONIKA Model Sistem
Tran Trans s ducer
MEKATRONIKA
C.A.D
Simulasi KOMPUTER
Rangkaian Kontrol
Mikro kontrol
Sistem Kontrol Kontrol Digital
KONTROL
Gambar 1.1 Mekatronika sebagai interseksi antar bidang ilmu teknik
2
Contoh-contoh sistem mekatronika pada suatu produk sesuai dengan definisi 1 dan 2 diatas adalah camcorder, disk drives, audio-video player , mesin cuci dan lain-lain dan pada definisi 3 dan 4 adalah robot, AGV (automatic (automatic guide vehicle ), ), konveyor otomatis, sistem CAM (computer aided manufacturing ) dan lain-lain.
Gambar 1.2 Disk drive
Secara umum mekatronika (mechatronics (mechatronics ) adalah sebuah cabang ilmu teknik yang bertujuan meningkatkan fungsionalitas dari sistem-sistem teknik yang berarti mencakup kesatuan hubungan saling menguntungkan dari komponen-komponen mekanika, elektronika, komputer dan teknik kontrol. Lebih lanjut, kompleksitas bidang ilmu mekatronika hingga saat ini (abad milenium) telah menunjukkan perkembangan yang sangat pesat dan telah meliputi teknologi mikro dan nano yang mendorong produk-produk teknologi tinggi di berbagai bidang teknik seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3.
3
Gambar 1.3 Perkembangan bidang ilmu mekatronika (Bishop, 2006)
1.3 Perbedaan sistem konvensional dengan mekatronika
Perbedaan desain sistem konvensional dengan mekatronika dibandingkan pada Tabel 1.1. Sistem konvensional memiliki ciri susunan mekanisme yang lebih rumit dan tidak rapi terutama sistem perkabelan dan susunan antar komponen. Namun sistem konvensional memliki sistem kontrol atau pengendalian yang lebih sederhana meskipun kinerja sistem tersebut kaku, bersifat permanen dan tingkat ketelitian yang rendah dibandingkan sistem mekatronika. Sistem mekatronika memiliki ciri desain piranti lunak dan keras yang lebih rapi, kompak dan bersifat otonomi atau berdiri sendiri berkaitan dengan integrasi antar komponennya. Ciri daripada sistem kontrol pada sistem mekatronika lebih terprogram, responsif terhadap perubahan nilai masukkan/input dan memiliki ketelitian output yang lebih handal.
4
Tabel 1.1 Perbedaan desain sistem konvensional dengan mekatronika (Bishop, 2006)
Beberapa motivasi penting bagi mahasiswa teknik mesin yang berkaitan dengan pelajaran ilmu di bidang ilmu mekatronika adalah: 1. Seorang sarjana teknik mesin yang mengetahui sedikit tentang ilmu bidang elektronika memiliki nilai jual lebih tinggi dibandingan seorang sarjana teknik elektronika yang mengetahui banyak tentang ilmu bidang teknik mesin; 2. mempelajari mekatronika bagi mahasiswa teknik mesin adalah bukan mengetahui cara-cara pembuatan alat atau komponen yang menyusun sistem mekatronika tetapi lebih ditekankan pada kemampuan pemilihan alat/komponen yang akan digunakan merancang sistem mekatronika.
1.4 Pengenalan Teknik Pengaturan (Control (Control Engineering )
Suatu sistem control adalah hubungan (interkoneksi) antara komponen-komponen yang membentuk konfigurasi sistem yang akan memberikan suatu respon yang dikehendaki. Analisa suatu sistem didasari oleh teori sistem linier dimana mengasumsikan suatu hubungan sebab-akibat
untuk komponen-komponen
sistem.
Gambar 1.4
secara diagram blok
menunjukan teori sistem linier dimana hubungan input-output (masukan-keluaran) mewakili hubungan sebab-akibat dari suatu proses yang dikontrol. INPUT harga/data yang akan diproses/diolah
SISTEM/PROSES
OUTPUT harga yang berguna
Gambar 1.4 Diagram balok sistem linier
Di dalam aplikasi pengaturan proses terdapat dua sistern teknik pengaturan yaitu sistem loop terbuka (open (open loop system ) dan loop tertutup (closed (closed loop system ). ).
5
1. sistem loop terbuka: terbuka: merupakan teknik pengaturan dimana keluaran (output tidak memberikan efek terhadap besaran masukan (input) sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat clibandingkan terhadap nilai atau harga yang diinginkan. Jadi setiap masukan terdapat kondisi nilai yang tetap dan keluaranya (output) tidak berpengaruh banyak pada pengontrolan dan sudah diketahui.
INPUT
SISTEM/PROSES
ALAT PENGENDALI
OUTPUT
Gambar 1.5 Sistem kontrol terbuka
2.
sistem loop tertutup: tertutup: merupakan teknik pengaturan dimana besaran keluaran
(output) memberikan suatu pengaruh atau efek terhadap besaran masukan (input) sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap nilai atau harga yang diinginkan melalui suatu alat pengukur atau pencatat. Jadi setiap masukan (input) mempunyai kondisi yang telah disetting (berharga tetap) dimana setiap keluaran selalu mempengaruhi aksi pengontrolan dimana
ada
pengukuran
terhadap
keluaran
tersebut
untuk
diumpan-balikan
kepada
pernbanding yang mempunyai kondisi yang telah di set pada nilai yang diharapkan.
INPUT
ALAT PENGENDALI
SISTEM/PROSES
OUTPUT
ELEMEN UMPANBALIK/FEEDBACK
Gambar 1.6 Sistem kontrol tertutup/umpanbalik
Dari dua kategori teknik pengendalian diatas adalah perlu untuk mengetahui komponen dasar pengendalian pada masing-masing diagram blok Gambar 1.7 yaitu: 1. sensor dan transduser 2. Error detector atau detector atau alat pendeteksi penyimpangan harga input-output 3. Power aktuator 4. Amplifier atau penguat sinyal
6
ERROR DETECTOR
INPUT
ALAT PENGENDALI/ KONTROLLER
SISTEM/
OUTPUT
PROSES
ELEMEN UMPANBALIK/FEEDBACK
Gambar 1.7 Diagram blok rangkaian dasar pengendalian otomatis
Suatu contoh sederhana pada sistem kontrol terbuka dan tertutup adalah seperti pada pengaturan tanur listrik seperti Gambar 1.8 .
Sumber Daya
saklar manual
elemen pemanas OVEN
(a) sistem pengaturan terbuka
OVEN Pembanding/ termometer
Sumber Daya/Tegangan
saklar manual
elemen pemanas termokopel
(b) sistem pengaturan tertutup Gambar 1.8 Pengaturan oven listrik
Pada gambar (a) sistem pengaturan terbuka dimana panas yang memasuki tanur dikontrol oleh kombinasi saklar dan tiga titik (1,2,3) potensiometer yang mengatur arus listrik Pada tanur ini besamya temperatur tidak dapat diketahui secara pasti karena tidak terdapat suatu alat ukur temperatur. Operator hanya mengetahui bahwa tanur menerima panas tetapi tidak diketahui apakah panas tersebut sesuai dengan harga yang diharapkan. Karena tidak dapat diketahui
7
temperaturnya maka tidak terjadi koreksi jika ada gangguan pada proses. Sedangkan pada gambar (b) sistem tertutup terpasang alat ukur termokopel (termometer) yang dapat memberikan umpanbalik, dimana temperatur keluaran diukur dan dibandingkan dengan nilai yang diiginkan sehingga jika terjadi gangguan-gangguan pada proses dapat dikoreksi oleh pengendali dalam hal ini saklar rotasi sebagai pengendali/kontroler. Suatu contoh sistem pengaturan tertutup yang lebih komplek adalah sistern pengaturan pembangkit tenaga uap dimana mempunyai beberapa variabel yang dikontrol seperti pada Gambar 1.9. nput Air I nput Bahan bakar
K atup tup 1 K2
Turbin Turbin K3
Boiler/ K etel tel Uap U ap
Poros
I nput Udara
Generator/ Pembangkit Ten Tenaga
Output Output berupa Daya Daya L istrik
Gover Gover nor
K ecepatan Pengukuran
Oksi en
Pengukuran
Tem Temperatu raturr Pengukuran
Teka Tekan nan
K omputer puter
Gambar 1.9 Sistem pengaturan komplek pada Pembangkit Tenaga Uap
Secara diagram sistem pengaturan pembangkit tenaga uap dapat digambarkan pada Gambar 1.10. INPUT acuan: temperatur T, tekanan P, jumlah oksigen O dan putaran generator GN
KOMPUTER: alat kontrol yang mengatur dan mengendalikan mengendalikan variabel proses
Katup 1
SISTEM PEMBANGKIT TENAGA UAP
OUTPUT : hasil proses
Katup 2 Katup 3
Ο
Ο
T P Gn
ELEMEN UMPANBALIK/ SISTEM PENGUKURAN
T P Gn
Gambar 1.10 Diagram balok sistem pengaturan PLTU
8
Suatu sistem pengaturan pembangkit tenaga uap terdiri dari komputer sebagai pengendali sekaligus pembanding nilai-nilai yang diinputkan seperti besaran temperatur (T), tekanan (P), jumlah oksigen (0) dan besarnya pembangkitan sebagai keluaran yang diinginkan. Sementara pengukuran berfungsi mengukur variabel nilai yang dikeluarkan oleh proses dimana temperatur, tekanan, jumlah oksigen dan besarnya pembangkitan diumpan-balikan menuju komputer untuk didapat keluaran dari variabel-variabel yang sesuai dengan harapan pada proses tersebut. Komputer mengontrof katup-katup (1, 2 dan 3) yaitu masukan air, bahan bakar dan udara kedalam proses dimana besaran dari masukan tersebut telah di-set oleh komputer pada harga tertentu untuk menghasilkan output berupa pembangkitan aktual seperti yang diinginkan. Contoh lainnya adalah: 1. Pengendalian tinggi cairan
Set point: cairan yang diinginan
Error detector
Alat kontrol/pengatur
Katup fluida
Output: level cairan
Tanki
Alat pengapung dan dan pengukur level cairan
Jika aliran masuk samadengan aliran keluar maka tinggi (level) cairan dalam tanki adalah konstan. Jlika terjadi perbedaan aliran maka tinggi cairan didalam tanki akan naik turun. Elemen umpanbalik yaitu alat pengapung dan alat ukur ketinggian yang terpasang pada tanki selalu memberikan sinyal proporsional yang hargannya dibandingkan dengan set point (nilai yang diinginkan) untuk mengolah sinyal error (perbedaan error (perbedaan harga tinggi cairan yang terjadi). Alat pengendali atau kontroler kemudian mengatur katup kontrol pada pipa aliran masuk yang menuju tanki agar terjaga kondisi tinggi cairan pada harga yang diinginkan.
9
2. Pengendalian Motor listrik Secara diagram blok dapat digambar sebagai berikut:
Keterangan:
•
input atau set point adalah tegangan, kecepatan dan posisi putaran poros motor dinyatakan dalam sudut putar
•
alat pendeteksi kesalahan adalah transistor dan rangkaiannya
•
alat kontrol adalah amplifier yang mengendalikan daya atau power pada tingkat yang sesuai dan mengendalikan besarkecilnya arus dan tegangan listrik menuju motor selama operasi start, berhenti ataupun perubahan sudut putar
•
elemen feedback adalah feedback adalah sensor-sensor yaitu: tachometer yang merupakan sensor kecepatan yang terpasang pada poros motor dan encoder yang memberikan frekwensi analog dengan kecepatan putar motor. Unit sensor secara
khusus
mengumpanbalikkan
parameter
parameter
keluaran/output
untuk
dibandingkan dengan masukkan atau set point .
•
output berupa posisi dan kecepatan dari beban atau aplikasi seperti gerakan lengan robot, pompa, kipas angin, putaran mesin perkakas seperti CNC dan lain-lain.
3. Pengendalian jarak antar kendaraan (Bishop 2006)
10
Istilah-istilah: 1. Sistem: adalah sekumpulan bagian yang mempunyai kaitan satu sama lain yang bersama-sama beraksi menurut pola tertentu terhadap suatu input (masukan) dengan tujuan menghasilkan output (keluaran) yang berarti. 2. Teknik pengaturan = teknik pengendalian = kontrol otomatik: adalah susunan komponen-komponen fisik yang mempunyai hubungan atau kaitan satu sama lain menurut pola tertentu sehingga mengatur, memerintah dan mengarahkan diri sendiri atau sistem lain. 3. Manual: pengontrolan yang dilakukan oleh manusia sebagai operator. 4. Otomatis: pengontrolan yang dilakukan oleh mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan manusia sebagai pengawas saja.
Lampiran 1 menunjukkan perbedaan yang sangat mencolok antara kegiatan di industri yang menerapkan sistem manual dan otomatis.
11
BAB 2. KOMPONEN DASAR SISTEM OTOMATIS Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu menjelaskan dan mengidentifikasi komponen-komponen dasar otomatisasi (automation (automation ); ); 2. Pembaca mampu menjelaskan fungsi tiap-tiap komponen; 3. Pembaca mampu mendeskripsikan susunan komponen-komponen dasar otomatisasi kedalam suatu terapan sistem mekanis-elektris, hidrolis dan pneumatis dan kombinasinya.
Di dalam sistem automasi (otomatisasi) terdapat beberapa komponen dasar yang merupakan komponen mekanika dan elektronika yang membangun sistem otomasi dimana dapat dikategorikan dalam 1) Saklar dan Sensor, 2) Analiser (Penganalisa), 3) Aktuator dan 4) Drives (Penggerak utama)
2.1 Prinsip Kerja Sensor dan Saklar Sensor dan saklar adalah komponen penghubung pertama yang menyampaikan informasi dari masukan (input) yang kemudian dianalisa oleh analiser untuk diproses menjadi keluaran. Sensor dan transduser disebut juga saklar otomatik. Jenis-jenis sensor di dalam aplikasinya adalah: 1. sensor temperatur: thermocouples , detektor resistan 2. sensor tekanan; diaphragma 3. transducer posisi: potensiometer linier dan rotari, resolver, shaft encoder, detektor proximity 4. transducer aliran: elektromagnetik dan ultrasonic flowmeter Perbedaan mendasar antara sensor dan transducer adalah: Sensor: peralatan atau elemen yang menerima dan kemudian merespon suatu sinyal atau rangsangan. Transducer: peralatan atau komponen yang bekerja seperti sensor tetapi mengkoversikan sinyal masukan menjadi bentuk sinyal yang lain. Beberapa contoh komponen saklar (sensor mekanis) dan sensor ini adalah: 1. Saklar manual (manual switches ) Saklar ini bekeda secara manual yaitu bekerja secara normal terbuka atau tertutup Con/off~. Saklar ini banyak dijumpai pada pengontrolan lampu-lampu, seperti yang terpasang pada rumah tangga, pengontrolan panel-panel peralatan elektronik dan sebagainya. Saklar manual mempunyai konfigurasi yang terbagi dalam single pole single throw (SPST), single pole
12
double throw (SPDT), (SPDT), double pole single throw (DPST) DPST) dan double pole double throw (DPDT), DPDT), saklar rotari dan saklar tekan seperti tampak pada Gambar 2.1.
tekan/push
rotari (a) konfigurasi saklar manual
(b) Contoh saklar Gambar 2.1 Konfigurasi saklar manual dan contoh saklar
Sedangkan bagian utama penyusun saklar adalah terminal arus listrik, contactor, actuator block , spring-plunyer, frame dan frame dan tombol rocker .
13
Gambar 2.2. Bagian utama saklar manual
2. Saklar pembatas (limit (limit switch ) Saklar pembatas digerakkan secara mekanis tetapi bersifat otomatis
karena dalam
penggunaanya tidak ada campur tangan operator, misalnya diaplikasikan pada pengendalian gerakan lengan robot sistem pneumatis/hidrolis.
Contoh limit switch ini adalah saklar push
(saklar tekan).
Gambar 2.3 Konstruksi saklar pembatas
3. Saklar/Sensor pengira ( proximity proximity switches ) Pada umumnya saklar jenis ini tidak mernerlukan kontak langsung secara fisik. Saklar ini bekerja berdasarkan penangkapan sinyal elektromagnetik yang dipantulkan oleh suatu benda. Saklar pengira ini mempunyai jarak penginderaan tertentu dan biasanya dipakai untuk mengenali benda ferrous dan non-ferrous.
14
Gambar 2.4 Saklar pengira
4. Sensor Photoelektrik/photocell Seperti juga saklar pengira, sensor jenis ini juga mempunyai kepekaan terhadap sinar radiasi. Dengan menggunakan sinar yang dipantulkan, sensor ini dapat mendeteksi adanya benda atau sesuatu yang menghalangi jalannya sinar terpantul menuju sensor.
Gambar 2.5 Sensor Photoelektrik
Beberapa contoh sensor diatas adalah bekerja berdasarkan gelombang elektromagnetik yaitu radiasi dan emisi sinar yang sangat sensitif. Sensor tersebut tergolong peralatan optoelektronik yaitu
merupakan
teknologi
yang
memanfaatkan
radiasi
gelombang
elektromagnetik dengan panjang gelombang berkisar antara 0,3 milimikron sampai 0,75 mikron (dari ultraviolet sampai infrared) yang secara luas diaplikasikan untuk sensor ( sensor photoelektrik dan proximity), laser, photocell, light-emmiting diode dan serat optik (fibre (fibre optics ). ). Prinsip kerja sensor untuk mendeteksi suatu benda/obyek terbagi dalam dua konfigurasi: 1.
Konfigurasi gelombang tembus: konfigurasi ini menempatkan posisi transmiter gelombang berhadapan dengan reciever gelombang dimana obyek/benda yang akan disensor dilewatkan antara transmitter dan receiver.
15
transmitter
receiver
Gambar 2.6 Prinsip kerja sensor Tembus
2.
Konfigurasi gelombang pantul: konfigurasi ini memposisikan benda/target yang akan disensor merupakan obyek pantul dari gelombang yang transmisikan oleh transmitter untuk transmitter untuk diterima oleh reciever.
transmitter
obyek
receiver Gambar 2.7 Prinsip kerja sensor pantul
2.2 Transduser Definisi transduser adalah suatu alat yang mampu melakukan sensor dan merubah sinyal yang disensor menjadi sinyal dengan besaran fisika yang lain. Gtransduser memiliki kemampuan merubah atau mengkonversikan energi ke bentuk energi yang lain. Pemakaian kata transduser selalu disamakan dengan sensor. Konstruksi utama sebuah transduser memiliki
16
elemen sensor dan elemen yang mengkonversikan besaran yang telah disensor menjadi besaran (fisika/energi) lain. Gambar 2.8 secara diagram menunjukkan struktur transduser.
Gambar 2.8 Struktur transduser
Gambar 2.8 menjelaskan cara kerja sebuah transduser yang mampu merubah hasil sensor dari suatu obyek yakni berupa besaran listrik menjadi besaran listrik yang lain berupa sinyal tegangan dan kuat arus. Tabel 1.2 adalah klasifikasi jenis transduser/sensor.
Tabel 1.2 Jenis dan prinsip kerja transduser/sensor (Popovic dan Vlacic, 1999) 1999)
17
Beberapa contoh jenis dan penggunaan transduser: 1. Transduser resistif : digunakan untuk mengukur gerak linier dan putar, mendeteksi kesalahan posisi dan mengukur gaya. Contoh kelompok transduser resistif adalah potensiometer dan strain gages (Gambar gages (Gambar 2.9). Cara kerjanya merubah nilai tahanan (besaran elektris) dari bahan sensor menjadi besaran gaya atau perubahan jarak yang ditampilkan dalam satuan mekanis.
(a)
(b)
Contoh
aplikasi
strain
Potensiometer
Strain gages
gages ditunjukkan
pada
Gambar
2.10
yakni
mendeteksi
perubahan/displacement perubahan/displacement atau regangan dan gaya pada bahan yang dikenai beban. Biasanya dipasang lebih dari satu strain gages .
18
Gambar 2.10 Pemasangan strain gages
2. Transduser induktif : digunakan untuk mengukur perubahan gerak/displacement gerak/displacement , percepatan, tekanan dan gaya dengan mengkonversikan besaran dari medan magnet menjadi besaran elektris. Contoh kelompok ini adalah LVDT (linier (linier variable differential transformer ). ).
Gambar 2.11 LVDT (http://www.pages.drexel.edu/~ (http://www.pages.drexel.edu/~pyo22/mem351-2004 pyo22/mem351-2004/lecture04/pp062-073lvdt.p /lecture04/pp062-073lvdt.pdf df )
3. Transduser piezoelektrik : memanfaatkan distribusi sifat kristal bahan yang memliki ion positf dan negatif. Bahan yang dipakai untuk piezoelektrik adalah keramik dan kaca/quartz kaca/quartz . Transduser ini digunakan untuk mendeteksi dan menyensor gaya, regangan, tekanan dan perubahan/displacement perubahan/displacement suatu suatu obyek.
19
Gambar 2.12 Transduser piezolektrik
4. Transduser Temperatur: Temperatur : digunakan untuk mendeteksi dan mengukur besaran temperatur. Prinsip kerjanya merubah besaran temperatur dalam bentuk perubahan nilai tahanan, konduktifitas dan radiasi suatu bahan. Jenis transduser ini adalah termokopel, RTD, termistor dan pirometer. Termokopel, RTD dan termistor memanfaatkan sifat tahanan dan dan konduktifitas dari dua bahan logam yang bisa berubah-ubah akibat panas yang terdeteksi.
(a) Konstruksi RTD
(b) Termistor
20
(c) Termokopel
Gambar 2.13 Transduser RTD, termistor dan termokopel
Kelompok termokopel memiliki tipe aplikasi terhadap besaran temperatur yang akan diukur.Di dalam praktek penggunaanya, tipe termokopel telah distandarkan dengan mengenali warna konektor yakni hitam, merah, biru dan kuning yang menandakan rentang temperatur yang bisa diukur oleh termokopel tersebut. Tipe termokopel ditunjukkan pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Tabel pemilihan jenis termokopel
21
2.3 Analiser 2.3 Analiser (Komponen penganalisa) Sekali informasi diterima oleh sistem dari masukan saklar atau sensor, maka informasi yang tercatat tersebut harus dianalisa dan diolah untuk mendapatkan suatu keputusan tentang apa yang harus dikerjakan selanjutnya. Komponen analiser (penganalisa) yang banyak dijumpai adalah : 1. Komputer (alat kontrol) : PLC (pengendali logika terprogram), minimum sistem, PC, dan mainframe. Komputer disini termasuk operator (analyst), perangkat lunak dan perangkat keras. 2. Mesin penghitung: penghitung: mesin ini secara menghitung berapa jumlah produk yang telah dihasilkan dari suatu proses produksi, tersusun dari sensor photoelektrik dan komputer dan elektronik display. 3. Pembaca kode bar: bar: kode bar merupakan label yang tertera pada kemasan luar suatu produk yang memberikan banyak informasi tentang produk seperti nama dan jenis produk, harga, nomer seri, tanggal pernbuatan dan lain-lain. Komponen ini tersusun dari laser scanner , sensor photoelektrik dan dekoder.
Sensor: transmitter
Obyek: botol
Receiver Bentuk respon: sinyal digital
Mesin penghitung
Gambar 2.14 Contoh komponen analiser: mesin penghitung
2.3.1 Pengkondisian Sinyal dan Cara Kalibrasi Sensor/Transduser Setiap sinyal keluaran yang ditangkap oleh sensor/transduser secara langsung harus diproses menuju suatu tahapan respon berikutnya. sinyal analog sebagai sinyal input akan diolah menjadi sinyal digital dalam proses outpunya. Sinyal tersebut kemungkinan terlalu lemah
22
sehingga perlu dikuatkan (gaining (gaining ) atau mungkin ada sinyal pengganggu (interference (interference ) yang harus dihilangkan, kemungkinan pula muncul sinyal non-linier yang harus dilinierkan. Hal inilah yang mengharuskan suatu sistem atau proses perlu tahap pengkondisian sinyal agar informasi yang diperoleh bisa ditangkap secara akurat. Gambar 2.15 menunjukkan secara diagram balok proses pengkondisian sinyal dari suatu masukkan sensor/transduser menuju suatu proses pengukuran untuk menghasilkan keluaran yang berguna.
Gambar 2.15 Pengkondisian Pengkondisian sinyal
Proses pengkondisian sinyal atau disebut sebagai proses manipulasi sinyal bertujuan menghasilkan nilai output yang bermanfaat serta mereduksi gangguan (noise (noise ) dari suatu proses. Langkah pertama pengkondisian sinyal adalah tahap kalibrasi nilai analog menjadi nilai digital dari suatu unit sensor/transduser yang digunakan untuk mengendalikan suatu proses. Contoh kalibrasi pada termokopel adalah menggunakan kondisi analog temperatur terendah yakni es dan temperatur tertinggi yakni kondisi analog air mendidih. Range atau jangkauan temperatur yang akan diamati dari termokopel diukur dan dikalibrasi menjadi besaran digital yang sepadan yakni temperatur 0 0C samadengan kuat arus 4mA sedangkan temperatur 100 0C samadengan kuat arus 20 mA. • Ice temperature: 0 oC (4 mA) • Boiling water: 100 oC (20 mA)
Hasil kalibrasi ini menunjukkan bahwa rentang temperatur antara 0 – 100 0C diwakili oleh sinyal dari besaran kuat arus antara 4 – 20 mA. Gambar 2.16 adalah termokopel yang dikalibrasi dilengkapi alat pengkondisian sinyal yang terbaca berupa besaran arus listrik dalam satuan miliampere.
23
Gambar 2.16. Kalibrasi termokopel Pada suatu sistem digital, pengkondisian sinyal memerlukan piranti yakni konverter ADC/DAC yang akan dibahas di sub-bab 6, melalui proses pengantarmukaan atau interfacing yang didukung oleh piranti operational amplifier (op-amp) sebagai (op-amp) sebagai piranti penguat sinyal pada proses pengkondisiannya.
2.4 Aktuator Setelah komputer menganalisa dari setiap kondisi yang diinputkan, maka selanjutnya perlu adanya aksi atau tindakan. Suatu aktuator adalah komponen yang mengambil tindakan dalam
arti
mempunyai
pengaruh
langsung
pada
proses.
Komponen
ini
berfungsi
membangkitkan/mengaktifkan dan tidak membangkitkan/in-aktif (energised/de-energised (energised/de-energised ) suatu gerakan atau tindakan/aksi pada proses yaitu dirangkai langsung dengan beban atau peralatan yang dikontrol seperti motor penggerak (drive (drive ) atau mekanisme akhir yang digerakkan. Aktuator dapat dibagi dalam tiga kelompok yaitu: 1.
Aktuator sistem mekanis: aktuator ini terpasang pada sistem mekanis yang menghasilkan gerakan pada seluruh mekanisme. Contoh aktuator ini adalah rangkaian rodagigi, rangkaian sabuk-pulley, rangkaian nok-as, dan mekanisme batang penghubung.
Gambar 2.17 Aktuator Mekanis
24
2. Aktuator sistem hidrolis/pneumatis: rangkaian piston-silinder, jenis-jenis katup dan mekanisme penggerak fluida. 3. Aktuator sistem elektris dan gabungan (eletromekanis): rangkaian penguat operasional (op-amp (op-amp ), ), solenoid (koil magnetik) dan relay. Beberapa contoh komponen aktuator ini adalah: 1. rangkaian roda gigi: rangkaian ini berfungsi mentransmisikan gerakan (energi mekanis) putar ke mekanisme akhir yang digerakkan (driven ( driven ). ). Penggunaan komponen ini sangat luas di berbagai mesin-mesin produksi seperti mesin perkakas, mekanisme pemindah barang dan lain-lain
(a) Rangkaian rodagigi sederhana
(b) Rangkaian rodagigi tersusun
(c) Rangkaian rodagigi planet
Gambar 2.18 Rangkaian rodagigi
2. rangkaian silinder-piston : aktuator ini dapat memenuhi suatu aplikasi yang membutuhkan gerakan linier (lurus) dan cepat. Contoh popular dari aktuator ini adalah silinder pneumatik dan hidrolik.
25
Gambar 2.18 Bentuk silinder pneumatis/hidrolis
3. solenoid: Solenoid adalah aktuator dengan prinsip kerja daripada medan magnit yang dihasilkan dari arus listrik yang dialirkan melalui kumparan (coil (coil ). ). Timbulnya medan magnet akan menarik spol core sehingga menghasilkan gerakan linier pendek membuka dan menutup diafragma. Solenoid ini banyak diaplikasikan pada sistem hidrolik dan pneumatik karena mempunyai aksi gerak linier yang cepat dan pendek terutama dalam pengontrolan katup-katup.
+ -
ke sumber tegangan listrik
fluida
(a) gerakan menutup
(b) gerakan membuk a
Gambar 2.19 Konstruksi katup solenoid
26
4. Relay: Relay sebagai komponen aktuator berfungsi menghubungkan suatu rangkaian daya atau masukan dengan suatu beban (suatu contoh beban adalah lampu atau motor). Rangkaian relay ini tersusun dari solenoid atau kumparan yang beroperasi pada tegangan rendah DC (arus searah) dan tegangan AC. Pada umumnya relay mempunyai dua jenis yaitu secara normal terbuka (normally (normally open ) dan secara normal tertutup (normally (normally closed ). ). Aktuator yang mempunyai prinsip kerja seperti saklar yang mempunyai susunan berupa penghubung (contactor (contactor ) arus dan kumparan yang merupakan pengendali relay dalam setiap aksinya.
(a) Normally open
(b) Normally closed
(c) relay Gambar 2.20 Jenis Relay Gambar
2.5 Drives (Penggerak) Drives (Penggerak) Fungsi daripada penggerak (drives) ini hampir sama dengan aktuator yaitu melakukan aksi pada proses, tetapi penggerak mempunyai gerakan yang kontinyu dan gerakan rotasi (khusus untuk motor listrik) maupun linier (khusus untuk motor hidrolik dan pneumatik) sedangkan aktuator gerakannya singkat, tidak kontinyu (discrete (discrete motion ) dan linier. Seksi dibawah ini akan mengetengahkan tentang motor listrik, sedangkan motor hidrolik dan pneumatik ditampilkan pada seksi pengenalan komponen hidrolik dan pneumatik.
27
2.5.1 Motor Listrik Sebuah motor listrik adalah berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Konstruksi sebuah motor listrik terdiri dari rotor yang merupakan bagian yang bergerak (berputar) dan stator. Beberapa jenis motor listrik adalah:
Gambar 2.21 Contoh motor listrik
1. Motor stepper Rotor pada motor stepper mempunyai magnet yang menyatu dengan poros putar. Di sekeliling rotor terdapat kumparan-kumparan yang membuat medan magnet yang berinteraksi dengan magnet permanen. lika arus listrik yang melalui kumparan dihidup-matikan ((on on dan off ) maka medan magnet akan menyebabkan rotor berputar. Putaran motor ini bisa searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. lika motor tetap pada posisi hidup atau on , maka rotor akan tetap diam pada posisinya (ini yang membedakan dengan motor DC), agar rotor tetap berputar maka sekali lagi kumparan harus di-
28
on/off-kan. Motor stepper ini mudah dikendalikan dengan menggunakan komputer digital sebab secara sederhana hanya meng-on/off-kan kumparan. Aplikasi motor mot or stepper step per di bidang automasi au tomasi adalah ad alah pada gerakan robot, mesin NC (numerically
controlled ), ), printer (mesin pencetak) dan umumnya
menerapkan sistem pengaturan loop terbuka (open (open loop control ). ). 2. Motor servo Salah satu contoh dari motor servo ini adalah motor DC (motor arus searah). Perbedaan prinsip kerja motor servo dengan motor stepper adalah jika motor servo ini dialiri arus listrik dari sumber tegangan maka rotor servo akan terus berputar dan dengan mengubah polaritas tegangan maka arah putaran akan berubah. Konstruksi dari motor ini tersusun dari lilitan kumparan pada rotor dan batang magnet yang terpasang pada stator. Kecepatan putar motor servo dipengaruhi oleh pembebanan, semakin besar beban yang diaplikasikan semakin turun kecepatan putarnya. Suatu contoh adalah lengan robot yang digerakan oleh motor servo, dimana saat mengangkat beban yang lebih berat maka lengan robot akan mengalami penurunan kecepatan geraknya. Jika hal ini dikontrol oleh komputer, komputer tidak akan tahu apa yang terjadi kecuali pada motor servo tersebut dipasang suatu alat yaitu encoder. Encoder disini berfungsi sebagai feedback (umpanbalik) untuk menjaga posisi putarnya tetap pada lintasan putar (perubahan sudut tertentu yang tercatat). Didalam setiap aplikasinya adalah suatu keharusan menerapkan pengendalian loop tertutup (closed (closed loop control ). ). 3. Motor AC Motor AC (alternating (alternating current ) merupakan motor induksi dimana kumparan rotor tidak menerima energi listrik secara langsung tetapi secara induksi dari kumparan statornya. Jika kumparan stator ini dialiri arus listrik maka akan timbul flux magnet yang mengakibatkan rotor berputar karena adanya induksi magnet. Motor AC ini tidak menggunakan batang magnet seperti pada motor DC, jadi hanya mamakai kumparan-kumparan pada rotor dan motor.
Kumparan
stator
berfungsi
sebagai
kumparan
medan
yang
membangkitkan medan magnit.
Mengenai motor listrik khususnya motor DC (arus searah) dibicarakan pada sub-bab 3 yang mengetengahkan pengenalan dan prinsip kerja penggerak elektrik beserta pengendaliannya.
29
BAB 3. MOTOR LISTRIK (ELECTRIC (ELECTRIC MOTOR ) Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu mendiskripsikan klasifikasi dan konstruksi motor listrik; 2. Pembaca mampu menjelaskan prinsip kerja dan cara pengaturan motor listrik; 3. Pembaca mampu memilih dan menentukan jenis motor listrik yang sesuai untuk aplikasi/penggunaanya pada suatu sistem mekanis.
3.1 Konstruksi Motor Listrik Semua motor listrik (lihat Gambar 3.1 klasifikasi motor listrik) mempunyai konstruksi yang tersusun dari: 1. rotor: bagian motor yang berputar, terdiri dari konduktor, magnet permanen, lilitan tembaga yang dihubungkan dengan cincin slip (geser); slip (geser); 2. armatur: sama dengan rotor tetapi tersusun dari kumparan kawat tembaga dimana arus listrik dialirkan melalui komutator;cincin slip: bagian yang menyampaikan energi listrik dimana tersusun dari pasangan cincin luar dan cincin dalam; 3. komutator: bagian yang berfungsi mengatur arah aliran arus listrik menuju armatur/rotor; 4. bantalan/bearing/bushing: bagian yang menumpu rotor/armatur pada badan motor. 5. Badan motor/stator: bagian motor yang tidak bergerak/berputar, biasanya terdapat magnet permanen disisi dalamnya yang meghasilkan medan magnet tempat atau rumah armatur; 6. pengendali/kontrol motor: bagian yang berfungsi mengendalikan parameter gerakan motor (kecepatan dan posisi poros/rotor, mengkonversikan sinyal AC ke DC atau sebaliknya; 7. pengendalian frekuensi AC. Setiap jenis motor mempunyai kontrol yang berbedabeda. Kontrol motor tersusun dari rangkaian elektronik seperti kontaktor/relay kontaktor/relay , kapasitor atau induktor (motor AC), sensor kecepatan dan posisi (motor servo), armatur cahaya, armatur voltage control, field voltage control, pulse width modulation (pwm),dan cycloconverter.
30
MOTOR DC
MOTOR MEDAN MA MAGNET GNET P ERMANEN 1. 2.
MOTOR MEDAN LILITAN
KONVENSIONAL KUMPARAN BERPUTAR
1. 2. 3.
LILITAN SERI SE RI LILITAN SHUNT LILITAN KOMPON
MOTOR MOTOR SINKRON SINKRON
1. 2. 3.
ROTOR MAGNET PE RMANEN KUMPARAN EKSITASI FRAKSIONAL FRAK SIONAL HP
MOTOR INDUKSI
1. 2. 3.
ROTOR KUMPAR AN SANGKAR SQUIRREL FASA SATU/SINGLE PHASE
1. 2.
ROTOR MAGNET PE RMANEN VARIABEL RELUKTANSI
MOTOR AC
MOTOR UNIVERSAL
MOTOR DC KOMUTASI
MOTOR MOTOR STEPP ER
MOTOR SERVO BRUSHLESS
MOTOR TIMING
MOTOR SCR
Gambar 3.1 Klasifikasi motor listrik
3.2 Aplikasi dan model pengendalian Motor Listrik Saat ini pengendalian gerakan (motion control) dari suatu sistem mekanis, terutama pemanfaatan motor listrik, sangat dibutuhkan pada kebanyakan industri. Motor listrik adalah sebuah alat yang mengkonversikan energi listrik menjadi energi mekanis untuk memutar sebuah poros putar. Motor listrik , baik yang menggunakan tegangan listrik AC maupun DC, adalah sebuah penggerak mula pada suatu sistem mekanis yang bersifat otomatik untuk
31
aplikasi pada mesin-mesin perkakas modern dan alat pemindah barang seperti mesin CNC, robot, AGV, konveyor, mesin rolling, mesin milling, mesin cuci, pompa, dan lain-lain.
Gambar 3.2 Pengendalian motor listrik
Macam-macam kerja dari motor listrik dalam aplikasinya dibagi dalam tiga kelas yaitu: 1. Kerja
Terus-menerus
(continuous (continuous
duty ): ):
biasanya
digunakan
untuk
penggerak mesin milling pada pabrik kertas, mesin perkakas, kompressor, pompa sentrifugal dan kipas angin pendingin 2. Kerja
singkat
(short-time (short-time
duty ): ):
digunakan
untuk
penggerak
crane
pengangkat, penggerak katup, kontrol posisi pada mesin perkakas dan beberapa alat rumah tangga (mixer, kipas angin, cd drive). 3. Kerja Terputus-putus (Intermitent (Intermitent duty ): ): diaplikasikan pada alat-alat yang kerjanyatergantung pada selang waktu tertentu seperti pada mesin press, screwdriver, mesin bor dan mesin pemotong logam.
Gambar 3.3 Konstruksi Motor DC
32
Penggunaan motor
listrik yang luas ini menerapkan suatu sistem kendali gerakan yang
disebut pengendalian secara elektronik seperti ditunjukkan pada diagram Gambar 3.4. Sumber daya
Modulator Daya
Motor Listrik
Beban atau Keluaran
Unit Sensing atau Pengindera: tachometer, accelerometer
Unit Kontrol
Masukkan atau Perintah
Gambar 3.4 Diagram Pengendalian Motor listrik
Motor listrik yang listrik yang dikendalikan adalah Dc dan/atau Ac dimana motor Dc ysng banyak dikenal (dan akan dibicarakan pada seksi ini) adalah motor stepper dan servo . Sedangkan dari jenis Ac adalah motor induksi dan motor sinkro. sinkro. Beban atau keluaran dari motor listrik adalah peralatan atau permesinan berupa kipas angin, pompa, robot, mesin cuci, mesin perkakas (CNC), konveyor dan lain-lain. Biasanya beban tersebut dispesifikasikan berdasarkan kecepatan dan torsi yang dikehendaki. Kecepatan dan torsi merupakan karakteristik dari sebuah motor listrik. Modulator daya pada diagram pada Gambar 3.4 berfungsi membangkitkan daya yang diperlukan oleh motor listrik selama beroperasi dan berfungsi mengkonversikan tegangan yang dipakai dan fungsi yang ketiga adalah sebagai rangkaian saklar dimana pada saat-saat tertentu operasi dari motor tersebut diatur. Unit Kontrol
berfungsi mengendalikan modulator daya
sehingga memberikan fungsi sebagai pembangkit daya, konversi tegangan dan fungsi saklar. Sumber tegangan adalah tegangan yang membangkitkan rangkaian pengendali motor listrik secara elektonik diatas, dapat berupa tegangan AC maupun DC.
3.3 Prinsip Kerja Motor DC Kebanyakan jenis motor dc (arus searah) adalah DC magnet permanen. Prinsip kerja dari sebuah motor Dc adalah adanya medan magnit yang dibangkitkan oleh arus listrik pada koil sehingga menyebabkan putaran pada armatur akibat perbedaan posisi kutub magnet seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.
33
( a)
( b)
Ρ Τ dan ω
E
Vdc Ι
Gambar 3.5 Prinsip Kerja Motor DC
Gambar 3.5a menunjukkan dua magnet permanen dengan kutub utara (N) dan selatan (S), kumparan kawat tembaga yang dihubungkan dengan sikat-sikat (brushes) dimana jika arus listrik dialirkan menuju sebuah kumparan tembaga yang bersinggungan dengan sikat akan timbul gerakan berputar pada kawat tersebut. Gerakan berputar kawat tersebut dimanfaatkan dengan menambahkan bantalan (bearing (bearing ) untuk suatu poros putar (disebut rotor). Arah putar dari kumparan tergantung pada polaritas baterai (negatif dan positif) dan arah dari garis gaya magnet dari magnet permanen. Sedangkan gambar 3.5b adalah gambar rangkaian listrik yang menerangkan armatur dari motor DC pada kondisi mantap (steady ) dimana persamaan matematika untuk semua motor DC adalah: V = E + R I E = K ω φ = φ N T=KIφ K=Vω Dengan: V adalah sumber tegangan , volt vo lt R adalah tahanan dari lilitan armatur motor , ohm E adalah tegangan eksitasi. Volt I adalah arus listrik armatur, ampere ω adalah kecepatan armatur, Rad/detik φ flux magnet per kutup, webers
K adalah konstanta motor T adalah torsi motor, N.m
34
N putaran motor, rpm Susunan lilitan kawat (koil) pada prakteknya terdiri dari beberapa kumparan
seperti
pada Gambar 3.6 .
Gambar 3.6 Susunan lilitan (koil) pada armatur
Semakin banyak jumlah susunan koil semakin halus motor berputar. Bagian akhir dari tiap koil yang dihubungkan dengan sumber tegangan disebut komutator. 3.3.1 Pengendalian dan Karakteristik Motor DC Prinsip kerja: -
armatur berputar akibat dari adanya torsi yang disebabkan oleh aliran arus listrik pada kumparan armatur dimana dilingkupi oleh medan magnet.
-
kecepatan putaran dibatasi oleh besar electromotive force (gaya force (gaya gerak listrik) saat armatur bergerak di dalam suatu kuat medan magnet.
Sehingga metode/cara pengendalianya (kecepatan motor) sebagai berikut: -
mengendalikan besar arus listrik yang mengalir menuju kumparan armatur
-
mengontrol kuat medan magnet
Karakteristik tiap jenis motor DC: -
Magnet permanen: variasi besar tegangan DC dialirkan menuju armatur melalui komutator tetapi kuat medan magnet tidak bervariasi (konstan). Jenis motor ini hanya dapat dikendalikan besar arus listriknya saja untuk menghasilkan lecepatan sesuai spesifikasi dan arah putaran (bjj atau sjj) dikontrol dengan merubah kutup positif/negatif sumber tegangannya. Torsi yang dihasilkan juga dibatasi oleh besar arus listrik yang bervariasi (sesuai batas spesifikasi motor agar tidak terbakar!). tabel dibawah ini menunjukkan hubungan besar tegangan yang diberikan dengan kecepatan dan torsi motor.
35
-
liitan seri (series (series wound ): ): armatur dan lilitan terhubung seri. Dengan merubah kutup positif/negatif tegangan listrik maka tidak akan merubah arah putaran armatur. Arus melewati lilitan menuju armatur dimana semakin kecil arus Dc semakin kecil pula arus armatur. semakin rendah arus armatur semakin menurun kecepatan putarnya. Ketika kuat medan magnet diperkecil maka kecepatan akan meningkat. Motor Dc jenis ini sulit dikendalikan. Motor seri ini mempunyai karakteristik aplikasi dimana semakin tinggi beban semakin berkurang kecepatan putarnya.
Kecepat ecepat an
Tor s i Gambar 3.7. Karakteristik motor DC lilitan seri
-
lilitan shunt : armatur dan lilitan terhubung pararel. Jenis ini memberikan torsi yang sangat rendah tetapi memberika pengaturan kecepatan yang baik. Kuat medan dan arus armatur dapat dikendalikan secara terpisah. Arah putaran dapat dirubah dengan menukar kutup positif/negatifnya. Karakteristik aplikasinya mempunyai kecepatan konstan meskipun terdapat perubahan beban.
Kecepat ecepat an
Tor s i Gambar 3.8 Karakteristik lilitan shunt
-
lilitan kompon: merupakan gabungan antara rangkaian jenis lilitan seri dan lilitan shunt dimana kecepatan dapat dikendalikan melalui variasi resistan/besar tahanan pada rangkaian shunt . Kecepatan putar terbatas dimana berkurangnya besar tahanan akan meningkatkan
36
besar arus pada rangkaian tetapi akan muncul gejala overheating yang dapat merusak motor.
Kecepat ecepat an
Tor s i Gambar 3.9 Karakteristik lilitan compound Pengendalian kecepatan motor DC: RPM = Va – (Ia x Ra) / F Dengan:
RPM: kecepatan rotasi tiap menit Va: tegangan yang melintasi melintas i kumparan (armatur), volt Ia: Arus listrik pada armatur. ampere Ra: tahanan pada armatur, ohm F: kuat medan, fluks Torsi output motor: T = K x F x Ia dengan: T: torsi K: konstanta motor Contoh perhitungan: 1. Diketahui sebuah motor DC untuk menggerakkan suatu beban dengan spesifikasi tegangan kerja 200V, arus 10,5 A, putaran motor 2000 rpm dan tahanan armatur dan medan adalah 0,5 dan 400 Ω. Jika torsi diasumsikan konstan, tentukan putaran motor jika tegangan turun menjadi 175V Jawab: Fluk magnet pada 200V = φ1 maka fluk magnet pada 175V: φ2 = 175/200 x φ1 = 0,875 φ1
Selama torsi konstan: I2φ2 = I1φ1 maka kuat arus I2 = 10,5/0,875 x I 1 = 11,4 A Tegangan kerja E1 = V1 – I1R 1 = 200 – 10,5 x 0,5 = 195 V E2 = V2 – I2R 2 = 175 – 11,4 x 0,5 = 169,3 V Sehingga putaran motor pada 175V : E1 /E2 = φ1 N1 /φ2 N2 N2 = 169,3/195 x 1/0,875 x 2000 = 1984,5 rpm
37
3.3.2 Tipe Motor DC : Motor DC biasa, Motor Servo dan Stepper 1.Motor DC Biasa Untuk menghidupkan motor DC biasa secara manual adalah sangat sederhana yaitu dengan memberikan arus listrik searah melalui sumber tegangan yang tersambung dengan saklar S1 (on) seperti ditunjukkan pada Gambar 3.10a sehingga motor berputar.
Vd
( b) ( a)
Tr ansi st s t or
Gambar 3.10 Pengendalian Gerakan Motor Dc Biasa
Sedangkan Gambar 3.10b memperlihatkan rangkaian yang tersusun dari sebuah transistor dimana untuk menggerakkan motor, saklar S1 harus terbuka (off) sehingga arus mengalir menuju transistor untuk mengerakkan motor. Transistor disini berfungsi sebagai saklar penghubung. Jika dinginkan gerakan motor dengan arah yang berlawanan, misalnya searah jarum jam atau berlawanan, maka tegangan yang diberikan perlu diubah kutub positif dan negatifnya. Rangkaian penggerak untuk merubah arah putar motor diperlihatkan pada Gambar 3.11.
(a)
(b)
Gambar 3.11 Rangkaian Pengendali Arah Putar Motor Dc Biasa Dimana gambar (a) menunjukkan rangkaian dengan dua saklar S1 dan S2 dan sumber tegangan yang dihubungkan dengan masing-masing saklar. Jika diinginkan gerakan putar searah jarum jam maka saklar S1 pada posisi tertutup (ON) dan saklar S2 tetap terbuka (OFF). Jika saklar S2 tertutup (ON) dan saklar S1 terbuka (OFF) maka putaran dari motor akan berubah arah berlawanan jarum jam. Dari rangkaian gambar 3.8 diatas
38
yang perlu diingat adalah jangan menutup saklar S1 dan S2 bersamaan karena akan menimbulkan hubungan singkat yang menyebabkan motor terbakar. Alternatif lain untuk mengendalikan arah putaran motor dc ini ditunjukkan oleh gambar (b) dimana secra manual jika saklar S1 dan saklar S3 ditutup (ON) sedangkan S2 dan S4 terbuka (OFF) maka motor akan berputar searah jarum jam. Jika saklar S2 dan S4 ditutup (ON) sedangkan S1 dan S3 terbuka (OFF) maka arah putar akan berlawana dengan jarum jam. Sekali lagi jangan pernah menutup S1 dan S4 bersamaan atau S2 dan S3 bersamaan karena akan menyebabkan hubungan singkat.
2. Motor Servo Motor servo tersusun dari motor listrik Dc biasa, rangkaian rodagigi, sebuah potensiometer atau enkoder dan beberapa kontrol elektronik. Motor servo berputar pada kecepatan yang berubah-ubah dimana kecepatan berputar lebih tinggi dari kecepatan porosnya, dan dikopling pada rangkaian rodagigi yang mereduksi kecepatan dimana kecepatan putar motor yang sangat tinggi tersebut dapat dimanfaatkan untuk tujuan tertentu. Dengan direduksinya kecepatan motor maka torsi akan lebih meningkat. Torsi adalah daya puntir (twisting) dari servo, Semakin tinggi torsi semakin besar beban yang mampu digerakkan oleh motor servo ini. Motor servo mempunyai tiga kabel: kabel power, ground dan kontrol. Kabel kontrol digunakan untuk mengirimkan sinyal posisi dari poros output motor ke rangkaian pengendali (sistem kontrol). Suatu sistem kontrol dc servo ditunjukkan pada Gambar 3.12.
Input atau perintah
Rangkaian kontrol
Motor DC Servo
Roda Gigi
Output posisi
Potensiometer atau enkoder
Gambar 3.12 Diagram pengendalian pengendalian Dc Servo
Potensiometer (variabel resistor) dikopling dengan keluaran rodagigi. Nilai tahanan dari potentiometer proporsional terhadap posisi poros keluaran DC servo ( 0 –1800 ). Nilai tahanan ini digunakan oleh rangkaian kontrol untuk mengolah suatu sinyal error (kesalahan) jika posisi yang dikehendaki tidak sama dengan posisi saat itu. Sinyal kesalahan akan dicapai pada harga 0 jika posisi sama dengan yang dikehendaki. Jadi posisi output akan selalu diumpanbalikkan ke rangkaian kontrol untuk membuat suatu
39
sinyal kesalahan bernilai nol. Jika perbedaan antara posisi aktual dan posisi yang dikehendaki sangat jauh, maka motor DC servo akan berputar semakin cepat untuk membawa perbedaan (sinyal kesalahan) ke harga nol. Kecepatan sinyal pengendalian yang dikirimkan untuk menentukan posisi poros dinyatakan dengan lebar pulsa dalam μs) satuan milisecond (ms) atau microsecond ( μ s ) . Lebar pulsa ditentukan oleh pabrik
pembuat motor servo dimana masing-masing pembuat mempunyai spesifik harga yang berbeda-beda. Kecepatan dan posisi dari motor servo dipengaruhi oleh pembebanan yang diaplikasikan. Rangkaian pengendali jaringan tertutup yang tersusun dari elemen umpan balik (enkoder dan potensiometer) akan merespon (membandingkan) posisi keluaran dengan posisi yang diinputkan sehingga adanya pengaruh pembebanan pada motor servo ini dikendalikan untuk menghasilkan posisi keluaran sesuai dengan yang dikehendaki. Dengan menggunakan motor servo ini, sebuah motor
DC akan
memberikan ketepatan posisi secara efektif.
3.
Motor Stepper
Motor servo dan stepper , salah satu dari jenis motor Dc, dimana mempunyai karakteristik aplikasi atau penggunaan yang berbeda dengan jenis motor dc biasa. Perbedaan prinsip adalah kedua jenis motor tersebut tidak dapat berputar secara bebas jika sumber tegangan diberikan kepadanya. Motor stepper atau motor langkah yang mempunyai perilaku sangat berbeda dengan motor dc biasa. Motor stepper ini stepper ini tidak bisa berputar secara bebas saat diberikan arus listrik kepadanya. Untuk dapat berputar diperlukan suatu rangkaian pengendali (driver (driver ). ). Gerakan berputar dari poros motor stepper ini ditentukan dalam
derajat per langkah (degrees per step ). ). Hal lain yang
membedakan motor stepper dengan motor DC biasa adalah adanya kabel yang berjumlah lebih dari empat dimana kabel dua yang pertama berfungsi sebagai kabel power sedangkan sisanya berfungsi untuk pengendalian gerakan dalam urutan tertentu. Derajat gerakan per langkah dari motor ini berkisar paling rendah 1,5 derajat, 1,8 derajat 15 hingga 90 per langkah. Motor stepper mempunyai karakteristik yang tidak dimiliki oleh motor DC biasa yaitu torsi tertahan (holding (holding torque ). ). Torsi ini mengijinkan motor stepper untuk berhenti pada posisi tertentu saat tidak berputar, sehingga dapat diaplikasikan dimana mekanisme yang digerakkan oleh motor mungkin berhenti dan bergerak saat gaya beraksi pada poros motor. Motor stepper mempunyai karakteristik torsi yang tinggi pada kecepatan putar yang rendah. Prinsip kerja dari motor stepper secara sederhana seperti Gambar 3.13.
40
rotor
1.
KONV ENSI
Gambar 3.13 Motor Stepper Diagram dari motor stepper pada Gambar 3.13 diatas tersusun dari rotor yang merupakan sebuah batang magnet terpasang tepat ditengah-tengah dan stator A, B, C dan D yang dililit oleh dua jaringan koil. Koil pertama (1st) melilit kutup C dan D sedangkan koil kedua (2nd) elilit kutup A dan B. Masing-masing lilitan koil akan menghasilkan elektromagnet dengan kutup yang berbeda. Jika dialirkan arus listrik pada tiap-tiap koil maka kutup A, B ,C dan D timbul medan magnet yang akan menggerakan rotor. Secara bergantian medan magnit timbul pada masingmasing kutup misalnya koil pertama dialiri arus listrik maka kutup C dan D
timbul medan
magnet dan menarik rotor untuk menempatkan kutupnya berlawanan dengan kutup C dan D. Begitu juga jika koil kedua dialiri arus listrik maka kutup A dan B menghasilkan medan magnet yang akan menarik rotor pada posisinya. Rotor dalam hal ini bergerak 900 per step dan step dan setiap satu putaran terdapat empat step . Untuk gerakan atau langkah yang lebih rendah (misalnya 150) maka perlu susunan stator dengan jumlah delapan seperti tampak pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Limabelas derajat per step
41
Gambar 3.14 adalah stator dan rotor motor stepper yang tersusun dari delapan stator A, B,C, D, E, F, G dan H dimana rotor berputar setiap langkah (step) sebesar 150 . Jadi ketelitian langkah (step (step ) ditentukan oleh konstruksi dari motor terutama penempatan gigi rotor dan distribusinya dan juga keseragaman celah antara koil pada stator.
3.4 Model Pembebanan pada Motor Listrik: Tinjauan Mekanis Dinamika dari suatu penggerak listrik atau motor listrik melalui beberapa sistem transmisi daya, dimana saat motor berputar maka beban yang dikenakan mungkin bergerak rotasi dan/atau translasi. Sistem pembebanan pada motor dapat dijelaskan melalui Gambar 3.15.
Τλ Motor
Beban
poros
T
ωμ
Gambar 3.15 Persamaan Sistem Pembebanan Motor
Sistem pembebanan motor diatas dapat digambarkan dengan persamaan dasar torsi: T – Tl = d/dt (J ωm) = J dωm /dt + ωm dJ/dt…………..
(1)
Dengan: T
= torsi yang dihasilkan oleh motor, N.m
Tl = torsi pembebanan pada poros motor, N.m ωm = kecep[atan sudut sesaat dari poros motor, rad/detik
J
= momen inersia polar dari sistem pembebanan motor mengacu pada poros motor,
kg.m2 Jika penggerak dengan momen inersia yang konstan (dJ/dt) = 0 maka Persamaan (1) menjadi
T = Tl + J (dωm /dt) ……………………………………… …………………………………… …
(2)
Torsi yang dihasilkan dari motor T adalah ekuivalent dengan torsi beban Tl dan torsi dinamik J (dωm /dt) dimana torsi dinamik ini muncul hanya saat motor berputar atau beroperasi. Untuk menghasilkan percepatan gerak dari poros motor, maka T harus melebihi Tl jika kurang kuran g dari Tl maka motor akan mengalami perlambatan. Jadi torsi pembebanan pada poros motor melawan (counter balanced ) besar torsi yang dihasilkan oleh motor.
42
3.4.1 Beban dengan Gerakan Rotasi Sebuah motor DC menggerakkan dua beban, dimana salah satu beban (T1) dikopling langsung dengan poros motor dan beban yang lainnya (T2) dihubungkan dengan sebuah roda gigi dengan jumlah gigi N1 dan N2 seperti pada Gambar 3.16.
ω1 Motor DC
Τλ
ω1
Ν1
Beban B1
ϑ1
Τλ
Beban B2
ϑ0 Ν2 ω2 Gambar 3.16 Beban dengan gerakan rotasi
Momen inersia motor dan beban B1 sebesar J0, kecepatan motor dan torsi yang secara langsung dikopel beban adalah ω1 dan Tl1. Momen inersia, kecepatan dan torsi dari beban B 2 yang dikopel melalui roda gigi adalah J1 , ω2 dan Tl2 maka didapat: ω1 /ω2 = N1 /N2 = a1 = rasio jumlah gigi……………
(3)
Jika kerugian transmisi diabaikan maka total energi kinetik sepanjang inersia harus samadengan energi kinetik dari beban atau bagian yang bergerak, sehingga ½ Jω12 = ½ Jo ω12 + ½ J1ω22 ……………………….. (1) dan (2) didapat J = J0 + a12 J1 ……………………………………………
(4) (5)
Daya pada beban-beban dan motor harus sama. Jika efisiensi transmisi dari rangkaian rodagigi sebesar ηl maka, Tl ω1 = Tl1ω1 + Tl2ω2 / ηl …………….…………………………..…..
(6)
dimana Tl adalah total torsi pada poros motor. Dari persamaan (3) dan (6) didapat: Tl = Tl1 + a1Tl1 /ηl …………………………………………………….…
(7)
Jika terdapat sejumlah beban sebanyak m yang dikopel langsung dengan motor yang mempunyai inersia J0 maka beban-beban tersebut mempunyai momen inersia J1, J 2 , J 3 …, J m dan rasio jumlah gigi a1, a2, a3,…..am maka J = J0 + a12J1 + a22J2 + a32 J3 +……+am2Jm …………….……
(8)
Jika sejumlah m beban dengan torsi Tl2, Tl 3 ….Tlm dikopel melalui rodagigi dengan rasio gigi a1, a2,…..am dan efisiensi transmisi η1, η2, ……ηm maka Tl = Tl1 + a1Tl2 /η1 + a2Tl3 /η2 + ……+ amTlm /ηm
43
3.4.2 Beban dengan Gerakan Translasi-Rotasi Pertimbangkan sebuah motor yang menggerakkan dua beban, satu beban Tl0 dikopel secara langsung dengan poros motor dan yang lainya melalui sebuah sistem transmisi yang mengkonversikan gerakan rotasi kedalam gerakan linier seperti pada Gambar 3.17.
ω1
Motor DC
ω1
Beban Tl0
Transmisi rotasi ke linier
ϑ0 Massa M1 dan Gaya
V1
F1 Gambar 3.17 Pembebanan dengan gerakan translasi dan rotasi Moment inersia dari motor dan beban yang dikopel langsung dengan poros motor adalah J0, torsi beban yang dikopel dengan motor adalah Tl0 dan massa, kecepatan dan gaya dari beban yang bergerak translasi adalah M1 (kg), v1 m/detik, dan F1 (Newton). Jika kerugian transmisi diabaikan maka total energi kinetik harus sama dengan energi kinetik dari berbagai bagian yang bergerak, sehingga didapat ½ Jω12 = ½ J0ω12 + ½ M1v12 atau J = J0 + M1 [v1 /ω1]2 ……………………………………………………..
(9)
Daya pada motor dan beban harus sama atau ekuivalen jika diketahui efisiensi transmisi η1 sehingga Tlω1 = Tl0 ω1 + F1v1 /η1 Tl = Tl0 + F1 /η1 [v1 /ω1]…………………………………………..……
(10)
Jika terdapat tambahan beban sejumlah m yang dikopel secara langsung dengan poros motor, dengan gerakan translasi dengan masing-masing kecepatan v1, v 2, ….vm dan massa M1, M2, …., Mm maka
Dan
J = J0 + M1 [v1 /ω1]2 + M2[v2 /ω1]2 +…… + Mm[vm /ω1]2…………..……..
(11)
Tl = Tl0 + F1 /η1[v1 /ω1] + F2 /η2 [v2 /ω1] + …..+ Fm /ηm [vm /ω1]…………..…
(12)
Contoh Perhitungan 1. Sebuah motor menggerakkan dua beban. Salah satu beban bergerak rotasi dan dikopel langsung dengan motor melalui sebuah rodagigi reduksi dengan rasio jumlah gigi a = 0,1 dan efisiensi transmisi 90%. Beban tersebut mempunyai momen inersia sebesar 10 kg.m 2 dan torsi sebesar 10 N.m. Beban yang kedua mempunyai gerakan dengan massa 1000 kg
44
yang akan diangkat keatas pada suatu kecepatan yang sama sebesar 1,5 m/detik. Kopling antara beban ini dan motor mempunyai efisiensi transmisi 85%. Motor mempunyai inersia sebesar 0,2 kg.m2 dan bergerak pada kecepatan konstan sebesar 1420 rpm. Tentukan total inersia dari poros motor dan daya yang dihasilkan oleh motor. Jawab: Diketahui: J0 = 0,2 kg.m2, a1 = 0,1, J1 = 10 kg.m 2, v1= 1,5 m/det dan ωm = 1420 x π /30 = 148,7 rad/det maka Total momen inersia terhadap poros motor: J = J0 + a12J1 + M1[v1 /ω1]2 J = 0,2 + (0,1) 2
x 10 + 1000 [1,5/148,7] 2 = 0,4 kg.m2
Daya yang dikeluarkan motor adalah sebesar total torsi pembebanan pada poros motor: Tl = a1Tl1 /η1 + F1 /η1 [v1 /ω1] Tl = 0,1 x 10/0,9 10/0,9
+
1000 X 9,81/0,85 [1,5/148,7] = 117,53 117,53 N.m
Istilah-istilah : - Step Angle (motor (motor stepper): stepper): gerakan angular secara inkremen dari poros motor yang berputar setiap waktu saat koil dibangkitkan (dialiri arus listrik) -
Step per revolution (motor stepper) : jumlah total langkah untuk memutar poros motor 3600
-
Coupling: konektor mekanis yang menyambungkan poros motor dengan peralatan yang digerakkan
-
Conductor:
suatu
bahan
seperti
tembaga
atau
aluminium
yang
bersifat
menghantarkan arus listrik, dimana sifat bahan ini mempunyai tahanan yang rendah (lawan kata: Resistor) -
Momen inersia: merupakan hasil perkalian antara berat dari suatu benda yang berputar pada radius tertentu, satuannya kg.m2
-
Torsi: merupakan perkalian antara berat suatu benda yang membebani suatu poros dengan panjang poros tertentu, satuannya N.m
45
3.5 Sumber Daya untuk Penggerak Sistem Mekanis
Dalam memenuhi suplai daya untuk menggerakan sistem mekanis diperlukan sumber daya yakni energi listrik. Energi listrik secara langsung memberikan kombinasi antara sistem mekanis dan elektris di bidang rekayasa mesin/alat. Sumber listrik yang paling praktis adalah baterai, baik baterai kering maupun basah. Gambar 3.18 menunjukkan rangkaian baterai seri dan pararel yang menghasilkan ukuran tegangan dan arus yang bisa divariasikan sesuai kebutuhan daya yang akan diaplikasikan sebagai penggerak sistem mekanis.
Gambar 3.18 Rangkaian seri dan pararel pada baterai
Untuk menghasilkan efisiensi pemakaian daya maka perlu dihitung berapa daya yang akan dihasilkan dengan daya yang disuplai sesuai Persamaan berikut.
Dengan efisiensi yang bisa dihitung:
Untuk menjalankan sebuah motor listrik yang diketahui konstanta kecepatan (Kv) dan konstanta torsi (Kt) maka:
46
BAB 4. PENGENALAN TEKNIK DIGITAL
Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu mendeskripsikan pengertian sistem digital dan analog; 2. Pembacamampu menjelaskan teknik digital dan definisi gerbang logika; 3. Pembaca mampu menguraikan konversi sistem bilangan biner ke sistem bilangan yang lain.
4.1 Sistem Bilangan Biner, Oktal dan Heksadesimal Membicarakan tentang teknik digital tidak bisa lepas dari pemahaman aljabar Boolean yang menggunakan sistem bilangan biner sebagai operator matematikanya. Bilangan biner (binary digits ) adalah bilangan yang menggunakan dua operasi logika misalnya suatu keadaan benar atau salah, high atau low. Operasi logika ini menggunakan angka biner 0 dan 1 untuk mewakili dua keadaan, misal : suatu keadaan benar diwakili dengan 1, keadaan salah diwakili dengan 0, kondisi high diwakili dengan 1, kondisi low diwakili dengan 0. Sedangkan bilangan heksadesimal (Hex (Hex numbers) adalah merupakan penyederhanaan penulisan daripada bilangan biner. Sistem bilangan biner dan heksadesimal inilah yang merupakan kode-kode mesin yang dipahami
oleh
komputer
(sistem
digital)
dalam
menjalankan
kerjanya
atau
semua
instruksi-instruksi. Kode-kode mesin berbasis angka biner tersebut dikembangkan dan dikenal dengan bahasa assembler (lihat Lampiran 2). Tabel 4.1 menunjukkan konversi persamaan nilai antara bilangan desimal, biner, heksadesimal dan oktal. Tabel 4.1 Sistem Bilangan
Desimal(10) Desimal(10)
Biner(2)
Heksadesimal(16) Heksadesimal(16)
Oktal(8)
0
0000
0
0
1
0001
1
1
2
0010
2
2
3
0011
3
3
4
0100
4
4
5
0101
5
5
6
0110
6
6
7
0111
7
7
8
1000
8
10
47
9
1001
9
11
10
1010
A
12
11
1011
B
13
12
1100
c
14
13
1101
D
15
14
1110
E
16
15
1111
F
17
4.1.1 Konversi Sistem Billangan 1. Konversi dari bilangan desimal ke biner Untuk diketahui bahwa bilangan biner merupakan bilangan dasar dua yang menganut aturan sebagai berikut: 2
n
... 2
5
,2
4
,2
3
,2
2
,21, 20. Jadi untuk mengkonversikan
bilangan desimal menjacli biner diadakan pernbagian bilangan desimal dengan 2 secara terus-menerus dan sisi dari pernbagian tersebut diurutkan seperti contoh dibawah ini. Ubahlah 14 menjadi biner: 14 : 2 = 7 sisa 0 7 : 2 = 3 sisa 1 3 : 2 = 1 sisa 1 1:2=
1
diurutkan sesuai anak panah didapat biner = 11102 2. Konversi bilangan biner ke desimal Sesuai aturan dari bilangan biner diatas maka untuk merubah bilangan biner kedalam desimal adalah dengan mengalikan bilangan biner tersebut sesuai posisi angka biner dengan aturan dua pangkat diatas dan hasilnya kemudian dijumlahkan. Ubahlah 1010 menjacli desimal (tanpa melihat tabel 3.1 sistern bilangan): 10102 = (I x 2 3) +(0 x 2 2) + (I x 21) + (0 x 20) = 10
10
contoh lain: 1001012 = (1 x 2 5)+(o x24)+(O x 2 3)+(l x 2 2)+(o x 21)+(l x20) = 32+0+0+4+0+1 =3710 3. Konversi desimal ke heksadesimal Heksadesimal mempunyai aturan sebagai berikut : 16 n ... 256, 16, 1 16n ...,162 , 161, 160 Jadi untuk mengkonversikan bilangan desimal menjadi heksadesimal dilakukan dengan pembagian terus-menerus dengan aturan hekadesimal dengan bobot bilangan yang sesuai.
Ubahlah 122610 menjadi heksadesimal: (lihat tabel sistern bilangan)
48
1226 : 256 = 4 sisa 202 (4 berada dalam heksadesimal) 202 : 16 = 12 12 sisa 10 (12 adalah C heksa dan sisa 10 = A sistem bilangan heksadesimal), jadi 122610 = 4 CA
16
4. Konversi heksadesimal ke desimal Untuk merubah heksadesimal edalam sistem bilangan desimal maka harus diurutkan tiap angka atau digit dari heksadesimal dengan posisi sistem desimal, dan kemudian masingmasing dikalikan dengan aturan heksadesimal yang hasil akhirnya dijumlahkan. Ubah 4CA
16
menjadi bilangan desimal:
4
: 4 x 256 = 1024
C
: 12 x 16 = 192
A
: 10 x 10 = 10
1024 + 192 + 10 = 122610
5. Konversi sistem bilangan Oktal ke desimal Sistem bilangan oktal merupakan dilangan dasar delapan yang saat ini jarang digunakan lagi dimana masing-masing digit oktal diartikan dalam tiga angka biner (3 bit). Bilangan oktal mempunyai urutan aturan: 8n......,83 , 82 , 81, 80 8n......512, 64, 8, 1 Konversi oktal ke dalam sistem desimal adalah dengan mengalikan bil. oktal dengan bilangan pada aturan urutan yang posisi digitnya sesuai dan kemudian hasilnya dijumlahkan. contoh: 4158 =..........10 4 x 82 + 1 x 81 + 5 x 80 = 2 6 910
6. Konversi sistem bilangan desimal ke oktal Pengubahan bilangan desimal ke oktal adalah dengan pembagian bilangan desimal tersebut dengan delapan hingga dimana hasil bagi akhir dan sisa pembagian diurutkan. contoh: 49810 = .........8 498 : 8 = 62 sisa 2 62 : 8 = 7 sisa 6 Jadi 49810 = 7 6 28 7. Konversi biner ke dan dari heksadesimal (lihat tabel 4.1 sistem bilangan) Pengkonversian biner ke dan dari bilangan heksadesimal adalah yang terpenting dalam memahami bahasa mesin (machine codes) pada suatu mikro komputer/sistem digital. Bilangan biner umumnya diproses dalam kelompok 8 bit (misainya 10011010), satu kelompok yang terdiri dari 8 bit ini dikenal dengan satuan byte. Umumnya memori dalam mikrokomputer
49
dinyatakan dalam satuan byte (kilobyte, megabyte) megabyte ) ini. Konversi biner 10011010 adalah 9A dalam heksadesimal. Jadi memudahkan pembacaan data atau informasi oleh memori.
4.2 Pengertian Dasar Digital: Pengenalan Gerbang Logika Teknik digital dilihat dari bahasanya adalah pengunaan salah satu dari dua keadaaan misainya 0 atau 1, tinggi atau renclah, benar atau salah, ON-OFF. Digital merupakan proses masukan (sinyal-sinyal biner) dan keluaran yang diolah komputer (mikroprosesor atau Integrated circuits (IC) digital) dalam bekerja melakukan fungsinya. Operasi dasar logika didalam teknik digital ada lima yaitu yang disebut dengan logic gate atau gate atau gerbang logika sebagai berikut:
1. Logika AND Ada dua masukkan A dan B dimana di mana keduanya akan menghasilkan menghasi lkan keluaran bernilai bern ilai benar atau I jika masukan A dan B juga bernilai benar ben ar atau 1.
Input
Output
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Gambar 4.2 Rangkaian analog dan tabel kebenaran logika AND
50
A
Masukan
Y
K el u ar an
B
A.B = Y
Prinsip kerja AND adalah dapat diterangkan dengan rangkaian analog saklar dimana jika menghendaki lampu Y (atau motor, relay dan beban lain) berputar (bernilai 1) maka saklar A dan B harus tertutup, keduanya bernilai 1. Disini saklar A dan B sebagai masukkan dan lampu Y sebagai keluaran.
2. Logika OR Ada dua masukkan A atau B dimana jika salah satu atau keduanya dari input tersebut terse but bernilai 1 maka akan menghasilkan keluaran yang bernilai I (benar).
Input
Output
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Gambar 4.2 Rangkaian analog saklar dan tabel kebenaran logika OR
51
Simbol dan persamaan Boolean sebagai berikut:
Jika saklar A atau B terbuka, keduanya bernilai biner 0, tidak ada sinyal yang diinputkan menuju lampu Y (atau motor, relay, solenoid dan beban lainnya). Sekarang dikehendaki lampu Y menyala maka salah satu atau kedua saklar A dan B harus dalam keadaan tertutup, jadi sinyal biner bernilai 1 artinya output bernilai benar bahwa lampu Y menyala sesuai yang dikehendaki.
3. Logika NOT Gerbang operator NOT merupakan pembalik (inverter) dari suatu nilai yang diinputkan. Jika A bernilai 1 (logika benar) diinputkan maka keluaran hasilnya 0 (logika salah).
Input
Output
A
Y
1
0
0
1
Gambar 4.3 Rangkaian analog dan tabel kebenaran NOT
52
Jika saklar A terbuka (bernilai 0) maka motor M akan berputar, sebaliknya jika saklar A tertutup (dalam keadaan aktif atau 1) maka motor tidak berputar (tentunya akan terjadi hubungan singkat pada rangkaian tersebut). Adalah keluaran benar untuk motor berputar dan salah jika tidak berputar.
4. Logika NAND (kombinasi (NOT dan AND) Merupakan gerbang AND diikuti NOT. Telah diketahui bahwa operasi NOT merupakan pembalik (inverter) dari suatu nilai logika biner yang diinputkan. Jadi operasi NAND merupakan hasil output dari AND yang diinputkan kedalam operasi NOT sehingga dihasilkan keluaran yang dibalik. Tinjau kembali tabel kebenaran logika AND diatas dimana outputnya bernilai 0 0 0 1, 1, karena mengalami pembalikan oleh operator NOT maka gerbang logika NAND menghasilkan output 1 1 1 0. 0.
Input
Output
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Gambar 4.4 Rangkaian analog saklar dan tabel kebenaran NAND
53
Simbol dan persamaan Boolean dari logika NAND adalah sebagai berikut:
5. Logika NOR (kombinasi NOT-OR) Logika NOR ini merupakan pembalik dari gerbang OR. ladi dari tabel kebenaran OR diatas dimana logika outputnya adalah 0 1 1 1 didalam gerbang NOR ini logika outputnya menjadi 1 0 0 0. 0.
Input
Output
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
Gambar 4.5 Rangkaian analog dan tabel kebenaran logika NOR
54
Simbol dan persamaan gerbang NOR adalah:
Dari lima dasar operasi logika yang berupa gerbang AND, OR, NOT, NAND dan NOR yang dipresentasikan dalam aljabar Boolean untuk memanipulasi bilangan biner maka pernahaman teknik digital lebih lanjut adalah merupakan kombinasi atau gabungan dari lima gerbang logika tersebut. Semua komponen digital atau rangkaian IC digital dan mikroprosesor adalah tersusun dari rangkaian gerbang-gerbang logika dalam jumlah yang sangat banyak dan rumit.
Saat ini perkembangan teknologi digital sangat pesat terutama untuk aplikasi pengendalian otomatik seperti dijumpai pada komputer. Alasan utama yang mendasari pemanfaatan teknologi digital adalah:
1
sistem digital lebih mudah dirancang dengan sedikit komponen seperti IC digital dan mikroprosesor;
2
ketepatan dan ketelitian yang tinggi terhadap perhitungan dan analisa data;
3
penyimpanan informasi atau data mudah dilakukan untuk periode tertentu atau kapanpun;
4
operasinya dapat dengan mudah diprograrnkan (kelemahan: sangat rumit dengan tingkat kompleksitas yang tinggi).
Kelemahan sistem digital adalah karena dunia nyata sesungguhnya merupakan sistem analog sehingga diperlukan pendekatan secara digital untuk suatu besaran yang sebenarnya analog. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan suatu pengubah dari analog ke digital dan sebaliknya dari digital ke analog. Alat pengubah ini disebut ADC (analog (analog to digital converter ) dan DAC (digital (digital to analog converter ). ).
55
4.3. Konversi Sinyal Analog-to-Digital (AD) dan Digital-to-Analog (DA) Kondisi aktual yang bisa ditangkap di alam raya ini bersifat analog yakni bisa diukur dengan besaran-besaran fisika. Komponen sensor dan transduser yang telah di bahas di subbab 2 adalah berfungsi mengukur besaran analog dan mengolahnya menjadi besaran digital dan dirubah kembali menjadi besaran fisika analog yang terukur dan dapat diamati. Perubahan sinyal analog ke digital dan sebaliknya dari digital ke analog lagi diperlukan komunikasi alat yang disebut pengantarmukaan alat atau interfacing . Pengantarmukaan alat melibatkan sinyal analog listrik yakni arus dan tegangan listrik. Gambar 4.6 secara diagram menjelaskan perbedaan antara perubahan input analog dirubah digital (ADC) dan input sinyal digital dirubah menjadi analog (DAC).
(a) ADC
(b) DAC
Gambar 4.6 Skema piranti konverter ADC/DAC
Kedua konverter tersebut digunakan bersama-sama untuk mengkondisikan dan mengolah sinyal dari komponen sensor dan transduser pada sistem digital. Rangakain ADC/DAC selalu dikombinasi dengan alat kontrol atau komputer dengan cara interfacing yang secara diagram ditunjukkan pada Gambar 4.7. Perubahan sinyal digital ke analog lebih mudah dan cepat daripada perubahan sinyal analog ke digital.
Gambar 4.7 Skema interfacing ADC/DAC interfacing ADC/DAC dengan alat kontrol/komputer
56
Kemampuan pengkondisian sinyal ADC/DAC tersebut ditentukan oleh resolusi yang dinyatakan dengan angka biner dengan satuan kemampuan resolusi bits, bytes/ Kb, Megabytes/Mb dan gigabyte (Gb) yang merupakan tolok ukur unjuk kerja suatu sistem digital. Contoh aplikasinya adalah mengendalikan tingkat fluida di dalam tangki tertutup yang ditunjukkan pada Gambar 4.8.
Gambar 4.8 Sistem pengaturan digital untuk tingkat ketinggian fluida di dalam tangki
Prinsip kerjanya hampir sama dengan proses kalibrasi sensor/transduser. Komponen ADC memiliki kemampuan 10 bit (10
deret bilangan biner) yang akan memberikan kondisi
ketinggian fluida di dalam tangki dengan membagi keluaran biner mulai kombinasi 0000000000 = 0 feet (yang menginformasikan tangki kosong) hingga 1111111111 1111111111 = 40 feet (tangki (tangki sudah penuh). Kombinasi 10 bit tersebut mampu memberikan kondisi terukur dengan rentang sebesar 1024 skala level pengukuran (2 10 = 1024). Komponen transmitter adalah sebuah transduser floating yang mendeteksi perubahan ketinggian fluida di dalam tangi (mirip dengan kondisi analog sistem pengukuran isi bahan bakar di dalam tangki, apakah sudah kosong atau masih penuh) yang terpasang di kendaraan bermotor. Dari contoh ADC , unjuk kerja sistem digital dikatakan sempurna jika respon frekuensi terhadap waktu adalah sangat cepat yang diamati melalui grafik seperti pada Gambar 4.9, yakni sinyal analog hampir sama resolusinya dengan keluaran digital (gambar a).
57
(a) respon input-output ADC optimal
(b) respon input-output ADC sangat lamban Gambar 4.9 Contoh grafik respon input-output ADC
Sedangkan gambar (b) menunjukkan respon lambat tetapi masih dalam batas normal. Lemah kuatnya sinyal terhadap respon perubahan dapat distabilkan dengan rangkaian op-amp yang kan di bahas di sub-bab 5. Hasil tampilan grafik pada Gambar 4.9 dilakukan menggunakan piranti data akuisisi atau oscilloscope yang merekam setiap waktu terhadap perubahan proses secara dinamis. Jadi semakin tinggi jumlah bit/byte maka resolusi perubahan dan kecepatan respon proses terhadap waktu semakin optimal. Istilah-istilah: 1.
Bit : merupakan singkatan dari binary digits , yaitu angka biner 1 dan 0
2.
Byte : merupakan satuan yang samadengan 8 bit.
3.
Sinyal Digital: sinyal atau pulsa yang akan menunjukan I dan 0 pada suatu rangkaian digital yang diamati melalui alat ukur osiloskop (tampak seperti gelombang sinusoidal persegi dengan nilai max/min diwakili biner I dan 0)
4.
Sinyal analog: sinyal dari suatu rangkaian analog yang ditunjukkan dengan harga tegangan (misainya +12 volt) .
5. ADC/DAC: suatu alat/komponen yang berfungsi mengkonversikan sinyal analog ke digital dan dari sinyal digital ke analog pada sistem digital.
58
BAB 5. PENGENALAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA
Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu menjelaskan fungsi dan cara kerja IC; 2. Pembaca mampu menjelaskan rangkaian IC penguat operasional (IC Op-amp) dan fungsinya; 3. Pembaca mampu menjelaskan peralatan utama untuk uji laboraturium teknologi mikroelekatronika; 4. Pembaca mampu mendeskripsikan fungsi dan cara kerja mikroprosesor; 5. Pembaca mampu mendeskripsikan fungsi dan prinsip kerja komponen mikroelektronika pada sistem digital yakni komputer, mikro komputer dan PLC.
Bahan-bahan elektronik secara umurn diklasifikasikan dalam tiga kategori yaitu: insulator, konduktor dan semikonduktor. Parameter utama yang digunakan untuk membedakan ketiga material elektronik adalah nilai resistivitasnya. Resistivitas atau hambatan jenis (p) adalah sifat kernampuan suatu bahan dalam menghantarkan arus listrik. Semakin tinggi nilai resistivitas suatu bahan maka semakin tinggi hambatan listriknya. Insulator mempunyai nilai resistivitas diatas 105 Ohm.cm, sedangkan bahan konduktor mempunyai nilai dibawah 10-3 Ohm.cm. Semikonduktor mempunyai resistivitas diantara 10-3 ohm.cm dan 10-5 ohm.cm. Bahan elektrik yang termasuk semikonduktor ini adalah silicon (Si), germanium (Ge), Phosporus (P) dan Boron (B). Teknologi mikroelektronik dewasa ini merupakan pengembangan semikonduktor
khususnya
silicon.
Suatu
contoh
komponen
mikroelektronik
adalah
IC
(integrated circuit ) dan mikroprosesor. Rangkaian Terinterigrasi (IC) dibuat dengan teknologi khusus seperti MOS (metal (metal Oxide Semiconductors ). ). Contoh-contoh komponen mikroelektronik ini adalah jenis-jenis transisitor, mikroprosesor, IC OP-AMP (operational (operational amplifier ), ), IC A/D (analog to digital Converter, D/A Converte r) r) dan rangkaian terpadu lainya.
5.1 Integrated Circuit (IC): Rangkaian (IC): Rangkaian Terpadu IC digital atau rangkaian terpadu adalah suatu rangkaian digital yang tersusun dari gabungan elemen-elemen elektronika seperti resistor, kapasistor dan transistor yang sangat komplek dalarn ukuran kecil dan kepadatan yang tinggi. Didalam suatu IC yang berukuran kecil itu diterapkan suatu rangkaian logika yang telah kita kenal (AND, OR, NOT, NAND dan NOR) sehingga IC merupakan komponen yang mempunyai banyak kegunaan pada bidang elektronika digital. Sebuah IC mempunyai kaki-kaki ( pins pins ) yang bernomor urut. Setiap kaki mempunyai fungsi yang sudah ditentukan. Pemilihan IC untuk aplikasi tertentu ditandai dengan angka atau
59
kode seperti IC7408, 748PC dan sebagainya. Pada umumnya pemilihan IC untuk aplikasi dapat dilihat pada databook atau databook atau sheetbook IC sheetbook IC yang dikeluarkan oleh pabrik pembuatnya.
Gambar 5.1 Diagram Kaki IC
Gambar 5.2 Gerbang-gerbang logika pada IC
Pada Gambar 5.1 clan 5.2 memperlihatkan bahwa IC jenis ini mempunyai empat belas kaki (bernomor I sampai dengan 14) dan berisi empat gerbang logika AND dengan dua masukan (A dan B) dan keluaran Y. Masing-masing kaki tersebut mempunyai fungsi tertentu dalam penggunaanya sesuai dengan spesifikasi pembuat IC yaitu sebagai penghantar sinyal-sinyal digital dalam suatu rangkaian. Contoh aplikasi IC adalah rangkaian pengaturan nyala lampu LED ditunjukkan pada Gambar 5.3. input output
AND
60
output
input
Gambar 5.3 Rangkaian Logika dan Aplikasi IC Contoh sederhana pada Gambar 5.3 memiliki prinsip kerja rangkaiannya adalah sebagai berikut: Dipilih suatu IC tipe 7408 dengan 14 kaki, kaki nomer I dan 2 adalah input bagi saklar A dan B dan kaki nomer 3 adalah output bagi LED. Sumber tegangan DC adalah 5 Volts dimana kutup positif dihubungkan pada kaki nomer 14 dan kaki nomer 7 sesuai fungsinya adalah ground atau kutup negatif. IC bekerja berdasarkan rangkaian logika gerbang AND, dimana bila saklar A dan B sebagai input pada posisi tertutup maka logika biner adalah I artinya dikehendaki lampu LED menyala begitu pula jika saklar A dan B terbuka maka logika bernilai 0 artinya tidak ada tegangan untuk menyalakan lampu LED ( light emitting diode ). ).
Setiap produk IC mempunyai spesifikasi yang berisi karakteristik dan jenis kegunaan yang dapat dilihat pada databook. Masin-masing pabrik pembuat IC mempunyai aturan tersendiri cara mengidentifikasi jenis IC yang diproduksi.
Gambar 5.4 Contoh identifikasi IC
61
5.1.1 Pengenalan IC OP-AMP Jenis IC yang populer dibidang teknik kontrol/pengaturan dan sistem pengukuran adalah jenis penguat operasional (Op-Amp). IC ini diaplikasikan untuk menguatkan sinyal input dari berbagai peralatan seperti sensor, transduser dan relay untuk menghasilkan penguatan sinyal (biasanya dalam bentuk besaran tegangan listrik) sehingga harga output penguatan dapat terbaca atau digunakan langsung untuk operasi pada proses yang dikontrol. Op-amp selalu menerapkan sistem umpan balik. Umpan balik merupakan sistem yang penting di dalam perancangan rangkaian-rangkaian analog. Melalui sistem umpan balik atau feedback , sinyal keluaran diumpankan kembali menuju input dan akan menghasilkan umpan balik bernilai positif dengan penggunaan sinyal output tadi sehingga terjadi penguatan sinyal input dan menambah gain . Sebaliknya, terjadi pula umpan balik bernilai negatif yakni ketika penguatan sinyal input diminimalkan agar sistem menjadi stabil.
Gambar 5.5 Diagram balok rangkaian pengkondisian sinyal
Salah satu jenis IC Op-Amp adalah IC 741 dimana mempunyai jumlah kaki-kaki/ pin sebanyak pin sebanyak delapan dengan nomor urut yang dapat diidentifikasi sebagai berikut:
Gambar 5.6 Jenis IC 741
62
IC 741 tersusun dari simbol inverting (tanda segitiga) yang mempunyai dua koneksi masukkan (input) yaitu kaki 2 dan 3, sedangkan kaki 6 untuk koneksi output. Kaki 4 dan 7 untuk koneksi ke sumber tegangan. Setiap koneksi mempunyai model fungsi penguatan yang dapat dikelompokan dalam beberapa rangkaian penguat sebagai berikut: 1. Op-amp Follower Jenis op-amp yang paling sederhana dan berfungsi menyetabilkan tegangan masuk terhadap tegangan keluaran dan sebaliknya. Jika tegangan keluaran terlalu rendah maka V+ - V- = Vin-Vout > 0 dan fungsi penguatan akan menggerakan nilai Vout lebih tinggi sehingga tercapai kondisi Vin=Vout, begitu sebalinya jika Vout terlalu tinggi maka selisih perbedaan V+ - V- < 0 dan fungsi penguatan akan memberikan nilai output lebih rendah agar tercapai kondisi Vin=Vout. Disimpulkan apapun perubahan yang terjadi pada nilai masukan dan keluaran, tegangan Vin harus selalu samadengan Vout dengan cara saling ‘mengikuti’ perubahan nilai input dan outputnya.
2. penguat Inverting
tegangan input : Vin = I1R 1 tegangan output: -Vout = I1R 2
63
Penguatan tegangan rangkaian: Vout /Vin = - R 2 /R 1 Jika diketahui rangkaian tersebut terpasang tahanan input R 1= 1 ohm dan tahanan umpanbalik R 2=10 ohm, tentukan besar penguatan tegangan pada rangkaian tersebut. Penguatan tegangan rangkaian: Vout /Vin = - R 2 /R 1 = -10/1 = -10 (tanda minus berarti nilai yang dibalikan/inverting). Op-amp jenis ini selalu menggunakan umpanbalik bernilai negatif dan digunakan pada arus DC. 3. Penguat Non-inverting
tegangan pada titik X: VX = R 1 Vout / (R 1+R 2) Jika secara ideal VX=Vin maka penguatan tegangan rangkaian: Vout /Vin = R 1+R 2 /R 1 = 1 + R 2 /R 1 4. Penguat Penjumlahan
Jumlah arus pada titik X: I = I A +IB+IC, dimana I A = V A /R /R B dan IC=VC /R C A , IB=VB Jika VX diasumsikan nol dan I = -Vout /R 2 maka --Vout /R 2 = V A /R /R B + VC /R C A + VB Vout = -[R 2 V A /R VB /R B + R 2 VC /R C] A + R 2 Jika R A =R B=R C maka Vout = -R 1 /R 2 (V A +VB+VC)
64
5. Penguat Diferensial
Tegangan potensial di titik X: VX /V2 = R 2 / (R 1+R 2) Arus listrik yang melalui tahanan umpanbalik R 2 harus samadengan yang melewati R 1 sehingga: (V1 – VX) / R 1 = (VX –Vout) /R 2 didapat: Vout = (V2-V1) R 2 /R 1 Diketahui termokopel menghasilkan tegangan output sebesar 10mV untuk perbedaan temperatur sebesar 100C. Jika perbedaan temperatur antara titik sambung termokopel sebesar 530.10-6 V, tentukan besar tahanan R 1 dan R 2 yang harus terpasang. Vout = (V2-V1) R 2 /R 1 10.10-3 V = (530.10-6). R 2 /R 1 Besar R 1 dan R 2 dapat saling disubstitusikan misalnya R 1= 10 kOhm maka R 2 harus = 189 kOhm dan seterusnya secara proporsional memenuhi persamaan penguat differensial.
Jadi dapat disimpulkan untuk penguat operasional harga penguatan tegangan dapat diubah (setting) dengan mengubah perbandingan tahanan input dan umpanbalik pada tiap rangkaian op-amp. Untuk mengamati fungsi dan respon dari op-amp atau rangkaian komponen elektronika lainya diperlukan alat-alat laboraturium yang paling utama yakni : 1. Digital multimeter , alat yang digunakan untuk mengukur nilai tegangan, arus, tahanan dan kombinasinya pada suatu rangkaian yang komplek. 2. Oscilloscope , berfungsi mengamati perubahan sinyal yang nilai dan pola perubahan sinyal terlihat di layar secara grafis. 3. Offset Adder , alat yang berfungsi mengamati perubahan sinyal input dan output dengan memutar potensiometer diperoleh tinggi dan rendah atau konstan dari sinyal yang diamati.
65
4. Sinyal generator, berfungsi untuk membangkitkan sinyal sehingga diperoleh ukuran serta pole perilaku frekwensi dan waktu pada suatu rangkaian elektronik. Berbagai jenis IC, secara umum jenis IC digital dikategorikan sesuai dengan berapa banyak kombinasi jumlah gerbang logika yang menyusunnya dalam 'chip' tunggal yaitu: 1. SSI (Small scale integration) merupakan IC ukuran yang terkecil dimana tersusun kurang dari sepuluh gerbang logika, contoh IC op-amp, flip-flop dll 2. MSI (Medium scale integration) merupakan peralatan terpadu ukuran menengah yang tersusun dari sepuluh atau lebih gerbang logika, contoh IC dekoder, RAM, ROM, multiplexer dll 3. LSI (Large scale integration) rangkaian terpadu ukuran besar yang tersusun dari lebih seratus gerbang, contoh IC kalkulator, jam digital, 8088 dll 4. VLSI (very large scale integration) merupakan rangkaian terpadu (IQ ukuran sangat besar yang tersusun dari 10.000 atau lebih gerbang logika, komponen ini merupakan ciri komputer generasi ke-empat, contoh IC , 386intel, 486intel dll 5. ULSI (ultra large scale integration) jenis IC yang mempunyai 1.000.000 gerbang atau lebih dan merupakan rangkaian terpadu paling mutakhir, contoh komponen ini merupakan suatu mikroprosesor Pentium dan generasinya yang dikembangkan hingga saat ini.
5.2 Mikroprosesor Mikroprosesor adalah suatu IC juga tetapi mempunyai fungsi dan kemampuan yang jauh lebih tinggi. Suatu mikroprosesor tersusun dari ribuan bahkan jutaan rangkaian logika yang dikategorikan VLSI dan ULSI. Komputer (personal komputer) yang kita kenal selama ini adalah menggunakan mikroprosesor sebagai perangkat utama dengan berbagai versi, mulai generasi Intel 8086, 8088, 80186, 80188, 80286, 880486 dan generasi mikroprosesor yang paling baru saat ini adalah Pentium. Pada sistern komputer, mikroprosesor dirancang untuk melakukan operasi logika aritmatik, mengambil dan mengeluarkan data, serta operasi kendali lainnya. Proses kerja mikroprosesor dikendalikan oleh instruksi-instruksi yang sengaja dirancang sedemikian
rupa,
sehingga
membentuk
sistern
operasi
yang
handal.
Instruksi
yang
dipergunakan untuk mengurutkan proses operasi mikroprosesor ini merupakan sandi biner ( 1 dan 0 ) yang dikenal sebagai bahasa'mesin'.
5.2.1 Unit Dasar Mikroprosesor Mikroprosesor atau pengolah mikro merupakan komponen yang terpasang pada mikrokomputer atau komputer yang paling berperan sebagai unit pemrosesan terpusat yang akan mengenali dan mengolah setiap instruksi program, rangkaian input/output yang melakukan fungsi komunikasi dengan peralatan luar dan fungsi memori yang dapat menyimpan
66
instruksi program dan data. Secara diagram blok unit dasar pembangun sebuah mikroprosesor adalah unit pengendali, register dan unit aritmatik-logic.
INPUTOUTPUT
UNIT
UNIT ARITMATIKA-
PENGENDALI
LOGIKA
UNI UNI T REGISTER REGISTER
Gambar 5.7 Diagram unit dasar mikroprosesor/central mikroprosesor/central processing unit
1. Unit Pengendali (Control unit) Unit ini bertanggung jawab terhadap seluruh sistem operasi mikroprosesor. Operasi itu antara lain mengurutkan operasi, mengendalikan waktu aksi setiap unit yang lain, menafsirkan instruksi yang membangun program dan memandu bagian lain mikroprosesor. 2. Unit Aritmatik-logik (arithmatic logic unit) Unit ini mempunyai tugas melaksanakan proses aritmatik-logic seperti penjumlahan, pengurangan dan sernua perhitungan matematika, dan proses logika seperti operasi gerbang AND, OR, NOT, NAND dan NOR. Bagian ini memanipulasi dat a aktual. 3. Register (Pencatat) Unit ini merupakan tempat penampungan data sementara, penghitungan program dan pengalamatan memori. Data yang akan diolah oleh unit aritmatik-logik akan ditampung di register, demikian juga data hasil olahan unit aritmatik-logik untuk sementara dicatat di register untuk kemudian disalurkan ke perangkat (device (device ) lain. Sebuah mikroprosesor hanya dapat melakukan fungsinya jika diisi program atau instruction set . Mikroprosesor hanya dapat memahami instruksi-instruksi dalam format bahasa mesin yaitu digit biner ( 1 dan 0 ) dan bahasa assembler. Mikroprosesor ini juga memiliki kaki-kaki seperti pada IC, dimana fungsinya adalah sama yaitu saluran/koneksi yang menghantarkan
sinyal-sinyal
digital
pada
rangkaian.
Pemanfaatan
yang
utama
dari
mikroprosesor ini adalah untuk membangun komputer. Komputer terdiri dari memori, CPU (central processing unit ) dan rangkaian input/output dimana semua instruksi yang dinputkan dan diproses oleh komputer tersebut beraksi dalarn bentuk bilangan biner dan heksadesimal.
67
Tabel 5.1 Pemanfaatan Mikroprosesor di Berbagai Bidang Peralatan
Industri dan
Instrumentasi Instrumentasi dan
Rumah Tangga
Komersial
Kontrol
1. Mesin-mesin pemrosesan 2. kontrol lalulintas 3. sistem navigasi 4. sistem pendaratan pesawat terbang 5. injeksi bahan bakar kendaraan 6. komunikasi data 7. proses perancangan dan manufaktur 8. analisis material
1. peralatan kalibrasi digital 2. monitoring polusi lingkungan 3. perekaman data 4. keamanan dan kontrol kebakaran gedung bertingkat 5. peralatan laboraturium digital
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8.
Kalkulator Jam digital Video game Audio/entertain ment Keamanan rumah/alarm sistem energi kontrol pendingin ruangan kontrol mesin cuci
Kedokteran
Perkantoran dan Bisnis
1. pengendalian daftar database obat 2. perekaman kondisi pasien 3. deteksi penyakit 4. sistem informasi prosedure penanganan/op erasi penyakit 5. komunikasi data
1. pengolahan data keuangan 2. sistem pendataan stock material/inve ntory 3. sistem reservasi 4. sistem informasi bisnis 5. komunikasi data 6. statistika data
5.2.2 Identifikasi Mikroprosesor Intel 8088 Contoh identifikasi mikroprosesor jenis Intel 8080 dapat dilihat Gambar 5.8.
GND
A14 A14 A13 A13 A12 A12 A11 A11 A10 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0
1
40
2
39
3
38
4
37
5
36
6
35
7
34
8
33
9
32
10
31
11 12
8088 INTEL
30 29
13
28
14
27
15
26
16
25
NMI 17 INTR 18 CLK 19 GND 20
24
VCC
A15 A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SS0 MN/MX RD HOLD HLDA WR IO/M DT/R DEN ALE INTA
TEST 23 READY 22 RESET 21
Gambar 5.8 Diagram kaki/pins Mikroprosesor Intel 8088
68
Konfigurasi Koneksi/Saluran: AD0 – AD7: Keluaran-masukkan (input-output), delapan saluran/pins data D0-D7 dengan saluran alamat/address A0-A7 yang menyalurkan bit 0-7 angka alamat. Dalam keadaan normal adalah 0 dan keadaan aktif 1 A8-A15: Keluaran/output, delapan saluran A8-A15 melengkapi AD0-AD7 yang menyalurkan bit 8 hingga 15 angka alamat. Keadaan norma=0 dan aktif=1 A19/S6, A18/S5, A17/S4, A16/S3: Keluaran/output, empat saluran alamat A16-A19 yang menyalurkan bit 16-19 angka alamat melengkapi AD0-AD7 dan A8-A15 untuk membentuk 20 bit saluran alamat lengkap. Dengan demikian mikroprosesor Intel 8088 mampu mengakses lokasi memori sejumlah 2 pangkat 20 = 1048576 = 1 megabit lokasi memori. RD: Keluaran/output, Read strobe , bilamana aktif berarti sedang melaksanakan membaca isi memori atau port I/O., keadaan normal =1 dan aktif=0 READY: Masukkan/input, untuk menandai siap-tidaknya mikroprosesor membaca/menulis pada memori. Keadaan normal=1, aktif=0 INTR: Masukkan/input,
keadaan
normal=1,
aktif=0,
isyarat
permintaan
interupsi
ke
mikroprosesor dari perangkat luar. Saluran ini dapat disetting disable atau disable atau enable TEST: Masukkan/input, melalui software mikroprosesor akan memeriksa apakah saluran=0 maka induk program jalan terus, jika =1 maka harus menunggu NMI: Masukkan/input, keadaan normal=0, aktif=1. Transisi dari keadaan normal ke keadaan aktif berarti mikroprosesor mendapat interupsi yang harus dilayani. NMI singkatan dari Non Maskable Interrupt . RESET: Masukkan/input, keadaan normal=0, aktif=1. Jika saluran RESET aktif, mikroprosesor menghentikan semua kegiatannya dan langsung mengeksekusi program yang tersimpan di memori pada alamat FFFF0h. Program yang tersimpan disebut program reset yang merupakan program awal untuk menjalankan mikroprosesor Intel 8088. MN/MX: Masukan/input, jika diberi 1 berarti mikroprosesor dioperasikan dalam mode minimum, jika dimasukkan 0 maka mode maksimum. CLK: Masukan/input, saluran untuk pulsa clock yang dipakai untuk mengatur irama kerja mikroprosesor dalam bentuk pulsa (mempengaruhi kecepatan kerja) VCC: Saluran catudaya/sumber tegangan +5V dengan toleransi 10% atau sekitar 4,5 s/d 5,5 Volt GND: Saluran catudaya dengan tegangan referensi 0 (ground=pembumian)
69
5.3 Contoh Sistem Digital: Mikrokomputer/Komputer
Mikrokomputer merupakan contoh sistem digital yang relatif komplek dimana tersusun dari subsistern sebagai berikut:
BUS ALAMAT BUS DATA BUS KONTROL
MEMORI
CPU
INPUT/ OUTPUT
ITN 8088
Gambar 5.9 Diagram blok komputer
Unit masukkan dan keluaran: merupakan unit yang menghubungkan secara langsung dengan peralatan luar seperti keyboard, mouse, digitize, modem, printer, plotter dan plotter dan lain-lain. 1.
Unit pengolah pusat (CPU): merupakan gabungan dari unit aritmatik-logic, unit kendali dan unit penyimpan yang berfungsi mengendalikan dan mengolah setiap operasi yang
70
diterima dari masukkan untuk kemudian diproses menghasilkan keluaran. CPU ini merupakan mikroprosesor atau lotak'dari mikrokomputer atau komputer. 2.
ROM: suatu unit penyimpan memori program yang hanya untuk dibaca saja (read only memory) dimana daftar instruksi terkode secara khusus mengatakan dengan tepat kepada unit CPU tetang apa yang harus dikerjakan. ROM ini sebuah IC memori yang bersifat tetap dan telah diprogram menurut spesifikasi sistem.
3.
RAM: unit penyimpan memori data yang dapat ditulis, dibaca atau memanggil kembali informasi setiap waktu. Perbedaan RAM dan ROM adalah memori RAM akan terhapus jika daya dimatikan jadi bersifat tidak permanen. Memori ini hanya digunakan sementara saat operasi
Gambar 5.10 Hubungan Komputer dengan Peralatan Luar I/O
Mikrokomputer/komputer banyak digunakan untuk pengendalian proses di industri seperti pengendali gerakan robot, CNC dll yang disebut PLC ( programmable logic controller ). ). Selain mikrokomputer, beberapa contoh sistem digital adalah jam digital, alat komunikasi, kalkulator, alat ukur digital dan komputer dimana dapat digunakan lebih luas lagi dibidang industri.
5.3.1 Contoh Operasi Mikrokomputer Contoh operasi yang dilakukan komputer saat diketikan huruf ‘A’ melalui keyboard dan bagaimana huruf tersebut ditampilkan pada monitor sebagai berikut.
71
Gambar 5.11 Contoh ilustrasi operasi komputer
1.
tekan tombol 'A' pada papan tombol: input
2.
simpan huruf ‘A’ dalarn memori: proses
3.
cetak huruf 'A' pada layar: output
Urutan kejadian operasi diatas dilakukan oleh komputer sbb: 1.
unit mikroprosesor (CPU) mengirim ke suatu alamat 100 ke bus alamat.
2.
IC memori program mengirim instruksi pertama (data input) ke bus data dan CPU menerima pesan yang terkode ini.
3.
CPU mengirim alamat 101 bus alamat
4.
Memori program menempatkan pesan terkode pada bus data
5.
CPU menggunakan bus alamat untuk membuka bentuk terkode'A'
6.
CPU mengalamatkan lokasi 102 ke bus alamat untuk membaca memori program
7.
Melalui register, CPU menerima instruksi
8.
CPU mendekode instruksi data pada lokasi memori 103
9.
CPU melalui register mengambil data dari alamat 200
10.
CPU mengirim alamat 200 melalui bus alamat dan membuka input 'tulis, memori data tsb
11.
'A' diterima dari bus data dan ditulis ke dalam lokasi 200
12.
CPU melanjutkan instruksi selanjutnya pada alamat lokasi 104
13.
Kode instruksi'keluarkan'data instruksi'keluarkan'data dikirim melalui bus data ke CPU
72
14.
CPU menempatkan alamat 105 pada bus alamat
15.
Memori program mengirim kode yang disampaikan ke CPU
16.
CPU mendekode (mengkode ulang) keseluruhan instruksi 'keluarkan data' dan mengaktifkan unit output (yaitu layar) melalui bus alamat. CPU mengirim kode 'A' melalui bus data keluar dari port ke layar.
Proses operasi (atau pengoperan data) disimpulkan sebagai masuk-simpan-keluar seperti urutan diatas berlangsung dalam waktu 0,00001 detik. Gambar 5.12 menjelaskan aliran sinyal yang diolah oleh komputer dari input menjadi output.
Gambar 5.12 Aliran data/Instruksi pada Sistem Operasi Mikrokomputer
73
Istilah: -
Bus alamat:
atau
jalur
alamat,
jalur
perkawatan
yang
membawa
sinyal
yang
mengindikasikan dimana data berada (alamatnya) dan menyeleksi lokasi memori tertentu atau alamat input/output yang dituju oleh data. Semakin tinggi kemampuan memori semakin besar data yang dapat disimpin pada alamatnya dan semakin baik program yang dapat diakses sesuai lokasinya. -
bus data: atau jalur data, digunakan untuk menyampaikan kata/data antar memori atau peralatan luar (input/output) didalam CPU. Panjang kata yang disampaiakn oleh jalur ini dalam satuan 4, 8, 16 atau 32 bits. Setiap jalur data yang ditunjukkan oleh perkawatan/sirkuit membawa sinyal biner 1 dan 0. Semakin banyak perkawatan semakin panjang kata/data yang dapat disampaikan.
-
bus kontrol: jalur kontrol yang berfungsi menyampaikan
sinyal untuk dikirim menuju
bagian-bagian terpisah pada sistem. Bagian-bagian tersebut adalah sistem clock (waktu proses) dan sistem operasi (mengoperasikan perangkat lunak) dan CPU yang akan mengindikasikan
operasi
akan
dilakukan
seperti
perintah
READ/sinyal
baca
dan
WRITE/sinyal tulis dan menyampaikannya ke bagian-bagian tersebut.
74
BAB 6. PEMANFAATAN TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA PADA SISTEM MEKANIS
Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu menjelaskan dasar-dasar Programmable Logic Controller (PLC) dan aplikasinya pada sistem mekanis-elektris; 2. Pembaca mampu mendeskripsikan contoh penerapan kontrol mekanisme gerakan mesin perkakas dengan sistem kontrol komputer; 3. Pembaca mampu menjelaskan pengantarmukaan dan konversi sinyal analog-todigital dan digital to analog (ADC/DAC) analog (ADC/DAC) dengan deskripsi diagram balok.
Pada bab 3 terdahulu telah dikenalkan mengenai motor DC yang merupakan penggerak mula
mesin-mesin
perkakas
otomatis,
robot,
konveyor
dan
lain-lain.
Peralatan
atau
mesin-mesin yang bekerja secara otomatis tentunya diperlukan suatu teknik pengaturan dimana alat kontrol yang sangat berperan saat ini adalah komputer. Komputer yang merupakan sistem digital, tersusun dari banyak komponen-komponen mikroelektronik seperti IC dan mikroprosesor. Teknologi mikroelektronika saat ini sudah banyak diaplikasikan dalam sistem mekanis sebagai pengendali proses-proses produksi. Suatu pemanfaatan teknologi ini (selain komputer, mikrokomputer atau mikrokontroller) adalah programmable adalah programmable logic controller cont roller (PLC). (PLC).
6.1 Pengenalan Programmable Logic Controller (PLC) PLC adalah pengendali logika terprogram yang merupakan peralatan elektronik perangkat keras yang dapat mengolah masukan (inputs) , membuat keputusan dan mengirim keluaran (outputs (outputs ) secara langsung kepada operasi produksi. PLC ini tersusun dari piranti utama (Gambar 6. 1) yaitu: 1. Power supply: piranti yang memberikan suatu tegangan DC tingkat rendah kepada rangkaian elektronik. 2. Prosesor (mikroprosesor): piranti yang berfungsi memproses semua modul yang diinputkan dan mengolahnya menjadi modul output (keluaran). Prosesor ini merupakan 'otak' dari PLC. 3. Modul Masukan (Unit Input): alat ini berfungsi sebagai terminal bagi kabel-kabel yang datang dari peralatan masukan seperti sensor dan saklar, dan sebagai pengkondisian sinyal-sinyal elektris dari alat-alat masukan. 4. Modul Keluaran (Unit output): alat ini berfungsi sebagai terminal kabel-kabel yang menyampaikan susunan sinyal-sinyal menuju peralatan output yang terpasang pada mesin
75
yang dikendalikan, dan sebagai pengkondisian sinyal-sinyal elektris dari prosesor yang dipakai oleh alat-alat keluaran pada suatu mesin yang dikontrol.
Gambar 6.1 Diagram blok PLC dan arsitektur
PLC harus diisi program yang disesuaikan dengan aplikasi oleh para pembuat PLC seperti pengendalian motor konveyor, katup-katup pada proses industri kimia dan lain-lain dimana program yang digunakan mempunyai struktur logika yang disebut diagram ladder logic (diagram logika tangga) dengan simbol sbb:
Simbol alat-alat input: saklar, sensor, dan relay normally open
76
Simbol pembalik input, mrp operator logika NOT, relay/contact normally closed
Simbol alat-alat keluaran spt motor, katup, alarm, lampu, solenoid dan lain-lain
Simbol kontak input seri yg mrp operator logika AND (A * B)
Kontak input pararel mrp operator logika OR (A+B)
Bentuk pernyataan aplikasi sederhana dari diagram tangga adalah sbb:
Y
X
Saklar input X mengaktifkan output Y
X1
Y
Kondisi OR dimana dimana saklar input X1 atau atau X2 mengaktifkan output Y dan input X2
X2
X1
selalu menjaga Y tetap aktif
X2
Y Proses penguncian (latching) untuk menahan supaya output Y tetap aktif.
Y
Saklar input X1 mengaktifkan output Y dan ditahan tetap aktif oleh input Y selama saklar X2 tidak diubah diubah (tetap OFF).
6.1.1 Contoh Aplikasi PLC Contoh sederhana adalah pengaturan gerakan konveyor (conveyor belts) pada suatu operasi produksi seperti pada Gambar 6.2.
77
OUTPUT
output: motor listrik
P L C
INPUT
M
benda/obyek input: limit switch
Gambar 6.2 Aplikasi Pengendalian Konveyor
Sebuah motor DC (M) mengerakkan konveyor, dimana konveyor menghatarkan benda kerja pada suatu proses lanjutan didalam area kerja. Sebuah saklar pembatas (limit (limit switch ) yang terpasang pada konveyor akan mendeteksi bahwa benda kerja telah tiba pada posisi yang tepat. Ketika terjadi pendeteksian, konveyor akan berhenti bergerak sehingga benda kerja dapat diproses lebih lanjut (misalnya diambil oleh robot untuk diproses). Saklar pembatas disini sebagai alat masukan pada PLC, dimana saklar tersebut dihubungkan pada terminal 01 (bernomor urut) modul input. Kedatangan bencla keda akan membuka saklar sehingga terdapat pernyataan: jika ada sinyal memasuki terminal 01, lalu bangkitkan terminal output 01. Terminal output ini dihubungkan dengan motor penggerak konveyor. Selama saklar pembatas tertutup, motor penggerak konveyor tetap berputar sampai ada kedatangan benda kerja yang dideteksi oleh saklar. Pada saat benda kerja terdeteksi, kondisi membangkitkan motor penggerak tidak berlangsung lama, kondisi ini disebut de-energised . Didalam teknik digital hal ini dijelaskan sebagai berikut: -
jika konveyor berhenti berarti berar ti kondisi benar, sinyal bernilai I
-
jika konveyor berjalan berarti berar ti kondisi salah, sinyal bernilai be rnilai 0
analog: - saklar pembatas terbuka sehingga motor berhenti input = 0 maka output= I - saklar pembatas tertutup sehingga motor bergerak input= 1 maka output= 0 Prosesor pada PLC harus diisi program kontrol atau statemen berbentuk diagram tangga (ladder diagram), pada contoh diatas dimana kita menghendaki kondisi saklar terbuka sehingga motor penggerak konveyor berhenti. Suatu PLC merupakan instruksi tipe relay yang dikenal dengan bahasa logika biner 1 dan 0 atau ON dan OFF. Setiap PLC mempunyai diagram tangga yang
78
berbeda-beda tergantung pada arsiteknya. Diagram tangga pada Gambar 6.2 ditunjukan pada Gambar 6.3.
LS
M
Gambar 6.3 Diagram tangga
Gambar 6.4 menunjukkan contoh aplikasi lain dari PLC buatan Keyence dari Jepang (2000) yakni mengendalikan posisi putaran, kecepatan dan sinkronisasi gerakan motor listrik pada suatu mekanisme.
Gambar 6.4 Contoh aplikasi PLC merk Keyence (Keyence KV Series Cataloque, 2000)
6.2 Kontrol Komputer pada Gerakan Mesin Perkakas Telah dibahas mengenai komputer dan sistemnya dengan contoh operasi. Komputer sebagai alat kontrol juga diaplikasikan untuk pengendalian gerakan motor penggerak yang terpasang pada mesin-mesin perkakas seperti mesin bubut, frais, bor dan lain-lain. Dibawah ini suatu contoh hubungan komputer dalam pengendalian gerakan mesin perkakas.
79
Gambar 6.5 Diagram Kontrol Komputer
Salah satu contoh bagaimana komputer dapat mengendalikan gerakan mesin perkakas adalah yang ditunjukkan pada Gambar 6.6 adalah sebagai berikut.
Gambar 6.6 Pengendalian gerakan dan posisi meja pada mesin perkakas NC
80
Gerakan motor DC yang dihubungkan dengan aktuator tersusun dari , kopling, poros ulir dan meja yang menghasilkan gerakan rotasi menjadi linier. Aktifitas ini didukung oleh komponen sensor posisi dan rangkaian amplifier. Untuk dapat berkomunikasi antara komputer dan motor listrik (beserta komponen dasar otomatisasi) maka perlu alat pengantarmukaan/interfacing pengantarmukaan/interfacing seperti DAC (digital (digital to analog converter ) sehingga data analog dirubah ke digital dan sebaliknya. Selain perangkat keras juga diperlukan perangkat lunak/software lunak/software dan operating system/OS yang system/OS yang saling mendukung/kompatibel. Selain untuk mengendalikan mesin-mesin perkakas, komputer juga diaplikasikan untuk mengendalikan gerakan robot-robot di bidang industri. Tentang robotika akan dibahas pada sub-bab selanjutnya.
6.3 Pengantarmukaan (Interfacing ( Interfacing ) Peralatan Luar Input/Output dengan PLC/Komputer Interfacing merupakan bagian dari hubungan peralatan input dan output dengan alat kontrol seperti komputer dan PLC. Alat -alat masukan adalah bertipe analog, sedangkan prosesor yang terpasang pada PLC dan komputer adalah berfungsi berdasarkan teknik digital (biner). Jadi perlu suatu modul untuk merubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal digital pada alat-alat yang diinputkan dan sebaliknya sinyal-sinyal digital dirubah menjadi sinyal analog untuk alat-alat keluaran. Proses konversi sinyal analog to digital dan sinyal digital to analog diperlukan modul konverter seperti ADC dan DAC. Tranduser disini berfungsi mengkonversikan apa yang terukur kedalam sinyal analog dan sebaliknya. Secara blok diagram fungsi tranduser dan modul input/output ADC dan DAC adalah ditunjukan pada Gambar 6.7.
Sistem Mekanis: -kecepatan -posisi -torsi -gaya -tekanan -temperatut
Sinyal analog: 412 mA, 0-12V Transduser/S ensor
Sinyal digital: 12 bit ADC/ DAC
Alat Kontrol: -PLC -Komputer -Mikrokontroller
Input analog
Output analog
Gambar 6.7 Diagram Masukan Analog dan Keluaran Analog (ADC/DAC) pada PLC
81
Pengantarmukaan pada sistem komputer menerapkan rangkaian IC TTL (transistortransistor logic) atau CMOS dan rangkaian PPI ( programmable programmable peripheral interface ) dengan IC 8255 dengan peralatan luar, sedangkan rangkaian ADC/DAC biasanya dikombinasi dengan rangkaian Op-Amp (penguat operasional). Keuntungan PLC: 1.
Flexibel:setiap saat dapat mengubah desain sistern logika dan penambahan input dan output sesuai dengan aplikasi
2.
Handal dan perawatan yang mudah: merupakan alat yang solid dan tidak ada bagian /komponen yang bergerak yang menyebabkan kerusakan. Mampu bekerja cepat dan berulang-ulang.
3.
Kemampuan mengumpulkan data: dapat memonitor variabel proses setiap saat dan secara otornatis menstabulasikan data dari proses yang berlangsung
4.
Pemilihan jenis input dan output: sesuai dengan fleksibilitasnya, mampu dihubungkan dengan alat input dan output jenis apapun yang berhubungan dengan proses secara mudah
5.
Murah: dengan berbagai kompleksitas dari sistem manufacturing yang semakin tinggi saat ini, maka PLC mendominasi dengan sistern logika yang komplek, energi listrik yang rendah, hemat ruang dan tempat sehingga secara ekonorni dapat mengatasi kompleksitas tersebut dengan biaya yang rendah.
Kekurangan yang tampak dari penggunaan PLC (dan Komputer) adalah: diperlukan programmer yang ahli dalam memahami sistem karena semakin banyak input dan output pada proses atau sistem yang diotomatisasikan maka semakin rumit pula pemrograman yang dilakukan, hal ini dapat menyebabkan suatu 'error 'error '. '. Dari beberapa perancang atau pembuat PLC yang banyak dijumpai adalah Siemens, Allen-Bradley, General Electric, NatInst, dan Toshiba dan lain-lain.
82
BAB 7. PENGENALAN KOMPONEN PNEUMATIS DAN HIDROLIS Tujuan pembelajaran: 1. 2. 3. 4.
Pembaca/mahasiswa mampu menjelaskan perbedaan sistem pneumatis dan hidrolis; Pembaca mampu mendeskripsikan fungsi dan simbol tiap-tiap komponen; Pembaca mampu menjelaskan cara kerja katup solenoid; Pembaca mampu mendeskripsikan penerapkan sistem pneumatis dan hidrolis berbasis mekatronika.
7.1 Perbedaan Sistem Pneumatis dan Hidrolis Pneumatis
merupakan
sistem
penggunaan
udara
mampat
untuk
menstranformasikan gaya. Prinsip penggunaan udara atau gas (compressible (compressible fluids ) ini yang membedakan dengan sistem hidrolis yang memanfaatkan fluida incompressible (tidak dapat dimampatkan) seperti minyak atau air. Komponen utama dari kedua sistem ini adalah pompa untuk sistem hidrolik, kompresor untuk sistem pneumatik dan katup-katup seperti katup pengendali dan katup aliran. Gambar 7.1 menunjukkan perbedaan yang utama antara komponen-komponen yang tersusun pada sistem hidrolis (a) dan pneumatis (b).
Gambar 7.1 Perbedaan antara Sistem Hidrolis dan Pneumatis
83
Fungsi komponen dan kemampuan pada masing-masing sistem: Sistem Hidrolis
Sistem Pneumatis
1. Pompa: mengalirkan fluida inkompresibel
1.Kompresor: menyampaikan fluida kompresibel
menuju sistem keseluruhan
ke sistem keseluruhan
2.Tangki: menampung fluida dari/ke sistem
2. Receiver: menampung fluida yang dimampatkan dimampatkan untuk disampaikan ke sistem
3. Motor: memutar sudu/torak pompa untuk
3.Motor: memutar sudu/torak kompressor untuk
mengalirkan fluida inkompresibel
mengalirkan fluida
4.Katup hidrolis: mengatur distribusi fluida tak-
4. Katup pneumatis: mengatur distriibusi fluida
mampu mampat ke aktuator silinder
mampat ke aktuator silinder
5. Kemampuan dan aplikasi daya tinggi
5. Kampuan dan aplikasi daya rendah
Suatu aplikasi mekatronika adalah pengendalian katup-katup hidrolis dan pneumatis dengan kombinasi elektrik seperti penggunaan solenoid yang akan dijelaskan pada seksi aplikasi berikut ini. Aplikasi sistem hidrolis dan pneumatis di dalam mekatronika adalah menyusun komponen-komponen utama hidrolik atau pneumatik dengan komponen elektronika. Suatu contoh adalah penggunaan solenoid yaitu kumparan yang bekerja berdasarkan medan magnet. Penggunaan solenoid untuk mengendalikan gerakan katup-katup pada sistem hidrolik dan pneumatik memudahkan pengaturan sistem secara otomatis. Solenoid menghasilkan gerakan linier katup-katup dengan cara membangkitkan medan magnet dimana katup tersebut secara gerakan linier akan terbuka dan tertutup. Telah diketahui bahwa jika ada arus listrik yang dihantarkan pada suatu rangkaian maka dikatakan bahwa rangkaian itu dibangkitkan (energised (energised ) dan jika tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian
maka dikatakan rangkaian tersebut tidak
dibangkitkan (de-energised (de-energised ). ). Gambar 7.2 menunjukkan pengaturan katup tipe poppet dengan kumparan solenoid.
84
Gambar 7.2 Katup Solenoid Poppet Berbagai macam konfigurasi katup solenoid yang tersedia di pasaran seperti konfigurasi 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 4/3 dan 5/3 (lihat Gambar 7.3) dimana konfigurasi tersebut menginformasikan jurnlah lubang (port) untuk aliran fluida dan jumlah posisi dari katup. Simbol komponen pneumatik dan hidrolik adalah mirip tetapi untuk hidrolik sernua anak panah berwarna hitarn (perhatikan gambar 7.3: 3/2,5/2, 5/3), sedangkan pneumatik anak panah berwarna putih. Gambar 7.4 memperlihatkan cara kerja katup solenoid konfigurasi 5/2 diaplikasikan pada silinder pneumatik.
Gambar 7.3 Simbol konfigurasi katup hidrolis/pneumatis
silinder double act
gerakan ram dari B ke A
katup 5/2
85
gerakan ram dari A ke B
Gambar 7.4 Contoh rangkaian pneumatis
Pada Gambar 7.4a terlihat silinder pneumatis jenis double acting (aksi ganda) dihubungkan dengan katup solenoid yang mengatur aliran udara masuk dan keluar silinder. Gambar a menunjukan piston mengalami retract (memendek) dimana ujung piston pada titik A dan pada gambar b piston memanjang (extend ( extend ) dengan ujungnya mencapai titik B, perhatikan posisi katup 5/2 yang digunakan diatas. Contoh yang lebih komplek dalarn sistem mekatronik adalah pengaturan aktuator hidrolik dengan pengendalian automatis seperti Gambar 7.5. Sistem ini menerapkan teknik pengaturan tertutup (closed-loop (closed-loop system ). ).
86
Gambar 7. 5 Aplikasi sistem mekatronika pada aktuator hidrolik
Pada
sistem
hidrolik
diatas
terdiri
dari
pengendali
(Programmable (Programmable
Logic
Control /PLC) dimana pengendalikan katup solenoid SI dan S2 yang terhubung dengan aktuator silinder, aktuator ini merupakan keluaran (output). Posisi gerakan silinder (aktuator) diatur dengan menentukan acuan (set (set point ) yang telah dimasukkan melalui modul 1/0, modul ini berfungsi mengkonversikan sinyal analog input menuju PLC sehingga
solenoid
akan
dibangkitkan
(on)
dan
tidak
dibangkitkan
(off)
untuk
menyampaikan fluida kepada aktuator. Dengan sistem pengaturan tertutup ini, posisi aktuator selalu sesuai dengan set point, jika terjadi gangguan maka PLC akan mengatur (set) hingga didapat output yang diharapkan. Contoh konkret dari diagram diatas adalah suatu mesin skrap CNC atau gerakan lengan robot.
Simbol-Simbol Komponen Hidraulis/Pneumatis: Hidraulis/Pneumatis: Gambar Simbol Kontrol Manual Umum Tombol Tekan Tuas Pedal
Gambar Simbol Kontrol Mekanik Plunyer Pegas
87
Rol Rol tuas dengan kembali bebas
Gambar Simbol Kontrol Elektrik Solenoid dengan 1 koil kerja
Dengan 2 koil kerja pada arah sama Dengan 2 koil kerja arah berlawanan
Gambar Simbol Katup Katup 2/2-way posisi normal menutup
Katup 2/2-way posisi normal membuka
Katup 3/2-way posisi normal menutup
Katup 3/2-way posisi normal membuka
Katup 3/3-way posisi tengah menutup
Katup 4/2-way
88
Katup 4/3-way posisi tengah menutup
Katup 4/3-way posisi tengah mengambang
Katup 5/2-way
Katup 5/3-way posisi tengah menutup
89
BAB 8. APLIKASI PERKEMBANGAN MEKATRONIKA DI INDUSTRI Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu mendefinisikan konfigurasi dan geometri robot industri berdasarkan definisi ISO 8373; 2. Pembaca mampu mendeskripsikan komponen utama dasar otomatisasi dalam rancang bangun robot; 3. Pembaca mampu mendeskripsikan perancangan sistem penggerak robot dan pengendaliannya dan keuntungannya; 4. Pembaca akan dapat menerangkan Automatic Guided Vehicle (AGV) dan mekanisme transfer material.
8.1 Pengenalan Industrial Robotic Aplikasi robot di industri sangat pesat saat ini. Sebuah robot industri adalah mampu diprogram, manipulator multi fungsi yang didesain untuk memindah barang, komponen, tool atau peralatan khusus melalui variabel gerakan-gerakan terprogram untuk menghasilkan performan dari suatu jenis perintah. Menurut definisi standar ISO 8373, robot industri didefinisikan: Manipulating industrial robot as defined in ISO 8373:
An
automatically
controlled,
reprogrammable,
multipurpose,
manipulator
programmable in three or more axes, which may be either fixed in place or mobile for use in industrial automation applications.
Klasifikasi robot industri berdasrkan ISO 8373 terbagi dalam empat kelompok yakni:
Cartesian (Gantry) robots Robots whose arms have three prismatic joints, whose axes are coincident with a
Cartesian coordinate system
SCARA robots Robot which has two parallel rotary joints to provide compliance in a selected
plane.Note: plane.Note: SCARA SCARA derives from Selectively Complient Arm for Robotic Asssembly.
Articulated robots Robots whose arms (primary axes) have three concurrent prismatic joints
Parallel robots Robots whose arms (primary axes) have three concurrent prismatic joints
90
Gambar 8.1 menunjukkan klasifikasi robot ISO 8373. Sedangkan pengelompokkan robot industri berdasarkan jenis dan cara pengendaliannya terbagi dalam 4 kelompok kontrol robot yakni: 1. Sequence-controlled robot A robot having a system of control in which a state of machine movements occurs in adesired order, the completion of one movement initiating the next. 2. Trajectory operated robot A robot, which performs a controlled procedure whereby three or more controlled axis motions operate in accordance with instructions that specify the required timebased trajectory to the next required pose (normally achieved through interpolation). 3. Adaptive robot A robot having sensory control, cont rol, adaptive control, or learning-control l earning-control functions. func tions. 4. Teleoperated robot A robot that can be remotely operated by a human operator. Its function extends the human’s sensory-motor functions to remote locations and the response of the machine to the actions of the operator is programmable.
91
Lanjutan Gambar 8.1 Klasifikasi robot industri ISO 8373
Gambar 8.1 Klasifikasi robot industri ISO 8373
8.1.1 Konfigurasi Robot Konfigurasi robot atau anatomi robot adalah suatu struktur atau konstruksi robot yang terdiri dari lengan-lengan dan sambunganya. Ada sambunganya. Ada lima klasifikasi konfigurasi robot yaitu: 1. Robot aplikasi Industri (Industrial Robotic) -
konfigurasi Koordinat Kartesian (gambar a)
-
konfigurasi Silindrikal (b)
-
konfigurasi Polar atau Spherikal (c)
-
konfigurasi Jointed Arm atau Revolute (Articulated) (d)
2. konfigurasi Robot Berjalan (Mobile/Walking ) (e) 3. konfigurasi robot entertainmen (humanoid /animal /animal pets /boneka) Gambar 8.2 menunjukkan masing-masing konfigurasi robot sesuai dengan struktur gerakannya.
92
(e)
Gambar 8.2 Konfigurasi Robot
Masing-masing konfigurasi robot pada gambar diatas merupakan acuan dalam hal merancang dan membangun sebuah robot untuk aplikasinya agar tercapai suatu fungsi yang diinginkan. Dari konfigurasi diatas dapat diindentifikasi gerakan masing-masing anggota lengan atau manipulator yaitu ada tiga gerakan dasar: 1.
gerakan Rotasi (tipe R): diidentifikasi sebagai gerakan lengan dimana arah putarnya tegaklurus dengan sumbu putar.
2.
gerakan Linier (tipe Q: gerakan lengan robot dimana mempunyai gerakan translasi bolak-balik baik dengan arah gerakan vertikal atau horisontal.
93
3.
gerakan Twisting (tipe T): gerakan lengan robot yang berputar dimana arah putar lengan sejajar dengan sumbu putar.
1. RR
2. LL
3. TT
Gambar 8.3 Identifikasi gerakan lengan robot industri
Sebuah robot dikatakan mempunyai fungsi jika pada anggota lengan yang terakhir dipasang ‘tangan' atau gripper sebagai gripper sebagai end effector . Tangan disini adalah suatu tool atau alat biasanya berbentuk gripper atau jari-jari dan pencekam, fungsi dari tangan pada robot selain untuk mengangkat dan memindahkan barang atau benda keda tetapi juga berfungsi untuk menghantarkan berbagai macam tool seperti nosel las, nosel cat semprot, mata bor, gerinda dan sebagainya yang difungsikan pada suatu proses produksi di bidang industri manufaktur. Contoh spesifikasi dan konfigurasi robot dapat dilihat di Lampiran 3. 3.
94
Gambar 8.4 Contoh konfigurasi tangan robot (end ( end effector )
Jadi sebuah anatomi lengkap dari robot aplikasi industri jika tersusun dari base /dasar yang berfungi sebagai pondasi dimana robot diletakan, mekanisme lengan yang menghantarkan tool/end effector melakukan fungsi gerakkan dan mekanisme end effector sebagai effector sebagai tool/gripper yang tool/gripper yang berfungsi melakukan kerja akhir.
Rangkaian Lengan
Pusat Kontrol
Posisi End Effector diletakkan Base
(a) Robot lengkap
95
Rakitan End Effector/Gripper
(b) Gripper/end effector robot effector robot Gambar 8.5 Robot lengkap dan mekanisme gripper /tangan pencekam
8.1.2 Komponen-Komponen Automasi dalam Membangun sebuah Robot Sebuah robot yang dirancang untuk aplikasi tertentu di biclang industri tersusun dari bermacam-macam komponen automasi yang meliputi sensor, aktuator, penggerak dan pengontrol. 1. Sensor dan saklar :Pada umumnya sensor dan saklar yang dipakai pada sebuah robot adalah:
96
a. sensor posisi: posisi: sensor ini digunakan untuk memonitor posisi lengan-lengan robot
dimana
sensor
ini
mengumpanbalikkan
informasi
ke
sistern
pengontrolan yang akan diolah untuk mendapatkan ketepatan atau akurasi dari gerakan-gerakan lengan yang akan menghantar tool pada posisi yang benar. Jenis sensor ini adalah resolver, encoder dan encoder dan potensiometer.
Gambar 8.6 Sensor posisi jenis encoder
b. sensor kecepatan: kecepatan: sensor ini digunakan untuk memperkirakan kecepatan lengan yang digerakkan dalam hal ini adalah komponen penggerak yaitu motor. Sensor ini memberikan umpanbalik (feedback (feedback ) kepada pengendali (controller (controller ) agar didapat performansi dinamika yang tepat dimana kita ketahui bahwa saat robot membawa beban terjadi variasi perubahan percepatan dan kecepatan dari nilai yang semestinya sehingga harus dikontrol. Jenis sensor yang umumnya dipakai adalah accelerometer dan accelerometer dan tachometer . c. Sensor pengira: pengira: adalah digunakan untuk mengindikasikan dan mengenal objek-objek atau benda yang terlatak pada jarak tertentu tanpa adanya sentuhan atau kontak antara robot dan benda tersebut. Jenis sensor yang dipakai sensor inframerah atau photoelektrik. d. Saklar pembatas: pembatas : digunakan untuk membangkitkan gerakan anggota lengan dan tangan robot yang bekerja secara ON-OFF biasanya dipasang pada alat pengendali. Saklar pernbatas ini dapat berfungsi sebagai sensor sentuh yang dapat dipakai untuk membatasi gerakan robot yang dikontrol, jenis saklar pembatas yang berfungsi sebagai sensor ini adalah saklar mikro (microswitch (microswitch ). ).
97
2. Penggerak Utama (Drive) Penggerak utama ini mensuplai power (daya) yang mampu menggerakkan robot. Performansi suatu robot ditentukan oleh sistern penggerak utama ini. a.
penggerak hidrolis: penggerak
ini
memberikan
gerakan
robot
dengan
kecepatan dan kekuatan yang sangat besar. Robot dengan penggerak hidrolik ini dapat didesain gerakan anggota lengannya secara linier dan rotasi. Pemilihan robot sistern hidrolik diaplikasikan pada industri-industri besar yang membutuhkan kecepatan dan kekuatan lengan robot dalarn operasinya. Ada beberapa kelemahan dari penggerak ini yaitu adanya kebocoran-kebocoran pada instalasi hidrolik dan juga memerlukan ruang yang besar dalam penempatan robot.
Gambar 8.7 Penggerak sistem hidrolis
b.
Penggerak elektrik-mekanis:
penggerak
ini
mempunyai
kekuatan
dan
kecepatan yang lebih rendah daripada penggerak hidrolik. Penggerak elektrik ini dipakai pada robot yang berukuran kecil, namun demikian mempunyai ketelitian dan pekerjaan yang bersifat repetitif yang lebih baik. Komponen utama pengggerak ini adalah motor stepper dan motor servo DC yang dirangkai dengan aktuator mekanis dan kontrol elektris. Kelemahan dari sistem penggerak elektrik ini adanya resiko terjadinya hubungan singkat yang menyebabkan kebakaran pada lingkungan kerja.
98
Gambar 8.8 Sistem Penggerak Mekanis Komponen mekanis sebagai fungsi konversi gerakan rotasi-linier dan sebaliknya dari mekanisme
sebuah robot pada umumnya yang terpasang adalah rangkaian roda gigi,
rangkaian sabuk-puli dan rangkaian poros-ulir seperti pada Gambar 8.9.
Gambar 8.9. Mekanisme konversi gerakan rotasi/linier
99
Komponen-komponen mekanis melibatkan elemen mesin menjadi aktuator bagi robot industri dan berperan dalam menghasilkan desain mekanisme untuk sistem automasi. Gambar 8.10 menunjukkan contoh penggunaan komponen-komponen mekanis tersebut dalam rancang bangun end effector robot. effector robot. Komponen yang dipilih adalah rangkaian roda gigi, pegas, sabuk-puli,
saklar pembatas (tension switch ) dan mekanisme batang
terhubung (linkage (linkage mechanism ). ).
Gambar 8.10. Mekanisme gripper sebagai gripper sebagai end effector
c.
Penggerak pneumatik: penggerak pneumatik banyak digunakan pada robot
berukuran kecil dan mempunyai fungsi kerja yang terbatas dimana aplikasi utama adalah memindah barang atau benda kerja pada proses sekuen atau alur kerja yang sederhana. Robot berpenggerak pneumatik ini dapat didesain untuk gerakan linier dan rotasi.
Gambar 8.11 Sistem penggerak pneumatis
100
3. Aktuator Aktuator merupakan penggerak juga tetapi lebih ditekankan pada transmisi daya dimana aktuator yang dipakai tergantung dari penggerak utamanya. a. aktuator
hidrolik/pneumatik :
aktuator
ini
menstranmisikan
daya
melalui
rangkaian komponen hidrolik yang terdiri dad silinder dan piston dan katup-katup pengendali aliran fluida. b. aktuator elektrik : aktuator ini mentransmisikan daya melalui rangkaian roda gigi, ulir dan pulley.
4. Komputer Robot yang bekeria secara otomatis dikendalikan oleh komputer. Robot tersebut diprogram untuk melakukan fungsi kerja sesuai dengan perintah yang diinputkan. Dalarn penggunaan komputer, program yang diinputkan tujuannya untuk mengatur output berupa ketepatan posisi dan kecepatan gerakan dari masing-masing anggota lengan robot yang tidak lain adalah mengatur gerakan motor-motor (motor elektrik, hidrolik dan pneumatik) sebagai penggerak utama. INPUT: Perintah/ Instruksi
Kontrol Komputer
Mekanisme Penggerak Robot
OUTPUT: Posisi dan Kecepatan
Elemen Umpan balik: Sensor/Transuder
Gambar 8.12 Contoh diagram dan desain pengaturan motor pada lengan robot kartesian
101
Komputer pada Gambar 8.12 adalah berfungsi sebagai analiser yakni robot yang dikontrol mendapatkan perintah atau instruksi-instruksi dalam bentuk bahasa pemrograman (sebagai contoh PASCAL, ARMBASIC, VALI-II dan Assembler ) yang mengontrol gerakan motor tiap anggota lengan robot dimana keluarannya berupa kecepatan dan posisi masing-masing lengan tersebut. Sistem pengaturan tertutup ini membutuhkan elemen feedback atau umpanbalik berupa sensor kecepatan dan sensor posisi yang akan memberikan informasi secara umpanbalik kepada komputer sebagai pusat pengendali. Telah kita kenal sebelumnya pada seksi terdahulu tentang mikroprosesor dan komputer dimana terdapat peralatan input dan output (I/0 devices ). ). Pada pengendalian robot juga diperlukan
interfacing peralatan
input
dan
output
yang
dapat
mengkoversikan
sinyal-sinyal digital ke analog dan sebaliknya. Pada analiser disini ditekankan tentang adanya kemampuan memprogram suatu instruksi atau perintah kedalam komputer untuk membuat gerakan robot secara otomatis.
8.1.3 Volume Kerja dan Contoh Aplikasi Robot Robot yang dirancang harus sesuai dengan volume kerja. Volume kerja didefinisikan sebagai kemampuan manuver robot dalam melakukan gerakan-gerakan dari titik terdekat yang dapat diraih dan titik terjauhnya pada suatu koordinat ruang. Volume kerja ditentukan berdasarkan derajat kebebasan (jumlah variasi gerakan anggota lengan/manipulator dan lintasan) dan konfigurasi robot (jenis dan dimensi robot). Volume kerja sesuai dengan konfigurasi robot yaitu yang membentuk kurva ruang silinder, bola, persegi/rectangular persegi/rectangular dan dan kombinasinya.
Konfigurasi LLL dengan bentuk ruang Konfigurasi TLL : Silindris
102
Konfigurasi TRR: Spherikal
Gambar 8.13 Konfigurasi dan volume kerja robot
Aplikasi saat ini: Pengecoran
Machine loading
Pengelasan titik
Stamping
Pengelasan listrik
Pencetakan plastik
Glass handling
Penempaan logam
Pengecatan
Inspeksi
Pengemasan
Transfer material
Pemrosesan textil
Medical lab handling
Proses Perakitan
Inspeksi produk
Aplikasi yang sedang dikembangan dan diteliti Pengumpul sampah Pengantar dan penyiap hidangan di restauran Pengisian bahan bakar Pemetik hasil panen Pembersih rumah Perawatan instalasi nuklir
103
Pemadam kebakaran Pembesahan penyakit kanker Explorasi bawah laut Eksplorasi luar angkasa
Beberapa alasan mengapa robot digunakan, yaitu: 1.
Meningkatkan nilai guna dari plant: robot dapat bekerja lebih cepat dan lebih lama dlibandingkan manusia pada plant/pabrik.
2.
Mengurangi biaya produksi: robot memproduksi barang dengan prosentasi jauh lebih tinggi dari manusia dan tidak pernah lelah sehingga terhindar dari kesalahan produksi.
3.
Lingkungan kerja: lingkungan kerja pada pabrik (shop (shop floor ) sangat bising, berulangulang dan membosankan. Robot digunakan untuk menggantikan tugas manusia yang terbatas pada lingkungan kerja seperti diatas dimana pada periode yang lama mempengaruhi fisik manusia.
4.
Meningkatkan kualitas: Ketelitian dalam memposisikan lebih tepat robot daripada manusia. Selain teliti, juga melakukannya dengan aksi yang cepat. Hal ini meningkatkan kualitas terutama pada proses pengelasan.
5.
Pengoperasian pada lingkungan yang ekstrem dan berbahaya: robot menggantikan tugas manusia dalam lingkungan yang ticlak memungkinkan seperti plant nuklir, dan eksplorasi ruang angkasal.
6.
Umur kegunaan yang lebih panjang: robot memberikan umur penggunaan yang sangat lama dengan berbagai macam fungsi dan pekerjaan yang diprogramkan untuk aplikasi tertentu.
Mengingat kegunaan yang potensial dari suatu robot dalam melaksanakan pekerjaan maka perlu mempertimbangkan tiga hal pokok dari aplikasi robot yaitu: 1. robot harus menggantikan manusia pada pekerjaan yang berbahaya; 2. robot harus menggantikan manusia pada pekerjaan dimana manusia tidak ingin melakukannya; 3. robot harus menggantikan pekerjaan manusia dengan lebih secara ekonomis.
104
8.2 AGV (Automatically AGV (Automatically Guided Vehicle ): ): Suatu contoh Mobile Robot AGV adalah suatu kendaraan tanpa pengemudi yang digerakkan oleh sebuah battery (sumber tegangan) dengan kemampuan terprogram untuk menuju tempat tujuan, seleksi jalur dan posisi. Daya penggerak yang digunakan adalah 0,7 kW dari batery 200 400 Ah yang dapat diisi ulang (rechargable (rechargable ). ). AGV merupakan alat transportasi untuk memindahkan barang dari lokasi yang satu ke lokasi yang lain didalam lingkungan fasilitas pabrik secara otomatis.
rolley/Truck
AGV
Sistem Kemudi Sensor
Gambar 8.14 AGV
8.2.1 Komponen AGV AGV terdiri dari empat komponen kompone n utarna yaitu: 1.
Kendaraan
(vehicle (vehicle ): ):
digunakan
untuk
memindahkan
material
pada
sistem
(pabrik /plant) tanpa operator (manusia) terdiri dari dari body dan/atau rangka seperti halnya kendaraan truk. Jenis dari kendaraan AGV ini adalah truk pallet pallet , truk gandeng, truk ringan, truk perakitan dan forklift . 2.
Jalur penuntun (guide (guide path ): ): digunakan sebagai penuntun kendaraan untuk bergerak sepanjang lintasan yang telah ditentukan pada sistem, biasanya terpasang pada lantai. Komponen ini tersusun dari sensor-sensor pengarah seperti magnet permanen dan sensor optik yang ditanam pada lantai lintasan yang dilalui oleh
AGV (lihat
Gambar 8.16). 3.
Unit
pengendali
(control (control unit ): ):
komponen
yang
berfungsi
memantau
dan
mengarahkan gerakkan, inventori dan status kendaraan saat operasi. Unit ini merupakan sistem komputer yang terpasang layar monitor dimana dapat dilihat posisi kendaaan AGV dan apa yang sedang dilakukan. Komunikasi dan instruksi antara unit kontrol dengan AGV biasanya melalui transceiver infra merah (sensor) bersifat jarak-jauh. Fungsi pengendalian pada operasi AGV adalah start/stop ,
105
perubahan
kecepatan,
perubahan
arah
gerak,
indikator
kendaraan
dan
loading/unloading material. loading/unloading material. 4.
Pengantarmukaan komputer (computer (computer interface ): ): berfungsi mengantarmukaan (menghubungkan) dengan jaringan komputer database dan sub-sistem yang lain seperti sistem penyimpan dan pengiriman barang/material, mesin CNC, robot dan sistem manufakturing fleksibel (FMS).
Gambar 8.15 Komponen Utama AGV
Gambar 8.16 Lintasan AGV di dalam lini produksi suatu pabrik
106
Keunggulan AGV dibandingkan dengan handling equipment (pesawat angkat) yang lain seperti konveyor adalah: 1. fleksibilitas: kemudahan perubahan jalur lintasan, mudah bergerak pada ruang/space yang minim, perubahan penggunaan jumlah kendaraan dan mudah untuk diprogram ulang pada sistem plant yang dimodifikasi. 2. Kehandalan yang lebih tinggi: kerusakan atau gangguan yang terjadi dapat diatasi tanpa mengganggu operasi keseluruhan. 3. Kebebasan gerak: kendaraan bebas bergerak yang tanpa pengemudi secara fleksibel, halus; dan lebih aman bagi lingkungan kerja sebab adanya sensor yang dipasang pada jalur lintasannya.
AGV merupakan alat transport transpor t material yang berteknologi sangat san gat maju sehingga dibalik semua keunggulannya, AGV merupakan investasi modal yang tinggi.
107
BAB 9. PROBLEM SOLVING DESAIN MEKATRONIKA HASIL INOVASI KARYA MAHASISWA TEKNIK MESIN
Tujuan pembelajaran: 1. Pembaca/mahasiswa mampu mengidentifikasi dan problem solving komponenkomponen yang menyusun suatu sistem otomatik alat/mesin di bidang teknik mesin; 2. Pembaca/mahasiswa mampu menerapkan proses kegiatan perancangan otomatisasi mesin/alat yang melibatkan mata kuliah mekatronika di bidang ilmu Teknik Mesin yakni robotika dan mesin produksi/manufaktur; 3. Pembaca mampu mendeskripsikan perkembangan inovasi karya alat/mesin di bidang manufaktur yakni cara-cara baru di bidang teknik mesin.
9.1 Desain Mesin Pengecat Genteng Otomatis (Susanto dkk, 2003) Mesin pengecat genting otomatis sekaligus sistem pengering hasil cat ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan industri genting. Keuntungan yang ditawarkan adalah mampu melakukan fungsinya untuk produksi massal dan meninimalkan biaya tenaga kerja. Cara kerja utama adalah memadukan antara material handling , proses pengecatan dan proses pengeringan hasil cat dalam waktu yang singkat. Pengendalian dilakukan secara otomatis, mulai persiapan genting, proses gerakan sprayer dan pengeringan di daerah oven. Hasil karya ini dikerjakan oleh mahasiswa Teknik Mesin S-1 ITN Malang secara berkelompok dengan pembagian sub-bahasan meliputi a). desain dan konstruksi mesin, b). pemilihan komponen pengerak dan aktuator, c). desain alat kontrol atau pengaturan seluruh fungsi kerja komponen dan d). perhitungan kekuatan konstruksi serta e). analisis kualitas dan time study hasil pengecatan dari berbagai jenis dan merk genteng yang ada di pasaran.
108
Gambar 9.1 Mesin pengecat genteng otomatis Gambar 9.1 hasil rancangan akhir mesin pengecat genteng otomatis. Selain pengendalian proses pengecatan, juga dikendalikan proses pengeringan hasil cat menggunakan heater sekaligus pengendalian material handling menggunakan wheel cart . Penerapan material handling mobile handling mobile pallet atau pallet atau wheel cart mirip cart mirip AGV juga dikendalikan terpadu menggunakan bersifat otomatis dari gerak maju-mundur sesuai lintasan yang telah dirancang Keterangan dibawah ini menjelaskan nomenklatur hasil desain, jenis komponen dasar otomatisasi, pengendalian gerakan seluruh mekanisme dan waktu proses hingga genteng kering.
Keterangan
Gambar 9.1: 9.1 :
A = Daerah Persiapan dan penaruhan benda kerja, dengan P. lintasan = 46 cm, dan waktu lintasan + waktu penaruhan = I,68 detik; B = Daerah pengecatan, dengan P.lintasan = 38 cm, dan waktu lintasan = 13,9 detik; C = Daerah pengovenan, dengan P. lintasan = 76 cm, dan waktu lintasan = 18,1 detik; D = Daerah pengambilan benda kerja, dengan P. lintasan = 46 cm, dan waktu lintasan + waktu diam= 1,92 detik; D –A =Kereta kembali ke kondisi semula dengan waktu 6,4 detik. Spesifikasi hasil desain:
109
1. Temperatur kontrol analog dan pengaturan sistem pengering hasil cat genteng AC 220 volt
thermocontrol contactor
+
-
heater
thermocouple
on/ off
Fan
Gambar 9.2 Pengendalian temperatur dan komponen dasar 2. Ruang oven pengering - Model
: Tipe U
- Diameter inti
: 1.5 cm
- Diameter cincin
: 3 cm
- Panjang
: 110 cm
- Konsumsi listrik
: 1000 W
110
input
Therm Thermokon okonttrol
Kont Kontakt aktor
Heat Heater er
output
Therm Thermokop okopel el
Gambar 9.3. Diagram balok pengaturan heater - termokopel 3. Penggerak mekanis: motor listrik DC dan kontrol digital
111
Relay untuk motor maju lambat MOV P2#01111111b
Mikro kontroler P in 28/ 28/ P2.7 P 2.7 P in 27/ 27/ P2.6 P 2.6 P in 26/ 26/ P2.5 P 2.5
Relay untuk motor maju cepat MOV P2#10111111b
Motor wiper
Relay untuk motor mundur cepat MOV P2#11011111b
Gambar 9.4 Motor listrik DC dan sistem kontrol digital
4. Mekanisme aktuator: sproket-gear dan sproket-gear dan wheel cart pembawa genting
5. Kompresor untuk nozel atau end effector proses effector proses cat
112
6. Sprayer end effector
7. Identifikasi gerak sprayer end effector Arah langkahspray
sprayer
20 cm
Semprotan cat
Arah langkah genteng
Genteng
113
Arah gerakan bolak-balik bolak-balik mekanisme mekanisme sprayer/end effector
Gambar 9.5 Mekanisme gerakan sprayer
8. Hasil pengaturan gerakan mesin pengecat genteng otomatis
Gambar 9.6 Simulasi gerakan wheel cart
9. Rangkaian sistem kontrol analog mesin pengecat genteng otomatis
114
Sensor END posision
P in 1 (P1.0) P in 2 (P1.1) P in 4 (P1.3)
Sensor TOP posision
Mikro kontroler
Senssor middle posision
Pin 17 (P1.7) Sensor Start
Gambar 9.7 Rangkaian kontrol digital untuk sensor/transduser
10. Diagram alat kontrol: jenis dan fungsi komponen otomasi
(1) (1) Alat Control
(2) (2) Motor wipper penggerak kereta pembawa palet
Membawa palet bergerak maju cepat, maju lambat dan mundur cepat
(3) (3) Motor wipper penggerak mekanisme spray
Spray bergerak maju dan mundur
(4) (4) Solenoid
(5) (5) Sensor
Menarik tuas spray
y
y
y
Mengisyaratkan spray bergerak maju dan mundur Mengisyaratkan motor motor pembawa palet berhenti di top posision Mengisyaratkan motor motor pembawa palet berhenti di end posision
Gambar 9.8. Diagram jenis dan fungsi komponen otomasi yang digunakan.
115
9.2
Perancangan Robot Lengan Tipe Gantry ( Sudarmadi K.E., Setiadharma, IY., Gede Agus, A.N., Suyono., dkk, 2002) Robot gantry adalah jenis robot yang memiliki konstruksi menggantung seperti
struktur kantilever dengan beban kerja di ujung terpusat. Pada rancangan robot gantry ini, tiang penyangga merupakan salah satu komponen yang sangat vital karena dengan tiang ini robot akan dapat mencapai objek benda kerja dengan tepat dan harus dapat bergerak dengan baik. Tiang penyangga ini hanya mampu bergerak sepanjang rel bawah. Adapun gerakan dikontrol berupa gerakan maju dan mundur terhadap posisi awalnya. Kecepatan gerakan dari tiang penyangga untuk berpindah dari posisi awal ke posisi berikutnya ditentukan oleh kecepatan putar poros motor stepper yang kemudian direduksi atau diteruskan oleh sproket yang ditransmisikan oleh rantai. Gambar robot lengan tipe gantri dengan end effector yang dirancang untuk proses pengecatan pigura secara otomatis. Pada proses pengecatan, robot gantry ini memiliki pengaturan antara kecepatan angin dan laju cat yang masih cara manual. namun pengaturan kecepatan gerak dari dudukan lengan yang digerakkan oleh motor stepper, sama dengan gerakan dari pada tiang penyangga, dikontrol secara otomatis.
Gambar 9.9 Desain robot gantry Keterangan Gambar : 1. Rel Atas 2. Rantai Atas 3. Tiang Penyangga 4. Lengan
6. 7. 8. 9.
Batang Penghubung Tiang Penyangga Rantai Bawah Tatakan Motor stepper
116
5. Rel Bawah 1. Konstruksi Robot Lengan dan Gantry
(a)
(b)
(c)
Gambar 9.10 Rangka robot gantry (a) lengan untuk end effector, (b) konstruksi gantry dan (c) konstruksi pondasi robot. 2. Komponen Penggerak Pneumatis a. Silinder pneumatis tipe ganda
117
Gambar 9.11 Silinder pneumatis double acting actuator
3. Diagram balok sistem pengaturan a. Diagram Alir Perubahan Energi Pada Transmisi Rantai Dan Sproket Untuk Tiang Penyangga (Rel Bawah)
Energi Listrik
Energi Mekanik
Penggerak (Motor Stepper)
Energi Kinetik
Transmisi rantai dan
Transmisi rantai dan
sproket 1
sproket 2
Tiang Penyangga (maju-mundur)
b. Diagram Alir Perubahan Energi Pada Transmisi Rantai Dan Sproket Untuk Rel Atas Energi Listrik
Energi Kinetik
Energi Mekanik
Penggerak (Motor Stepper)
ransmisi rantai
ransmisi rantai
Rel atas (kiri-kanan)
118
c. Skematik Diagram Sistem Kontrol Digital Robot Gantry Pengecatan
CPU
PPI PPI 8255
PORT A
Penggerak Motor Stepper
PORT B
Penggerak K atup Solenoid
PORT C
Satu pasang motor stepper unt untuk uk penggerak rel atas dan satu pasang motor stepper untuk penggerak rel bawah
K atup Solenoid
Penyeleksi Saklar Mikro
Silinder Pneumatik
Saklar Mikro
d. Blok Diagram Rangkaian Interface KOMPUTER
PENYELEKSI SAKLAR
INTERFACE (PPI 8255) 55)
PENGGERAK MOTOR
MOTOR STEPPER
REL ATAS DAN REL
SAKLAR
MIKRO PENGGERAK KATUP
KATUP SOLENOID
LENGAN PNEUMATIK
ROBOT
SPRAYER
e. Prinsip kerja pengendalian mekanisme gerak robot gantry Secara keseluruhan rangkaian robot Gantry pengecatan dapat dilihat pada gambar blok diagram diatas. Apabila komputer mengeluarkan data melalui interface (PPI 8255) ke: 1. Rangkaian penggerak motor untuk menggerakkan satu pasang motor stepper untuk tiang penyangga untuk gerakan maju-mundur. 2. Rangkaian penggerak motor untuk menggerakkan satu pasang motor stepper untuk rel atas (gerakan ke kiri dan ke kanan).
119
3. Katup solenoid untuk menggerakkan pneumatik sehingga lengan robot dapat melakukan gerakan rotasi. 4. Ada 10 buah saklar mikro yang digunakan untuk unt uk membatasi gerakan robot yaitu: yaitu : a. Satu pasang untuk membatasi gerakan rel atas (kiri-kanan). b. Satu pasang untuk membatasi gerakan rel bawah (maju-mundur). c. Satu pasang untuk membatasi gerakan silinder pneumatik I (pangkal). d. Satu pasang untuk membatasi gerakan silinder pneumatik II (tengah). e. Satu pasang untuk membatasi gerakan silinder pneumatik III (ujung). 5. Rangkaian penyeleksi saklar mikro yang dihubungkan ke PPI 8255 sehingga dapat mengetahui posisi dari robot yang kita gerakkan.
Software yang digunakan dalam pengendalian / kontrol robot gantry pengecatan adalah Turbo Pascal. Pascal. Program yang tersedia di pasaran baik berbasis operating system DOS atau Windows cukup banyak, dan selain Turbo Pascal, bahasa program lainnya yang termasuk sebagai bahasa beraras tinggi yakni: BASIC, COBOL, FORTRAN, C dan C++, Visual Basic serta Delphi. Delphi. Semua aktivitas yang akan dilakukan oleh robot diatur dan dikendalikan oleh software , meliputi: inisialisasi PPI 8255, pengaturan port-port pengaturan port-port yang yang akan digunakan sebagai jalur input, output, maupun input-output. Dengan tujuan untuk menggerakkan motor stepper dan batang torak pada silinder pneumatik sehingga menghasilkan gerakan robot sesuai dengan yang kita kehendaki. f. Tampilan pengendalian robot gantry di layar komputer untuk mode manual
Gambar 9.12 Display pengendalian gerakan mesin las
120
9.3
Robot Mobile Pemotong Rumput (Widisila, IK., Ery, IWK., Tomy, RS., Mustika, G., Artono, IW, 2002)
1. Tujuan dan manfaat Tujuan
perancangan
robot
mobile
pemotong
rumput
adalah
mekatronika dengan modifikasi system penggerak 4 roda yang
menerapkan
ilmu
diaplikasikan untuk
memotong rumput di lapangan dengan keadaan lapangan dan rumput adalah sebagai berikut. 1.Keadaan lapangan miring dengan kemiringan lapangan 150; 2. Kondisi rumput bisa dalam keadaan basah ataupun kering , tetapi tidak dalam keadaan hujan; 3. Tinggi rumput yang akan dipotong tidak melebihi ketinggian mesin atau tingginya tidak lebih dari 6 cm; 4. Lapangan tidak dalam keadaan berair atau becek. Untuk idealnya mesin pemotong rumput diaplikasikan untuk lapangan maupun taman dalam kondisi lapangan yang datar dan rumput yang halus, sehingga mesin mampu bekerja secara optimal.
Gambar 9.13 Robot mobile pemotong mobile pemotong rumput
121
2. Komponen utama dari sistem penggerak roda 1. Poros 2. Bantalan (bearing (bearing ) 3. Arm Roda Arm Roda (lengan Roda) 4. Roda 5. Rantai (chain (chain ) 6. Roda gigi (worm (worm Gear ) 7. Motor Wiper
Gambar 9.14 Sistem penggerak roda dan chassis /rangka
3. Sistem Mekanis A. Transmisi Roda Gigi. Transmisi roda gigi yang dipakai pada mesin pemotong rumput adalah merupakan bagian dari transmisi roda gigi motor wiper yang digunakan sebagai penggerak roda dan kemudi. Jenis roda gigi yang digunakan adalah roda gigi cacing. Hal ini dilakukan agar pada saat bekerjanya sistem kemudi, tidak terjadi putaran yang berbalik karena telah ditahan/dihentikan oleh ulir cacing, sehingga pada saat gerakan roda maju-mundur dan belok tidak terjadi macet akibat posisi roda yang tidak sesuai. Selain itu penggunaan motor wiper pada sistem mekanis gerak roda dan kemudi sangat menguntungkan pada sistem gerak mesin pemotong rumput penggerak 4-roda dimana daya yang dihasilkan pada motor wiper cukup besar.
122
Ciri yang sangat menonjol pada roda gigi cacing adalah kerjanya yang halus dan tidak berisik, serta memungkinkan perbandingan transmisi yang besar. Roda gigi yang digunakan pada motor wiper adalah roda gigi yang memiliki diameter 55 mm untuk roda cacing dan diameter 8 mm untuk ulir cacing. Sedangkan jumlah giginya 55 untuk roda cacing dan 8 pada ulir cacing.
B. Transmisi Rantai Transmisi rantai ini digunakan pada roda mesin pemotong rumput penggerak 4-roda, yang fungsinya meneruskan putaran motor wiper sehingga roda dapat bergerak. Ada beberapa alasan mengapa rantai dipergunakan pada mesin pemotong rumput penggerak 4-roda yaitu : •
Keausan yang kecil pada bantalan;
•
Mampu meneruskan daya yang besar karena kekuatannya yang besar;
•
Mampu meneruskan daya tanpa adanya slip, sehingga menjamin perbandingan putaran yang tetap;
•
Mudah memasangnya;
•
Tidak memerlukan tegangan awal.
4. Konfigurasi Pisau Pemotong Rumput Penggerak Empat Roda Sesuai dengan aplikasi yang diambil yaitu mesin pemotong rumput maka dipilih beberapa peralatan yang digunakan
motor AC untuk memutar pisau potong rumput.
Motor pengerak (Motor AC 220 volt) yang digunakan adalah motor Ac yang tersedia di pasaran, yaitu motor Ac yang biasa digunakan pada mesin jahit.
Gambar 9.15 Sistem mekanis penggerak mekanis roda dan pisau potong.
123
Untuk bahan pisau potong rumput dipilih khusus dari bahan baja pisau gergaji kayu, dasar pemilihan bahan ini adalah karena baja tersebut memiliki daya lentur yang tinggi dan memiliki nilai ketajaman yang bagus. Bahan dibentuk sedemikian rupa dan diasah menggunakan gerinda. Gambar 9.16 adalah pisau potong dan gambar
motor
penggeraknya.
Gambar 9.16 Pisau Potong dan Motor AC 220 volt Gambar 9.17 menunjukkan rute lintasan dan gerakan robot mobile ini mobile ini dikendalikan dengan remote control yang memiliki daya jangkauan gelombang radio dengan radius 300 m.
124
Gambar 9.17 Pengendalian gerakan dan lintasan robot mobile
125
9.4 Mesin Las Listrik Tipe Mobile Otomatis (Puspito, H.J dan Santoso, A.B., 2003)
1. Desain dan Komponen mekanis
Gambar 9.20 Desain dan Komponen mekanis 2. Kebutuhan dan perakitan komponen mekanis Bagian linier I Motor DC Dudukan Motor DC Gear Box Sambungan Poros Motor Gear atau Roda Gigi Poros Roda Bearing dan Dudukan Bearinng H. Roda Belakang I. Rangka (casing)
A. B. C. D. E. F. G.
A. B. C. D. E. F. G.
Bagian linier II Motor DC Dudukan Motor DC Sambungan Poros Rumah Roda Gigi Roda Gigi Poros Roda Gigi Dudukan Poros
Bagian linier III A. Poros Sliding B. Poros Berulir C. Bantalan dan Pemegang Poros D. Sliding E. Dudukan Penjepit Elektrode F. Penjepit Elektrode G. Kerangka Linear I H. Roda Depan
3. Pengendalian dan Pengaturan gerakan
126
y ARAH ELEKTRODA
BENDA BENDA KERJ A MESIN LAS ELEKTRODA PENCEKAM
ARAH PENGELASAN
ARAH PENGELASAN
PENGELASAN HOR ISONTAL (DATAR) (DATAR)
x
PENGELASAN VE RTIKAL (NAIK)
Gambar 9.21 Pengaturan gerakan linier X-Y saat pengelasan
9.5 Perancangan Unit Sel Pengelasan Potong dan Konveyor (Santoso, E., Oka, J.A.D., Ling, N.T., Roland., 2002)
(a) Konveyor Roller
127
(b) Robot lengan las potong
(c) Unit sel robot las potong dan konveyor Gambar 9.22 Simulasi kerja unit sel las potong dan gerak konveyot
Pengendalian gerakan robot lengan dengan metode slider yakni komponen poros berulir yang berputar. Putaran poros ulir menggerakan mekanisme robot lengan ke kanan dan ke kiri sesuai program gerakan yang dirancang. Gambar 9.23 menunjukkan mekanisme penggerak robot lengan pengelasan dengan poros ulir yang dikendalikan otomatis closed loop dilengkapi loop dilengkapi komponen saklar pembatas mikro (micro (micro limit switch ). ).
128
(a) Kontrol gerakan ulir open loop (b) Kontrol gerakan poros ulir closed loop Gambar 9.23 Kontrol otomatis gerakan poros ulir 9.6 Perancangan Lift Pemindah Barang untuk Dua Lantai (Fajar, 2002) Hasil perancangan lift barang ini khusus untuk kemampuan angkat beban maksimum 200 kg dan kemampuan tinggi angkat untuk dua lantai yakni sebesar 17 meter. Mekanisme yang dipilih adalah sistem pengangkat sabuk puli yang digerakan oleh motor listrik AC dan dilengkapi sensor dan saklar pengaman serta pendeteksi besar beban maksimal. Pengendalian gerakan lift terprogram dengan komputer dan menerapkan sistem pengendalian ON/OFF dengan mendeteksi ada atau tidak adanya barang dan input pemilihan tingkat lantai (lantai 1 atau 2) ditentukan oleh operator di depan komputer kontrol.
(a) Posisi di lantai II
(b) Posisi barang di lantai I
129
(c) Posisi barang di lantai dasar (d) Konstruksi dan sistem mekanis lift Gambar 9.24 Pengaturan gerakan dan konstruksi lift barang lift barang dua lantai
9.7 Perancangan Mesin Snai Tiga Axis Otomatis (Prasetya, H, Utomo, B., Adi Dharma, A., 2003) Perancangan mesin snai otomatis ini menganalisis tentang perakitan dan pembuatan komponen-komponen dari mesin snai otomatis 3-axis 3-axis yang dikelompokan data kebutuhan komponen seperti pada Tabel 9.1. Tabel 9.1 Daftar kebutuhan komponen untuk perakitan mesin snai 3 axis
130
1. Perancangan Gerakan 3- Axis 3- Axis Otomatis Otomatis Mesin snai ini resusun dari tiga bagian utama dan memiliki arah gerakan yang berbeda dan bagian utamanya disebut sebagai linier. a.
Linier I :Komponen linier I terdiri dari beberapa komponen diantaranya motor servo, poros ulir penggerak, roda gigi. Gerakan yang dilakukan oleh linier 1 adalah gerakan naik dan turun.
b.
Linier II :Komponen pada linier II adalah satu motor servo, satu poros ulir penggerak. Poros dari motor servo akan memutar poros ulir penggerak, sehingga linier II dapat bergerak ke kiri dan ke kanan.
c.
Linier III :Komponen pada linier III terdiri dari satu motor servo, satu poros ulir penggerak. Prinsip kerja dari linier III sama dengan linier II tetapi arah gerakannya yang berbeda yaitu maju dan mundur.
131
Gambar 9.25 Bagian utama mesin snai 3 Axis otomatis 2. Kontrol Gerakan Mesin jenis ini mempunyai tiga gerakan sumbu kerja yang dilakukan mesin pada saat beroperasi, atau sistem derajat kebebasan yang memiliki tiga buah sumbu koordinat sebagai sumbu gerakannya. Ketiga buah sumbu gerak tersebut adalah biasanya untuk sumbu gerak dari meja dan perkakas potongnya. Tetapi mejanya memiliki dua buah sumbu gerak yang saling menyiku yang bergerak secara horizontal yaitu biasanya didapat tiga sumbu gerak ( x – x ), ( y – y ) dan ( z – z ). 1
2
1
2
1
2
132
Daftar Pustaka Asfahl,Ray.,(1985), Robots and Manufacturing Automation , pen. John Wiley, Kanada. Billingsley, J., 2006., Essentials of Mechatronics , Mechatronics , pen. John wiley and Sons, New Jersey. Bishop,R.H., (2006), Mechatronics: an Introduction, Introduction , pen. Taylor and Francis, New York. Bolton, (1995), Mechatronics , pen. Longman, Inggris. Dwijaya, I.N., Eliadnyana, I.P., Mujib, A., Triwidodo, E., Susanto, A., (2003), Perancangan Mesin Pengecat Genteng Otomatis , Laporan Skripsi Kelompok, Jurusan Teknik Mesin S-1, FTI, ITN Malang. Fajar., M, (2002), Perancangan Lift Pemindah Barang untuk Dua Lantai, Laporan Skripsi , Jurusan Teknik Mesin S-1, FTI, ITN Malang. Grover., Mikell, (1986), Industrial Robotics , pen. McGrawHill, Singapore. Prasetya, H, Utomo, B., Adi Dharma, A., (2003), Perancangan Mesin Snai Tiga Axis Tiga Axis Otomatis, Laporan Skripsi , Jurusan Teknik Mesin S-1, FTI, ITN Malang. Puspito, H.J dan Santoso, A.B., (2003), Mesin Las Listrik Tipe Mobile Otomatis, Laporan Skripsi Kelompok, Jurusan Teknik Mesin S-1, FTI, ITN Malang. Sandler, B.Z., (1999), Robotics: Designing the Mechanism for Automated Machinery , edisi ke-2, pen. Academic Press, California. Santoso, E., Oka, J.A.D., Ling, N.T., Roland., (2002), Perancangan Unit Sel Pengelasan Potong dan Konveyor, Laporan Skripsi Kelompok, Jurusan Teknik Mesin S-1, FTI, ITN Malang. Tokheim, Roger.,(1995), Elektronik Digital, ed. 2nd, terjemahan Digitals Electronics , pen.Erlangga, Jakarta. Widisila, IK., Ery, IWK., Tomy, RS., Mustika, G., Artono, IW, (2002), Robot Mobile Pemotong Rumput, Laporan Skripsi Kelompok, Jurusan Teknik Mesin S-1, FTI, ITN Malang. --------------------, Katalog Produk 1997, ASCO: Solenoid Valves, Asco, Britain -------------------, Katalog Produk 2000, Keyence: Sensors Cataloque, Keyence, Japan -------------------, Quick Guided to Visual PLC, 2000, Keyence, Jepang -------------------, Katalog Produk 1995, Fanuc: Industrial Robotic, Britain -------------------, -------------------, internet website, websit e, http://info.lboro.ac.uk/research/mechatronics ------------------,internet website, http://www.robotics.com
133
Lampiran 1. Kondisi Industri Non-Otomatisasi dan Full-Otomatisasi
(a) NON-AUTOMATION
(b) FULL AUTOMATION AUTOMATION
134
Lampiran 2. Gambaran Karikatur Penyampaian Kode Biner di dalam Sistem Komputer
135
Lampiran 3. Contoh Spesifikasi Robot Industri (Katalog Produk Fanuc, 1995)
136
137
138
Lampiran 4. Soal-Soal Latihan
1. Jelaskan definisi-definisi mekatronika yang anda ketahui dan jelaskan pula apa alasan mempelajari mekatronika di bidang mesin 2. Tentang pemahaman definisi mekatronika , jelaskan perkembangan yang sedang terjadi di bidang industri. 3. Mekatronika mengantarkan menuju otomatisasi, jelaskan komponenkomponen dasar otomatisasi yang anda ketahui 4. Sistem atau proses di bidang teknik selalu diperlukan pengaturanpengaturan, sebutkan dua jenis cara pengaturan dan contohnya 5. Di bidang industri dan permesinan dikenal ada beberapa jenis motor penggerak seperti motor listrik, jelaskan secara diagram blok sistem pengaturan motor listrik 6. Gambarkan simbol gerbang logika dan susun tabel kebenaran logika dari persamaan Boolean berikut ini (catatan: terdapat 3 input A, B dan C) : (A + B + C) .(B + C )= Y 7. 8. Saklar merupakan komponen dasar otomatisasi, gambarkan konfigurasi saklar dan berikan masing-masing contoh terapannya. 9. Jelaskan
prinsip
kerja
sensor
non-kontak
dan
berikan
contoh
penggunaanya di industri (cantumkan gambar/sketsa) 10. Jelaskan diagram pengendalian motor listrik berikut ini. Berikan sebuah contoh aplikasinya
11.
139
12. Transduser merupakan salah satu komponen dasar otomatisasi, jelaskan cara kerja transduser dibawah ini (lengkapi diagram blok input-outputnya) a. optical enkoder b. strain gages c. potensiometer 13. Termokopel tembaga terkalibrasi 0 0C hingga 450 0C pada suatu oven pemanas dengan tegangan listrik maksimum tercatat di ruang kontrol sebesar 20,5 mV.
20,5 mV oven,450 C
ruang
a. tentukan tegangan listrik jika termokopel termokopel menunjukkan temperatur 210 C (hitung dulu sensitifitas termokopel) b. Jika tegangan listrik tercatat sebesar 10 mV, berapakah temperatur titik panasnya 14. Jelaskan jenis rangkaian penguat operasional (minimal 3 jenis rangkaian) yang
digunakan
untuk
pengkondisian
sinyal
(sertai
diagram
blok
pengkondisian sinyal) 15. Sensor dan saklar merupakan komponen masukkan pada sistem otomatik. a. Gambarkan konfigurasi saklar yang anda ketahui b. Apa perbedaan yang mendasar antara sensor dan transduser (disertai contohnya) 16. Otomatisasi selalu membahas tentang cara kerja sistem atau proses, jelaskan tentang : a. definisi sistem b. definisi manual dan otomatik 17. Ada dua jenis teknik atau cara pengendalian, jelaskan masing-masing teknik pengendalian suatu proses beserta contohnya secara diagram blok 18. Motor listrik merupakan salah satu jenis motor penggerak yang aplikasinya sangat luas, jelaskan tentang: a. Model Beban dari motor (tinjauan mekanis) b. Diagram blok kontrol otomatik motor listrik
140
19. Perhatikan gambar berikut ini.
a. Jelaskan cara kerja komponen tersebut b. Berikan contoh aplikasinya 20. Jelaskan perbedaan sistem hidrolis dan pneumatis berikut ini. Berikan contoh aplikasi mekatronika di industri dari masing-masing sistem tersebut
21. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Programmable Logic Controller (PLC) Controller (PLC) dan fungsinya di industri serta sebutkan komponen-komponen hardware input-output yang menyusun sebuah PLC. 22. Perhatikan gambar berikut ini. Sebuah sistem konveyor membawa barang dan dilengkapi sebuah sensor yang mengaktifkan dan non-aktifkan konveyor jika sensor mendeteksi ada dan tidak adanya barang yang lewat. Buatkan instruksi diagram tangga untuk kontrol PLC sistem konveyor tersebut.
141
23. Perhatikan gambar mekanisme berikut ini. Jelaskan sistem kerja dan fungsi masing-masing komponen utama otomatisasi pada gambar tersebut.
24. Jelaskan 3 tahapan cara-cara merancang sebuah robot industri standar ISO 8373, berikan contoh jenis robot industri yang anda maksud dan lengkapi ilustrasi konfigurasi robot tersebut serta mekanisme penggerak/komponen aktuator yang digunakan. 25. Perhatikan gambar konfigurasi robot berikut ini. Jelaskan : a. Apa jenis kelompok robot pada gambar tersebut menurut definisi ISO 8373 b. Apa saja komponen otomatisasi yang digunakan c. Berikan 2 contoh aplikasinya di industri
142
Indek A
K
S
AC 27,29,30,31,33,110,123
Kode 23,48,61,73,74,136
ADC(/DAC) 24,55,56,57,58,75,81,82
Komponen 3,4,5,6,11,12,22,24,25,27, 55,56,57,58,59,65,66,75,81,82,83,84,85, 87,90,96,97,99,100,101,105,108,109, 110,115,116,117,122,126,128,130,131,
Saklar (switch (switch ) 7,8,12,13,14,15,22, 27,33,38,39,51,52,53,61,75,76,77,78, 96,97,100,119,120,128,129
AGV 3,32,90,105,106,107,109 AGV 3,32,90,105,106,107,109 Analog 10,22,23,47,50,51,52,53,54, 55,56,58,59,62,72,81,87,102,110,114 Arus (-listrik) 7,10,13,19,23, 27,28,29,30,33,34,35,36,37,38,40,41, 45,59,64,65,84
B Baterai 34,35,47,140 Biner 47,48,49,50,52,53,55,57,58, 61,66,67,74,78,81,135
Komputer 1,2,3,8,9,22,24,29,47, 49,50,55,56,59,66,67, 73,75,79,80,81,82,101,102 105,106,119,120,129,135
Close (-loop) 5,27,29, 77,86,128,129 CPU 67,70,71,72,73,74
Sensor 1,6,10,12,14,15,16,17 22,23,30,56,57,62,75,76,81 91,96,97,101,102,105,107, 115,129,133 Servo 1,29,30,31,33,38,39,40,98,131
Kontrol 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,22, 24,29,30,22,33,39,56,62,68,70,74, 75,78,79,80,87,91,95,97,102,102, 105,108,110,112,115,116,119, 120,129,132 Konversi 16,17,19,30,31,33,44,47,48, 49,50,56,58,75,81,87,99,
L C
Semikonduktor 59
Linier 5,12,18,19,23,25,26,27,44,81,84, 93,98,99,100,126,127,131 Listrik 1,7,8,10,13,17,23,26,27 28,29, 30,31,32,33,35,38,39,40,41, 42,45,46,56,59,62,65,78,79, 81,82,84,103,110,111,112,118 126,129,133
Simulasi 3,115,129 Sinyal 6,9,12,14,16,17,22,23,24,30, 39,40,50,52,56,58,60,62,65,66,73,75, 78,81,87,102 Sistem 1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,14, 22,24,25,26,29,30,31,33,39,42, 44,46,47,48,49,55,56,57,58,59,62,67, 68,71,73,74,75,79,84,86,87,90,96,98, 99,100,105,106,108,110,112,114,118, 119,122,123,129,130,132,135 Stabil 58,62 Stator 28,29,30,41,42 Stepper 28,29,31,33,38,40,41,42,45, Stepper 28,29,31,33,38,40,41,42,45, 98,116,118,119,120
Logika 24,48,51,52,53,54,55,56,60,61, 62,68,70,76,77,78,79,83,141
Strain (gage) 19,20 (gage) 19,20
D
M
T
Data 5,50,55,58,59,60,61,66,67,68, 69,70,71,72,73,74,81,82,119
Manual 1,7,11,12,13,14,38,39,87,116, 120
Tegangan 7,10,17,26,27,29,31,33, 34,35,36,37,38,40,56,58,61,62,63,64, 65,69,75,105,123
Database 68,106 Database 68,106
Magnet 19,26,28,29,31,33,35,36,41,84, 105
Daya 10,27,33,39,42,45,69,71,84,98, 101,122,123,124,
Mekanis 12,14,24,25,30,31,42,45,46, 75,81,98,99,100,111,122,123,126,130
DC 27,28,29,30,31,32,33,34,35,36, 37,38,39,40,43,44,61,64,75,78,81,98, 111,112,126
Mekatronika 1,2,3,4,5,83, 84,87,90 108, 121
Dekoder 23,67
Memori 49,50,66,67,69,71,72,73,74
Desain 2,5,6,83,91,99,101,102,109, 110,117,127
Mesin 1,2,3,5,10,11,22,25,29,32,33,46, 47,49,66,68,75,76,79,80,87,106,108,109 114,120,121,123,126,127,130,132,133
Digital 2,22,23,24,29,47,49,50,55,56, 57,58,59,60,66, 68,70,71,75,78,81, 102,111,112, 115,119,133
E Elektroda 128 Elektromagnet 12,14,15,41
Teknik, 1,2,3,4,6,7,12,48,51,56,63,76, 79,82,87,109,134 Termokopel 7,8,20,21,23,24,65,111 Transduser 6,12,16,17,18, 19,20,21,22,56,57,62,81 115 Transistor 10,38, 59,82 Translasi 42,44,93
Mikrokomputer 49,66,70,71, 73, 75 Mikroprosesor 1,50,55,59,66,67,68,69, 71,72,105 Motor 1,10,24,27,28,29,30,31,32, 33,34,35,36,38,39,40,41,42,43,45,51, 53,57,75,76,77,78,79,81,84,91, 101,102,111,112,115,116,118,119,120, 122,123,124,126,129,131
U Umpan (balik) 6,7,8,9 10,29,39,40,62,64,65,97, 101,102 Ulir 82,100,102,123,124,127,129, 130,132
139
Elektronika 2,3,5,12,59,65,75, 84
N
Elemen 6,7,8,9,10,12,17,40,46,59, 100,101,102
Negatif 19,34,35,36,38,61,62,64 Negatif 19,34,35,36,38,61,62,64
Enkoder 40,41
Normal (-ly (-ly ) 13,28,59,70,77,78,89,92
End (effector) 94,95,96,100,112, (effector) 94,95,96,100,112, 113,114,115,116,117 Energi (-sed) 16,17,24,25,28,29,30,31,43,44, 68,78,82,84,118 Error 6,7,9,39,82 Error 6,7,9,39,82
O Op-amp 24,25,58,59,62,63,64,65,66,82 Op-amp 24,25,58,59,62,63,64,65,66,82 Open (-loop) 5,27,29,76,129 Optik 16,106 Optik 16,106 Otomatis 1,3,7,11,12,14,75, 81,84,90,101,102,105,108,109, 114, 126,128, 131, 132,133 134 Otomotif 2 Otomotif 2
F
P
Feedback 6,7,10,29,62,97,102 Feedback 6,7,10,29,62,97,102
PLC 22,59,71,75,76,77,78,81,82,87,133
Flow (meter) 12
Pneumatis 12,14,25,26,83,84,85,86, 87,100,117,118
G
Poros 9,11,29,31,32,35,41,43,44,46, 82,100,117,123,127,129,130,132
Gain 12, Gain 12, 23,60,62,94 Gerbang (logika) 47,50,52,53,54, 55,60,61,66,67
Positif 34,35,36,38,61,62 Positif 34,35,36,38,61,62 Proses 2,5,6,7,8,9,12,22,24,27,50, 57,58,62,66,67,68,71,72,73,77,78,81,82, 94,100,103,104,108,109,112,116
H
R
Hidrolis 12,14,25,26,83,84,85,98
Relay 25,27,30,51,52,62,76,77,78,112 Remote 92,125 Remote 92,125
IC (Integrated Circuits) 50,55,59, Circuits) 50,55,59, 60,61,62,63,64,66,67,71,72,75,82
Robot 1,3,10,14,29,32,33,711,75,81,87, 90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101, 102,104,105,106,108,116,119,120,121, 124,125,128,133
Industri 3,12,32,69,72,77,82,91,92, 93,95,96,97,99,101,109,134
Roda (gigi) 25,26,40,44,45,100,101, 102,122,123,124,127,132
Infrared 16 Infrared 16
Rotasi 8,27,37,42,43,44,81,93,98,99, 100,120
I
Interface 82,106,119
Rotor 28,29,30,31,34,41,42
Inverter 52,53 I/O (port-) 69,71
140
