SISTEM IRIGASI OTOMATIS BERBASIS PLC ( Programmable Logic Controllers )
MAKALAH
diajukan untuk melengkapi salah satu tugas Mata Kuliah Teknologi Informasi Komputasi dan Otomatisasi
Oleh:
Eryalfan Setyo Prakoso
NIM 111710201028
Ardika Aris S .
NIM 111710201042
Agus Panduwinata
NIM 111710201030
Theofilus Tirta A.
NIM 111710201038
Septian Gagas P.
NIM 111710201032
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS JEMBER 2012
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini telah banyak berbagai peralatan yang mendukung kinerja manusia, melalui dari alat-alat control sederhana hingga berbasis teknologi yang rumit. Hal ini tidak lepas dari perkembangan system control dan instrumentasi, baik pengontrolan yang menggunakan computer maupun mikrokontroler ataupun mikroprosessor terlebih lagi dengan adanya piranti kendali otomatis seperti penggunaan Programmable Logic Control ( PLC). Perkembangan teknologi khususnya di bidang elektronika sangatlah cepat, terlebih lagi setelah di temukan komponen terintegrasi (IC) yang menjadikan pembuatan rangkaian yang komplek dapat di buat menjadi sederhana sehingga bentuk fisiknya pun dapat di buat sekecil mungkin. Perkembangan teknologi tentu membuat dunia industri maupun dalam dunia pertanian harus ikut berkembang, agar tidak kalah bersaing dengan para pengusaha lainya. Untuk tujuan tersebut banyak perusahaan-perusahaan ataupun dalam industri pertanian yang memfasilitasi perusahanya dengan berbagai teknologi-teknologi canggih. Salah satu teknologi canggih tersebut adalah pendeteksi kelembaban tanah dalam suatu areal pertanian. Alat ini bisa di gunakan pada industri industri pertanian sebagai pendeteksi lembab atau tidaknya tanah yang ada di suatu lahan, yang berfungsi juga untuk mencegah terjadinya kekeringan atau kelembabanya suatu areal lahan pertanian. Dalam suatu dunia industri pertanian perangkat tersebut hanya dibuat untuk mendeteksi dan memberi peringatan jika suatu lahan memiliki kadar air yang tinggi pada musum penghujan, begitu pula apabila terjadi kekeringan dalam musim kemarau lalu para petani lah yang menggerakan pintu aliran air secara manual. Maka dari itu perlu adanya system yang dapat mendeteksi dan menggerakan pintu aliran air secara otomatis.
Berdasar pemikiran diatas kami bermaksud merealisasikan hal tersebut dengan menggunakan system otomatis elektronik yaitu menggunakan PLC (Programmable Logic Control) robotika.
1.2 Tujuan dan Manfaat Tujuan:
Tujuan dari makalah ini adalah: 1. Untuk memberikan informasi mengenai precision farming khususnya di bidang sistem irigasi 2. Untuk mengetahui prinsip kerja sistem irigasi berbasis PLC Manfaat:
Makalah sistem irigasi otomatis berbasis PLC ini di harapkan dapat bermanfaat bagi masyarakat/petani, diantaranya adalah : 1. Mendeteksi apakah tanah dalam areal pertanianya sedang mengalami kekurangan/kelebihan air, sehingga hasil panen dapat dengan maksimal di tunai. 2. Membuka dan menutup pintu saluran air dengan otomatis tanpa menggunakan tenaga manusia. .
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian PLC
PLC merupakan sistem kendali berbasis digital yang hanya mengenal dua kondisi yaitu on atau off (Yulianto, 2006). PLC dapat mengendalikan multi input dan multi output , yang terdiri dari modul input , modul output , CPU (Central Processing Unit ), dan programming device.
PLC dapat diprogram, dikendalikan dan dioperasikan oleh operator yang tidak ahli computer sekalipun karena sifatnya yang sederhana, sehingga memungkinkan untuk diaplikasikan dalam bidang pertanian secara luas (Suhardiyanto et al., 2006). Penggunaan PLC dalam sistem kendali otomatik untuk sistem irigasi secara hidroponik pernah diujicobakan untuk pengendalian pemberian larutan nutrisi dalam budidaya tanaman secara hidroponik pada berbagai umur dan jenis tanaman. Sensor kelembaban dipasang pada media tanam sebagai bagian dari sistem kendali tersebut (Suhardiyanto et al. 2006). Apabila sensor tersebut aktif maka PLC akan melakukan perintah sesuai dengan hasil pengukuran oleh sensor tersebut dan berdasarkan program yang telah dimuat ke dalam PLC.
2.2 Perancangan Alat
1. Bagian Input a. Detektor Kelembaban Tanah Terdapat tiga buah ditektor kelembaban tanah pada sistem irigasi otomatis yaitu digunakan pada input detector kelembaban tanah pertanian 1, pertanian 2, pertanian 3. Detector ini berfungsi sebagai mendeteksi kelembaban tanah. Detector ini mengunakan komponen jack audio sebagai sensor kelembaban tanah yang bekerja mengantarkan arus listrik dari lempeng besi satu kelempeng besi yang lain.
Pada rangkaian detector arus listrik 5V lempengan besi 1, mengalir kelempengan besi kedua melalui tanah. Basah atau keringnya pada lempengan menentukan besar kecilnya arus yang di terima oleh lempengan Rangakaian detector kelembaban tanah yang menggunakan IC LM 358 sebagai pengolah sinyal masukan dari sensor jack audio. Resistansi pada lempengan menyebabakan beda tegangan yang berfungsi untuk mengantur besar kecilnya tegangan yang diumpankan ke IC LM 358. IC ini berfungsi sebagai pembanding yang membandingkan besarnya tegangan inverting dan non inverting pada input komparator. Apabila tegangan inverting lebih besar dari non inverting maka output berlogika 0 (nol). Apabila keadaan tanah kering, maka output komparator berlogika 1 (satu). Jika keadaan lembab komparator 1 akan mengeluarkan output dengan logika 1 dan output komparator 2 akan berlogika 0, bila tanah nya basah maka kedua komparator mengeluarkan output berlogika 0. logika output dari komparator diumpankan ke kaki basis C828 yang berfungsi sebagai saklar menggerakan relay. b. Detektor Ketingian Air Sinyal dari sensor optocoupler diumpankan ke kaki non inverting IC LM 358 yang berfungsi sebagai komparator kemudian dibandingkan dengan tegangan inverting pada komponen potensio meter. Jika sensor optocoupler memberikan sinyal ke komparator, maka tegangna yang ada pada kaki non inverting akan lebih besar mulai nya dibanding dengan inveerting, sehingga menyebabkan output komparator berlogika 1 dan sebaliknya. Jika detector kelembaban tanah mendeteksi adanya kekurangan air maka bagian hulu ssaluran air pertama akan menuutup untuk menampung air. c. Relay Input Blok relay input sebagai memberi logika 0 atau logika 1 bagi modul input PLC d. Limit Switch Blok limit switch berfungsi sebagai pembatas dari gerakan menutup pada masing-masing pintu air agar motor arus searah tidak rusak e. Tombol Start / Stop
Tombol start/stop berfungsi untuk memulai atau menghentikan kerja dari sistem irigasi ini. f. power supply Power supply berfungsi untuk memberikan supply tegangan bagi keseluruhan blok. Besar output power supply 5V, 12V, 24V. 2. Bagian proses a. Pengalamatan PLC Omron CMQ1 mendapat logika input dari tiga buah detector tanah, satu buah detector ketinggian air dan empat buah limit swicht. Logika input ini diolah oleh PLC sesuai dengan program. Sedangkan pada output PLC memberikan logika mmelaui relay output ke empat buah motor DC. Tabel Alamat Input No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Nama Tombol Start Tombol Stop Detector Ketinggian Air Detector Kelembebn Tanah Lahan 1 ( Lembab ) Detector Kelembebn Tanah Lahan 1 (Kering ) Detector Kelembebn Tanah Lahan 2 ( Lembab ) Detector Kelembebn Tanah Lahan 2 ( Kering ) Detector Kelembebn Tanah Lahan 3 ( Lembab ) Detector Kelembebn Tanah Lahan 3 ( Kering ) Limit Switch 1 Limit Switch 2 Limit Switch 3 Limit Switch 4
Alamat 00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 00008 00009 00010 00011 00012
Tabel Alamat Output No 1 2 3 4 5 6 7 8
Nama Motor Pintu 1 ( Buka ) Motor Pintu 1 ( Tutup ) Motor Pintu 2 ( Buka ) Motor Pintu 2 ( Tutup ) Motor Pintu 3 ( Buka ) Motor Pintu 3 ( Tutup ) Motor Pompa Air Buzer
Alamat 10000 10001 10002 10003 10004 10005 10006 10007
3. Bagian Output a. Bagian Relay Blok relay berfungsi untuk mengaktifkan/nonaktifkan miniatur pintu air, pompa air, dan buzer. Blok relay output mandapatkan logika dari modul output PLC OMRON. Coil pada masing-masing relay dihubungkan pada modul output PLC dan VCC 24V, kontak NC dihubungkan dengan ground 1 daya, kontak NO dihubungkan ke 5V dan common pada masing-masing relay dihubungkan ke beban. Jadi ketika output logika 0 relay akan bekerja dan common akan terhubung oleh NO untuk mengaktifkan beban dan begitu pula sebaliknya bila output logika1. b. Motor Pintu Air Lahan 1, Lahan 2, Lahan 3 Miniatur pintu air menggunakan motor arus searah dengan supply tegangan maksimal 15V DC. Motor dapat bergerak dua arah putaran untuk membuka dan menutup. c. Motor Pompa Air Motor pompa air berfungsi untuk memberikan supply air pada saluran utama. Menggunakan motor AC dengan tegangan 220V AC dan diaktifkan oleh satu buah relay. d. Buzer
Blok buzer berfungsi untuk mennandakan bahwa sistem telah selesai bekerja. Ketika tanah pada semua miniatur areal pertanian telah mendapatkan supply air yang cukup, maka buzer akan berbunyi dan air akan mengalir ke bagian muara saluran air.
2.3 Prinsip Kerja Rangkaian
1. Rangkaian Input Output PLC Pada input PLC terdapat dua buah push dan button, detektor kelembaban tanah , detector ketinggian air, dan empat buah limit switch yang telah terpasang pada masing-masing miniatur pintu air. Pada output PLC terdapat sepuluh relai penggerak motor arus searah dengan indikator LED ( Light Emitting Diode ) serta sebuah buzzer untuk menandakan kadar air pada tanah diareal yang tercukupi. Dua buah push on/off button berfungsi mengaktifkan dan menonaktifkan kerja sistem. Detector kelembaban tanah berfungsi untuk mendeteksi kadar air yang terdapat pada suatu tanah dengan menancapkan sebuah jack audio sebagai sensornya, dan memberikan sinyal kuat kepada input PLC untuk menggerakan pintu air sesuai dengan kondisi tanah pada saat itu. Detector ketinggian air berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air yang ada di aliran air utama dan memberikan sinyal kepada input PLC. Limit Switch berfungsi untuk membatasi gerakan menutup saluran air yang dilakukan oleh miniatur pintu air. Sedangkan pada output PLC terdapat rangkaian relay yang berfungsi untuk menggerakan motor arus searah pada lima buah miniatur pintu air dengan arah putaran yaitu untuk membuka total, menutup total, membuka setengah total dan menutup setengah saluran air. 2. Rangkaian Detector Kelembaban Tanah Rangkaian detector kelembaban tanah pada sutu lahan dibangun dari sebuah komponen jack audio yang dihubungkan dengan dua buah rangkain komparator LM 358 dan masing-masing output dari kedua buah rangkaian komparator ini diumpankan ke sebuah relay 12V untuk memeberikan input
kepada PLC. Satu kontak dari jack audio dihubungkan dengan +12V dan satu kontak lainnya dihubungkan untuk menjadi masukan bagi kedua buah komparator. Kontak common dari relay 12V dihubungkan dengan modul input PLC pada alamat 00000, dst, kontak NO (Normally Open) dari masing-masing relay tersebut dihubungkan pada 12V, dan kontak NC (Normally Close) dari masingmasing relay dihubungkan dengan ground PLC. Jadi ketika relay tersebut bekerja maka input PLC pada alamat tersebut mendapat logika 1. Apabila keadaan tanah saat itu sedang kering, maka kedua komparator ini ( U1 dan U2 ) akan mengeluarkan output dengan logika, jika keadaan tanah saat itu lembab, maka hanya komparator 1 ( U1 ) yang akan mengeluarkan output dengan logika 1 dan output komparator 2 ( U2 ) akan berlogika 0, sedangkan bila keadaan tanah dalam keadaan basah, maka kedua komparator ( U1 dan U2 ) akan mengeluarkan oputput dengan logika 0. Demikian pula halnya pada detector kelembaban untuk lahan 2 dan lahan 3. Jika sebuah jack audio tadi ditancapkan pada suatu tanah dengan kadar iar sangat banyak, maka arus listrik dari lempengan jack udio pertama yang dihubungkan pada +12VCC dapat dengan mudah menghantar melalui tanah yang berkadar air banyak kepada jack audio kedua yang dihubungkan ke tiga buah komparator. Semakin basah suatu keadaan tanah yang ditancapkan jack audio, maka arus listrik dapat dengan mudah menghantar dari satu lempengan jack audio ke lempengan lainnya. Hal ini disebabkan nilai resistansi tanah yang berkadar air banyak/basah akan lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai resistansi tanah yang berkadar air sedikit/kering. Dengan kata lain, semakin basah suatu tanah, maka nilai resistansi tanah tersebut akan semakin mengecil. Demikian sebaliknya, apabila keadaan suatu tanah semakin kering, maka nilai resistansi tanah tersebut akan semakin membesar. Besar nilai arus/tegangan yang diumpankan oleh jack audio ini kemudian diterima oleh tiga buah input inverting komparator dengan menggunakan IC LM358. nilai tegangan non inverting pada tiga buah komparator ini telah dibuat sedemikian rupa dengan menggunakan potensiometer sebagai pengatur besarnya
tegangan. Apabila nilai tegangan yang terdapat pada inverting komparator lebih besar bila dibandingkan dengan nilai tegangan pada non inverting, maka nilai output dari suatu komparator dengan IC LM358 akan belogika 0, demikian pula sebaliknya. Oleh karena itu, pengaturan nilai tegangan pada inverting komparator sangantlah penting untuk menentukan output dengan logika apa suatu komparator tersebut. Besar nilai tegangan inverting komparator pertama di buat berbeda dengan besarnya nilai tegangan inverting pada komparator kedua dan ketiga, demikian pula halnya pada komparator kedua dan ketiga, mengalirkan arus dari satu daya kepada coil relay sehingga kontak common akan terhubung dengan kontak NC pada relay lalu pada modul input PLC akan menerima sinyal. 3. Rangkaian Detector Ketinggian Air. Rangakain detector ketinggian air digunakan saat pengisian air yang dialirkan melalui pompa pada hulu miniatur saluran air. Apabila pada suatu tanah disalah satu areal terdeteksi sedang mengalami kekurangan air, maka pintu air pada bagian hulu saluran langsung menutup untuk menampung air sampai sensor optocoupler menyentuh air. Ketika sensor ini tersentuh air, maka pintu air bagian hulu akan membuka kembali untuk memberikan air yang cukup banyak ke areal tanah yang mengalami kekurangan air. Sensor optocoupler memberikan tegangan yang berbeda kepada r angkaian komparator pada saat terkena ataupun tidak terkena air. Perbedaan tegangan dari sensor ini diumpankan pada pin inverting IC LM358 dan kemudian dibandingkan dengan tegangan pin noninverting yang telah disetting sedemikian rupa. Sinyal yang biberikan oleh rangkaian komparator ini berlogika 0 apabila sensor optocoupler tidak terkena air dan berlogika 1 apabila sensor optocoupler terkena air ketika air sedang ditampung pada bagian hulu. Sinyal ini kemudian diumpankan pada modul input PLC dari alamat 00003 sampai 00008. 4. Rangkaian Relay Penggerak Motor Arus Searah. Hubungkan denagan modul output PLC dan RL1 – RL7 dihubungkan dengan modul input PLC. RL8 – RL16 digunakan untuk menggerakan lima buah motor arus searah dengan dua arah putaran. Satu buah miniatur pintu air digerakan
oleh rangkaian relay penggerak motor arus searah yang dibangun dengan dua buah relay 24V. RL17 digunakan untuk menyalakan atau mematikan pompa air. Sedangkan RL1 – RL7 digunakan untuk memberika logika input bagi PLC. Coil RL8 sampai dengan RL17 dihubungkan langsung dengan modul output PLC alamat 10000dan 10005. kontak common dari RL8 dihubungkan dengan motor pada suatu miniatur pintuair, kontak NC dihubungkan dengan ground satu daya sedangkan kontak NO dihubungkan dengan +5V satu daya. Jadi jika alamat 10000 diberikan logika 1 maka coil RL8 akan teraliri arus dan membuat kontak common terhubung dengan kontak NO pada RL1 sehingga M1 akan berputar. Jika pada alamat tersebut diberikan logika 0 maka coil RL8 tidak teraliri arus dan membuat kontak common terputus dengan kontak NO dan terhubung dengan NC sehingga common RL8 kembali terhubung pada ground satu daya sehingga M1 tidak berputar. RL9 yang terhubung dengan alamat 10002 juga berkerja seperti halnya diatas tetapi motor M1 akan berubah arah putarannya. Begitu pula hal ini akan terjadi pada hubungan antara Rl10 dengan M2 pada alamat 10004. Jadi dibutuhkan dua buah relay untuk menggerakan motor arus searah dengan dua arah putaran.
2.4 Manfaat Rangkaian Sistem Irigasi Berbasis PLC
Manfaat : 1. Mempermudah proses irigasi karena irigasi dilakukan secara otomatis. 2. Irigasi lebih akurat karena dilengkapi dengan sensor. Hal ini dapat terlihat dari jalannya proses sistem yang terdapat dalam rangkaiannya, mulai dari sistem sensor kelembapan tanah, dan sensor ketinggian air.
KESIMPULAN
Dengan selesainya pembuatan alat dan hasil pengamatan pada laporan ini dapat di simpulkan bahwa alat ini dapat bekerja dengan baik sesuai program ladder yang di buat yaitu melakukan pendeteksian kadar air dalam suatu tanah dan dan miniatur sistem irigasi yang berfungsi untuk memberikan suplay air secara otomatis.
Dan
dapat
di
simpulkan
bahwa
:
1. PLC OMRON CQM1 dapat di manfaatkan untuk miniatur sistem otomatis, yang terdiri dari detektor kelembaban tanah, detektor ketinggian air dan limit switch sebagai input serta buzzer, motor arusbolak nalik dan motor arus searah sebagai
output
untuk
menggerakan
miniatur
pintu
air.
2. Detektor kelembaban tanah dengan jack audio dapat mendeteksi kadar air/ kelembaban tanah pada sustu miniatur saluran air dengan sensor optocoupler dapat mendeteksi ketinggian air pada suatu miniatur saluran air sungai dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
Bahari,
C. 2011. Miniatur Sistem Irigasi Otomatis Berbasis Plc. http://mp093i.blogspot.com/2011/01/miniatur-sistem-irigasi-otomatis.html (15 Oktober 2012)
Frank, P. 1996. Elektronika Industri. Yogyakarta: Andi Melano, Mustofa, W. 2003. Perangkat Pengisisan Botol Otomatis Menggunakan PLC . Jakarta: Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta, Paul, M. 1996. Prinsip-prinsip Elektronika, Edisi Ke-2. Cet-10. Jakarta: Erlangga. Suhardiyanto, H., A. Sapei, C. Arief, A. Mardjani, B.D. Astuti. 2006. Sistem Kendali Berbasis PLC untuk Pengaturan Pemberian Larutan Nutrisi pada Jaringan Irigasi Tetes, Jurnal Ilmiah Ilmu Komputer Yeadon, William,H.P.E. 2001. Handbook Of Small Elektric Motors. Yulianto, Anang. 2006. Panduan Praktis Belajar PLC ( Programmable Logic Controller ). PT. Elex Media Komputindo. Jakarta.
