SISTEM KONTROL PENGISIAN AIR MINUM KEMASAN BERBASIS PLC SUB JUDUL SISTEM KONTROL PENGISIAN AIR KEDALAM BOTOL
TUGAS AKHIR
Dibuat Untuk Melengkapi Syarat – Syarat – Syarat Syarat yang Diperlukan untuk Memperoleh Diploma Tiga Politeknik
Disusun oleh: Nurul Rahma Dinda 1314010035 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA INDUSTRI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2017
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporannya yang berjudul “Sistem Kontrol Pengisian Air Minum Kemasan Berbasis PLC” dengan Subjudul “Sistem Kontrol Pengisian Air Kedalam Botol”. Pembuatan Tugas Akhir Akhir ini dilakukan dalam rangka memenuhi memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Diploma Tiga Politeknik, Politeknik Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Elektronika Industri. Dalam proses penyusunan Tugas Akhir, penulis banyak mendapatkan ilmu pengetahuan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Drs. Nuhung Sulaeman, ST., M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta 2. Endang Saepudin Dipl.Eng,M.Kom, selaku Ketua Program Studi Jurusan Teknik Elektronika Industri, Politeknik Negeri Jakarta 3. Riandini, S.T.,M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan Tugas Akhir Akhir ini; 4. Darwin, S.T.,M.Kom selaku dosen yang mendukung dan mau menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini; 5. Azhari Akbar, Dian Sukma, M.Abiyyu Rama selaku teman satu tim Tugas Akhir saya yang telah mendukung, membantu, dan memotivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini; 6. Pak Slamet, yang telah banyak membantu dalam pembuatan rangka serta hardware alat tugas akhir 7. Sahabat dan rekan-rekan yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Orang tua dan keluarga penulis yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral Akhir kata, penulis berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga laporan Tugas Akhir ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu di masa yang akan datang. Depok,
Nurul Rahma Dinda
iii
Ab A bstr str ak Pada dunia Industri bersekala besar, sistem kontrol yang digunakan sangat kompleks. Dibutuhkan alat yang lebih sederhana untuk melakukan proses produksi tersebut. te rsebut. Maka dari itu i tu dirancang sebuah sistem pengisian air kedalam botol dengan alat yang lebih sederhana dengan menggunakan PLC sebagai sistem kontrol utamanya. Di dalam proses pengisian air tersebut terdapat dua input yaitu sensor proximity Kapasitif, dan loadcell. Serta terdapat dua buah output yaitu pompa air dan solenoid valve. Sensor Proximity berfungsi untuk mendeteksi botol yang berjalan, dan loadcell berfungsi untuk mendeteksi berat botol apakah sudah sesuai ketentuan. Solenoid valve dan pompa berfungsi untuk mengalir nya air dari tangki ke botol. Kata Kunci : PLC, Loadcell, Loadcell, Proximity Kapasitif, Solenoid valve, Pompa Air
DAFTAR ISI ................................. Error! Bookmark not defined. LEMBAR PENGESAHAN ................................. .................................................................. ............................................. ........................ .. iii KATA PENGANTAR ...........................................
Ab A bstrak strak ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ............................ ...... iv ................................................................... ............................................ ...................................... ................ vi DAFTAR ISI............................................. DAFTAR GAMBAR ............................................ .................................................................. ............................................ ..........................vii ....vii
................................................................. ............................................ ................................ix ..........ix DAFTAR TABEL........................................... .................................................................... ............................................x .....................x DAFTAR LAMPIRAN............................................. BAB I PENDAHULUAN..................................................... ........................................................................... ................................. ........... 1
1.1
Latar Belakang ......................................... ............................................................... ............................................. .......................... ... 1
1.2
Perumusan Masalah .......................................... ................................................................ ........................................ .................. 2
1.3
Batasan Masalah ........................................... ................................................................. ............................................ ...................... 2
1.4
Tujuan ............................................ ................................................................... ............................................. .................................... .............. 3
1.5
Metode Penyelesaian Masalah ........................................... ................................................................. ...................... 3
.................................................................... ............................. ...... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA. ............................................. 2.1 Otomatisasi .................................................... ........................................................................... .............................................. ......................... .. 5 2.1.1 2.2
Sistem Kontrol .......................................... ................................................................ ........................................ .................. 5
PLC............................................. ................................................................... ............................................ ........................................ .................. 5
2.2.1
Fungsi PLC ........................................... ................................................................. ............................................ ...................... 7
2.2.2
Keuntungan Penggunaan PLC ............................................ .......................................................... .............. 7
2.2.3
Arsitektur PLC .......................................... ................................................................ ........................................ .................. 8
2.2.4
Bahasa Pemrograman PLC (Ladder Diagram) ............................... ............................... 10
2.2.5
PLC CP1E ......................................... ............................................................... ............................................. ......................... 10
2.4
Sensor ............................................ ................................................................... ............................................. .................................. ............ 13
2.4.1 Proximity Capasitive Sensor .................... Sensor ........................................... .............................................. ....................... 13 2.5
Relay ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 14
2.6
Kran Solenoida Valve Elektrik ........................................... ............................................................... .................... 15
2.7
Pompa Air.......................................... ................................................................ ............................................ ............................... ......... 16
2.8
Loadcell ................... Loadcell ......................................... ............................................ ............................................. ................................... ............ 17
2.8.1
Prinsip Kerja Loadcell Kerja Loadcell .......................................... ................................................................. ........................... .... 18
BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI ........................................ ................................................ ......... 20
v
3.1
Perencanaan Alat .......................................... ................................................................ .......................................... .................... 20
3.1.1
Deskripsi Alat ........................................... ................................................................. ...................................... ................ 20
3.1.2
Cara Kerja Alat ............................................. ................................................................... .................................. ............ 21
3.1.3
Spesifikasi Alat ............................................. ................................................................... .................................. ............ 21
3.1.4
Diagram Blok ............................................ .................................................................. ...................................... ................ 23
3.1.5
Diagram Alir ......................................... ............................................................... .......................................... .................... 25
3.2
Realisasi Alat ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ 27
3.2.1
Instalasi Sistem ............................................. ................................................................... .................................. ............ 28
3.2.2
Realisasi Desain Alat ........................................... .................................................................. ........................... .... 27
3.2.3
Realisasi Program.......................................... Program................................................................ .................................. ............ 31
BAB IV PEMBAHASAN. .................................................... .......................................................................... ............................... ......... 36
4.1
Pengujian ........................................... ................................................................. ............................................ ............................... ......... 36
4.1.1
Deskripsi Pengujian ......................................... ............................................................... ............................... ......... 36
4.1.2
Prosedur Pengujian .......................................... ................................................................. ............................... ........ 37
4.1.3
Data Hasil Pengujian ............................................ ................................................................... ........................... .... 39
4.2
Analisis Data/evaluasi .......................................... ................................................................ .................................. ............ 42
BAB V PENUTUP.......................................... ................................................................ ............................................ ............................... ......... 45
5.1
Kesimpulan ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 45
5.2
Saran ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 45
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Diagram Blok secara umum Proses Sistem Kontrol loop Tertutup
5
Gambar 2.2
Diagram Blok Proses Kontrol pada PLC Secara Umum
6
Gambar 2.3
Arsitektur PLC
9
Gambar 2.4
PLC CP1E N30-DT-D
11
Gambar 2.5
Penggunaan Power Penggunaan Power Supply Pada Alat
12
Gambar 2.6
Sensor Proximity Sensor Proximity Kapasitif
14
Gambar 2.7
(a) Relay (a) Relay Omron Omron MY4N (b) Penggunaan Relay Penggunaan Relay Omron Omron pada Alat
15
Gambar 2.8
Solenoid valve 12 VDC
16
Gambar 2.9
Pompa Air Mini 12VDC
17
Gambar 2.10
Loadcell
18
Gambar 2.11
Strain Gauge Loadcell mengalamai penekanan
19
Gambar 2.12
Strain Gauge
20
Gambar 3.1
Diagram Blok Sistem Kontrol Pengisian Air
24
Gambar 3.2
Diagram Alir mode auto
26
Gambar 3.3
Diagram Alir mode manual
27
Gambar 3.4
Instalasi dan pengkabelan komponen-komponen pada proses pengisian botol
28
Gambar 3.5
Realisasi Alat
30
Gambar 3.6
Alat Tampak Depan
31
Gambar 3.7
Panel Sistem KontrolPengisian Air Kemasan
31
Gambar 3.8
Setting Jenis Setting Jenis PLC pada Cx-Programmer
32
Gambar 3.9
Setting Jumlah Jumlah I/O PLC pada Cx-Programmer
33
Gambar 3.10
Ladder diagram Proses Filling
33
vii
Gambar 3.11
Pemilihan menu transfer program program ladder diagram
35
Gambar 3.12
Download Program Download Program ke PLC
36
Gambar 4.1
Pengkabelan Komponen-Komponen Pengujian
38
Gambar 4.2
Proses Pengujian Pengisian Air Kedalam Botol
40
Gambar 4.3
Proses Pengujian Perhitungan Waktu Pengisian Air Kedalam Botol
40
viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1
Spesifikasi PLC CP1E-N30-DT-D
12
Tabel 2.2
Spesifikasi Sensor Proximity Sensor Proximity Kapasitif
14
Tabel 2.3
Spesifikasi Relay Spesifikasi Relay MY4N
15
Tabel 2.4
Spesifikasi Pompa Air 12VDC
17
Tabel 3.1
Tabel Sumber Tegangan Yang digunakan Pada Sistem Kontrol
23
Tabel 4.1
Hasil Pengujian pengisian air kedalam botol dengan setpoint sebesar 320 gram
41
Tabel 4.2
Presentase Error Presentase Error pada pada proses pengisian air kedalam botol
42
ix
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1
Daftar Riwayat Hidup
Lampiran 2
Flowchart Sistem Kontrol
Lampiran 3
Foto Alat
Lampiran 4
Datasheet
x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri diperlukan suatu sistem yang mampu beroperasi dengan cepat dan tepat sehingga proses produksi dapat berjalan lebih efektif dan efisien, serta dapat meningkatkan kualitas dan jumlah hasil produksi yang disebut dengan sistem otomatisasi. Otomatisasi adalah sistem otomatis yang dapat mengendalikan mesin atau proses produksi dengan menggunakan sedikit sekali campur tangan manusia atau bahkan tidak sama sekali. Suatu sistem otomatisasi memerlukan kemampuan untuk menjalankan, mengatur, dan memberhentikan suatu proses dengan merespon kondisi-kondisi masukan dari transduser, ataupun sensor, serta memonitor dan mengukur variabelvariabel yang terjadi dalam proses produksi agar tercapai suatu kondisi keluaran yang diinginkan. Programmable Logic Controller (PLC) merupakan suatu sistem komputer yang dirancang untuk melakukan fungsi pengontrolan pada berbagai jenis proses dengan tingkat kesulitan yang beraneka ragam. Adapun faktor yang mendorong perkembangan PLC antara lain, tingkat fleksibilitas yang tinggi, mudah digunakan digunakan (user friendly) friendly) yang memberi kemudahan dalam hal mengubah fungsi kontrol sistem yang dijalankan hanya dengan pemrograman. Dalam Sistem kontrol pengisian air kemasan berbasis PLC yang telah penulis rancang, penulis mengerjakan sub judul Sistem Kontrol pengisian air kedalam botol. Di dalam proses pengisian air tersebut terdapat dua input yaitu sensor proximity, proximity, dan loadcell . Serta terdapat dua buah output yaitu yaitu pompa air dan solenoid valve. Sensor valve. Sensor Proximity Proximity berfungsi berfungsi untuk mendeteksi botol yang berjalan, dan loadcell berfungsi untuk mendeteksi berat botol apakah sudah sesuai ketentuan. Solenoid valve dan valve dan pompa berfungsi untuk mengalir nya air dari tangki ke botol. Dalam menjalankan sistem kontrol pengisian air kemasan berbasis PLC ini
terdapat
dua
mode
yaitu
mode
1
auto
dan
mode
manual.
2
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka permasalahan yang timbul dalam mengontrol proses penutupan dalam pengemasan air mineral dengan menggunakan PLC adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana alur kerja sistem kontrol berbasis PLC ini. 2. Bagaimana Pengoperasian solenoid Pengoperasian solenoid valve, valve, Pompa Air dan Sensor Proximity terkait Proximity terkait pemrograman PLC. 3. Bagaimana cara kerja dari masing-masing komponen input dan output yang yang digunakan dan cara menghubungkannya dengan PLC 4. Bagaimana cara menentukan apakah botol air kemasan sudah terisi penuh 5. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengisi air kedalam botol hingga penuh. penuh.
1.3 Batasan Masalah
Adapun pembatasan masalah dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. PLC yang digunakan adalah PLC Omron CP1E-N30-DT-D. 2. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah ladder diagram yang diadaptasikan pada CX-Programmer Versi Versi 9.3. 3. Sistem kerja dan pemrograman PLC sebagai pengendali utama pada proses pengisian air kedalam botol kemasan. 4. Pada sistem kontrol ini tidak memperhatikan higienitas air. 5. Dalam proses pengisian air kedalam botol, digunakan sensor berat yaitu loadcell dikarenakan acuan yang digunakan adalah berat botol bukan volume air yang nantinya akan dikonversi menjadi volume 6.
Penggunaan Sensor proximity, proximity, loadcell, solenoid loadcell, solenoid valve dan valve dan pompa air pada sistem kontrol.
3
1.4 Tujuan
1. Mengurangi jumlah operator yang bekerja, dan meningkatkan hasil produktifitas produksi unit usaha kecil. 2. Mengetahui cara kerja PLC dalam mengontrol suatu proses hingga memperoleh
efisiensi
dan
efektifitas
dibandingkan
dengan
penggunaan alat kontrol berupa berupa relay. relay. 3. Merancang dan meralisasikan sistem kontrol pengisian air kemasan berbasis PLC. 4. Membuat program proses pengisian air kedalam botol kemasan menggunakan software menggunakan software CxOne. 5. Meminimalisir terjadinya kesalahan pada operator.
1.5 Metode Penyelesaian Masalah
1. Studi Pustaka/Literatur Studi Pustaka/Literatur dilakukan dengan tujuan memperoleh referensi dan pustaka yang dijadikan acuan dalam penulisan laporan ini. Studi pustaka diperoleh dari buku, datasheet , manual book , artikel, dan internet browsing . Dalam proses pengerjaan tugas akhir, hasil dari studi pustaka yang telah dilakukan berupa tata cara penggunaan suatu alat atau suatu software. suatu software.Spesifikasi Spesifikasi alat atau spesifikasi suatus software, software, serta bahan/materi bahan/materi lain yang dijadikan referensi dalam pembuatan tugas akhir maupun pembuatan laporan ini.Membaca dan mempelajari pustaka (jurnal) terkait Implementasi
penggunaan sensor
proximity, proximity, solenoid valve,pompa valve,pompa air, loadcell dan motor dc pada PLC Omron CP1E-N30-SDT-D untuk Kendali Peralatan Elektronik.
2. Bimbingan Metode ini berupa konsultasi interaktif dengan dosen, baik dengan dosen pembimbing maupun dosen lain yang menguasai bidang yang bersangkutan, dengan dihadapi.
tujuan
mendapatkan
solusi
dan pencerahan pada masalah yang
4
3. Diskusi Metode diskusi digunakan untuk mengkombinasikan gagasan dan pemikiran dari tiap individu pada satu kelompok, serta memutuskan suatu keputusan secara musyawarah agar tugas akhir dapat berjalan sesuai dengan target dan hasilnya sesuai dengan keinginan bersama.
4. Rancang Bangun Sistem Proses ini merupakan proses pembuatan pembuatan rancangan
awal sebelum proses
pembuatan fisik tugas akhir, baik gambar layout plant ,gambar ,gambar blok diagram, Selain
itu
kami juga
membuat
deskripsi
dan
cara
kerja
alat,
serta
spesifikasinya. Setelah proses perancangan selesai, maka dimulailah kegiatan pembelian alat, programming, dan penginstalasian penginstalasian sistem.
5. Realisasi alat Proses
ini
merupakan
proses
realisasi
alat,
yaitu
pembuatan
plant/ mekanik/konveyor mekanik/konveyor dan pemasangan komponen komponen yang telah ditentukan pada plant yang telah dibuat, serta berbagai percobaaan, mulai dari pengujian alat seperti sensor proximity sensor proximity,, loadcell , solenoid valve dan valve dan komponen lain.
6. Pengujian Metode ini digunakan untuk mengetahui apakah program PLC yang telah dibuat bekerja sesuai dengan perancangan atau tidak.
7. Pembuatan Laporan Membuat laporan mengenai tugas akhir yang telah dibuat serta melakukan pengujian alat dan membuat kesimpulan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Otomatisasi Otomatisasi adalah sistem otomatis yang dapat mengendalikan mesin atau
proses produksi dengan menggunakan sedikit sekali campur tangan manusia atau bahkan tidak sama sekali. Suatu sistem otomatisasi memerlukan kemampuan untuk menjalankan, mengatur, dan memberhentikan suatu proses dengan merespon kondisi-kondisi masukan dari transduser , ataupun sensor, serta memonitor dan mengukur variabel-variabel yang terjadi dalam proses produksi agar tercapai suatu kondisi keluaran yang diinginkan, sistem yang mempunyai semua kondisi diatas secara umum disebut sistem kontrol.
2.1.1
Sistem Kontrol
Secara Umum sistem Kontrol dapat dibagi menjadi dalam tiga bagian utama yaitu masukan, proses, dan keluaran akan tetapi pada sistem kontrol industri keluarannya berupa sinyal untuk memonitor kerja plant atau keluaran yang digunakan untuk menjalankan sistem penggerak/ beban.
Gambar 2.1 Diagram Blok Blok secara umum Proses Sistem Kontrol loop Tertutup
2.2 PLC
Definisi Programmable Logic Controller (PLC) (PLC) menurut National Electrical Manufactures Association Association (NEMA) adalah suatu alat elektronika digital yang
5
6
menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-inst ruksi dari suatu fungsi tertentu seperti logika, sekuensial, pewaktu dan aritmatika untuk mengendalikan suatu proses. Dengan pengertian lain PLC adalah suatu alat kendali elektronika yang dapat diprogram dengan menggunakan fungsi logika. Pekembangan komponen mikro elektronika, terutama yang bersifat dapat diprogram menghasilkan suatu sistem kendali elektronika yang sangat fleksibel. Alat kendali yang dapat diprogram tersebut salah satunya adalah sistem kendali berbasis logika relay relay yang kemudian disebut PLC (Programmable Logic Controller ). ). Operasi PLC dalam pengendalian sistem terdiri dari t iga tahap yaitu : 1. Pembacaan kondisi input (Scaning (Scaning Input ) 2. Pemrosesan kondisi input sesuai sesuai dengan program yang ada di memori 3. Meng-update kondisi output untuk untuk menggerakkan peralatan-peralatan beban MASUKAN
PROSES
KELUARAN
BEBAN
Gambar 2.2 Diagram Prosespada Kontrol GambarBlok 2.2 Proses PLCpada PLC Secara Umum 1. Masukan berfungsi untuk memberikan sinyal, data atau perintah yang diperlukan, selanjutnya sinyal/data diolah sedemikian rupa sehingga menghasilkan nilai keluaran yang sudah ditentukan. Sinyal-sinyal masukan biasanya terdiri dari berbagai macam jenis tranduser, yaitu suatu komponen yang mengubah besaran fisika kebentuk sinyal-sinyal listrik. 2. Proses adalah bekerjanya sistem kontrol sehubungan dengan informasiinformasi yang diperoleh dari pembacaan sinyal-sinyal masukan dan selanjutnya diproses untuk menghasilkan aksi keluaran sesuai dengan deskripsi kerja yang telah ditentukan. 3. Keluaran kontrol merupakan suatu keluaran yang berhubungan langsung dengan proses dari sistem kontrol, dimana keluaran kontrol ini merupakan antarmuka bagi sistem kontrol agar dapat mengendalikan suatu beban yang berdaya besar dengan sinyal masukkan kecil/rendah.
7
4. Keluaran beban adalah bagian akhir dari sistem kontrol yang digunakan untuk melaksanakan proses yang telah ditentukan. Agar proses dapat terbentuk diperlukan peralatan keluaran beban yang dapat berupa: Pompa, motor listrik, piston, dan lain-lain yang berfungsi untuk mengubah sinyal yang datang dari sistem kontrol kebentuk besaran yang diperlukan.
2.2.1
Fungsi PLC
Fungsi PLC dalam sebuah sistem kendali antara lain adalah sebagai berikut : A. Kontrol Sekuensial 1) Pengganti relay kontrol relay kontrol logika konvensional. 2) Pewaktu. 3) Pencacah. B. Kontrol Cerdas (canggih) 1) Operasi Aritmatika. 2) Penanganan informasi. 3) Control analog (suhu, tekanan, aliran, dan lain-lain.). 4) PID ( proporsional integerator derivative). derivative). 5) Fungsi Logika. C. Kontrol Pengawasan 1) Proses monitoring 2) Jaringan kerja otomatisasi proses industri
2.2.2
Keuntungan Penggunaan PLC
Beberapa
keuntungan
penggunaan
PLC
dalam
sistem
dibandingkan dengan suatu sistem kendali konvensional, antara lain : A. Instalasi sistem kendali 1. Perawatan relatif sedikit.
kendali
8
2. Mudah dalam pengoperasian. 3. Mudah dalam perawatan. 4. Mudah dalam pelacakan gangguan. 5. Konsumsi daya listrik relatif rendah. 6. Modifikasi sistem lebih sederhana. B. Keuntungan dari penggunaan PLC dalam otomasi, antara lain : 1. Waktu implementasi dapat dipersingkat. 2. Modifikasi sistem lebih mudah. 3. Proses operasi kendali dapat diubah dengan memodifikasi program, perubahan dan penambahan operasi operasi dapat dilakukan pada software pada software.. 4. Aplikasi kontrol yang luas. 5. Indikator kerja input dan output dengan cepat dan mudah dapat segera diketahui. 6. Keandalan tinggi. 7. Perangkat kontroler standar industri.
2.2.3
Arsitektur PLC
Bagian utama PLC yaitu Central Processing Unit (CPU), Memory Memory dan Modul input/output serta port komunikasi untuk keperluan pemrograman yang dapat dilakukan dengan menggunakan alat. Pada beberapa jenis PLC untuk keperluan pemrograman juga disediakan keypad dan screen. screen. Selain itu untuk keperluan operasinya PLC juga memiliki sumber catu daya yang akan mengubah tegangan AC menjadi tegangan yang sesuai dengan yang dibutuhkan oleh komponen PLC.
9
Gambar 2.3 Arsitektur PLC (Sumber: Datasheet Sumber: Datasheet PLC PLC CP1E) 1)
Central Processor Unit
Central Processor Unit (CPU) mengatur dan mengawasi seluruh operasi PLC sehingga respon PLC terhadap sistem yang dikontrol sangat tergantung pada kecepatan CPU. PLC yang mampu melakukan operasi komplek pada kecepatan tinggi pada umumnya mempunyai CPU yang dibentuk dari mikroprosessor berkemampuan tinggi. 2) Memory Memory PLC Memory PLC terdiri dari memory sistem memory sistem operasi dan memory data. memory data. Memory Memory sistem sistem operasi adalah memory tempat memory tempat menyimpan program yang mengendalikan operasi PLC. Memory PLC. Memory data data adalah memory untuk memory untuk lokasi penempatan program yang dibuat dan berfungsi sebagai buffer sementara atas kondisi input /output dan status fungsi-fungsi internal PLC. Ada beberapa macam tipe memori yang digunakan dalam PLC antara lain : 3) Unit Input/Output (I/O) Unit input/output merupakan sistem mikro elektronika. Unit input PLC terdiri dari unit yang mampu mempresentasikan dua level sinyal 0 dan 1 ( input level logika) atau mempresentasikan sejumlah level sinyal secara linier (level sinyal analog). Unit output yang umumnya digunakan untuk menggerakkan aktuator berfungsi sebagai saklar ON/OFF (output ( output level logika) atau sebagai
10
penggerak yang level output nya nya dapat diatur dalam jangkauan dan langkah tertentu (output (output level level analog). Modul input akan akan mengirimkan parameter dan statusnya ke memory untuk memory untuk dapat diproses oleh CPU sesuai dengan parameter operasi program, hasilnya akan dikirimkan kembali ke memory memory untuk mengupdate status output sesuai dengan parameter atau status yang diperoleh dari CPU. Jumlah input /output yang diidentifikasikan pada suatu PLC umumnya bukan merupakan jumlah unit input /output yang terpasang, tetapi jumlah unit input /output maksimum yang dapat ditangani oleh CPU. Unit input /output umumnya dirancang modular agar penggunanya dapat disesuaikan dengan kebutuhan sistem kendali. 2.2.4
Bahasa Pemrograman PLC ( Ladder Diagram)
Ladder Diagram Diagram menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay yang relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertikal dimana garis vertikal sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positif catu daya dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatif catu daya. Program ladder ditulis menggunakan bentuk simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemenelemen seperti normally open contact, normally closed contact , timer, counter, an counter, an lain-lain ditampilkan seperti dalam bentuk simbol.
2.2.5
PLC CP1E
OMRON sebagai perusahaan besar memproduksi berbagai macam peralatan,
salah
satunya memproduksi
PLC.
Dalam perancangan dan
pembahasan laporan ini, PLC yang digunakan adalah PLC OMRON type CP1E N30-DT-D. CP1E merupakan produk PLC dari
OMRON,PLC tersebut
merupakan kontroler yang menyediakan 30 saluran input /output (I/O) (I/O) yang dapat
11
diprogram, terdiri dari 18 masukan dan 12 keluaran. Semua Unit CPU CP1E menggunakan USB berkecepatan tinggi untuk port periferal. Perangkat lunak pendukung (komputer) dapat dihubungkan menggunakan kabel USB yang tersedia secara komersial. Tanpa perlu kabel konversi USB atau kabel khusus, koneksi lebih mudah dan biaya lebih murah.
Gambar 2.4 PLC CP1E N30-DT-D (Sumber: Datasheet (Sumber: Datasheet PLC PLC CP1E)
Tabel 2.1 Spesifikasi PLC CP1E-N30-DT-D Dimensi (H x D x W )
90mm x 85mm x 130 mm
Berat
600 gram
Sumber Tegangan
24 VDC
Tegangan Operasi
20,4 – 20,4 – 26,4 26,4 VDC
Input / Output
18 Input 18 Input / / 12 Output
Tipe Output
Transistor (Sinking)
Pemrograman
CX- Programmer
Kapasitas Program
8K Steps
Kapasitas Data Memori
8K Kata
12
2.3 P owe ower Supply upply (Catu Daya) Pencatu Daya adalah sebuah peranti elektronika yang berguna sebagai sumber daya untuk peranti lain, terutama daya listrik. Pada dasarnya pencatu daya bukanlah sebuah alat yang menghasilkan energi listrik saja, namun ada beberapa pencatu daya yang menghasilkan energi energi mekanik, dan energi yang lain.
Gambar 2.5 Penggunaan Power Penggunaan Power Supply Pada Alat Power supply diharapkan supply diharapkan dapat melakukan fungsi-fungsi berikut ini: 1. Rectification yaitu konversi input listrik listrik AC menjadi DC. 2. Voltage Transformation Transformation yaitu memberikan keluaran tegangan DC yang sesuai dengan yang dibutuhkan. 3. Filtering yaitu yaitu menghasilkan arus listrik DC yang lebih bersih, bebas dari ripple ataupun noise listrik yang lain. 4. Regulation Regulation yaitu mengendalikan tegangan keluaran agar tetap terjaga, tergantung pada tingkatan yang dinginkan, beban daya, dan perubahan kenaikan temperatur kerja juga toleransi perubahan tegangan daya input . 5. Isolation Isolation yaitu memisahkan secara elektrik output yang dihasilkan dari sumber input . 6. Protection Protection yaitu mencegah lonjakan tegangan listrik (jika terjadi), sehingga tidak terjadi pada output , biasanya dengan tersedianya sekering untuk auto shutdown jika hal ini terjadi.
13
2.4 Sensor
Sensor adalah elemen sistem yang secara efektif berhubungan dengan proses dimana suatu variabel sedang diukur dan menghasilkan suatu keluaran dalam bentuk tertentu tergantung pada variabel masukannya, masukannya, dan dapat digunakan oleh bagian sistem pengukuran yang lain untuk me ngenali nilai variabel tersebut. tersebut. 2.4.1
Proximity Capasitive Sensor
Proximity sensor sensor adalah sensor yang dapat mendeteksi keberadaan objek yang ada di dekatnya tanpa melalui kontak fisik dengan objek tersebut. Karakteristik dari sensor ini adalah mendeteksi obyek dengan jarak yang cukup dekat, berkisar antara 1 mm sampai beberapa centi meter saja sesuai tipe sensor yang digunakan. Proximity Proximity Kapasitif merupakan sensor yang akan mendeteksi semua obyek yang ada dalam jarak sensingnya baik metal maupun non-metal. Konfigurasi Kabel Proximity Kabel Proximity : : Biru
V-
Coklat
V+
Hitam
Data
Gambar 2.6 Sensor Proximity Sensor Proximity Kapasitif Kapasitif Tabel 2.2 Spesifikasi Sensor Proximity Sensor Proximity Kapasitif Kapasitif
14
2.5
Sumber Tegangan
3 – 36 36 VDC
Arus
10mA
Jarak Deteksi
10-30 cm
Output
NPN/PNP
R elay Perangkat output dioperasikan oleh perangkat kontrol berdasarkan sinyal
dari perangkat input . Relay berfungsi Relay berfungsi untuk mengaktifkan ataupun menonaktifkan kontak menggunakan elektromagnet. Relay elektromagnet. Relay dapat dapat menangani dua beban atau lebih dengan satu input , mengoperasikan beban besar dengan arus kecil, dapat mengirimkan berbagai jenis sinyal elektrik. Misalnya, beban AC dapat dioperasikan dengan sinyal input DC. DC.
a
b
Gambar 2.7 (a) Relay (a) Relay Omron Omron MY4N (b) Penggunaan Relay Penggunaan Relay Omron Omron pada Alat (Sumber: Datasheet (Sumber: Datasheet Relay MY4) Relay MY4)
Tabel 2.3 Spesifikasi Relay Spesifikasi Relay MY4N MY4N Tipe Relay Tipe Relay
Elektromagnetik
15
Tegangan Coil
24VDC
Arus Maksimum
5A
Kontak AC / DC
220VAC / 24VDC
2.6 Kran Solenoida Valve Elektrik
Kran valve elektrik adalah salah satu kran yang dirancang menggunakan solenoida sebagai kontrol nya, kran ini aktif ketika diberikan tegangan minimal 12 volt dengan arus 1,2 Ampere untuk tiap kran. Kran ini hanya mampu on dan off saja karena solenoida pada prinsipnya bekerja pada dua kondisi yaitu hanya on dan off .
Gambar 2.8 Solenoid valve 12 valve 12 VDC (Sumber:) Keterangan gambar : 1. Valve Body 2. Terminal Masukan 3. Terminal Keluaran 4. Koil Solenoida 5. Kumparan gulungan 6. Kabel suply tegangan 7. Plurger 8. Spring / Per
16
9. Lubang
Solenoida valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoida valve atau katup solenoida katup solenoida mempunyai tiga lubang, lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai terminal/tempat cairan masuk atau supply, atau supply, lalu lubang keluaran, berfungsi sebagai terminal atau tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust , berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoida ketika solenoida valve bekerja valve bekerja Prinsip kerja dari solenoida valve yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka lubang keluaran dari solenoida valve mempunyai tegangan mulai kerja di 12 VDC. 2.7 Pompa Air
Pompa merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.
Gambar 2.9 Pompa Air Mini 12VDC
17
Tabel 2.4 Spesifikasi Pompa Air 12VDC Range Temperatur
0 -
Onsumsi Power
9W
Tegangan Sumber
12 VDC
Maksimal Aliran Air
300 Liter/ Jam
Diameter input / / output inlet output inlet
6mm / 9mm
Dimensi
56mm x 52 mm x 47mm
oadcell ll 2.8 L oadce Sensor loadcell merupakan merupakan sensor yang dirancang untuk mendeteksi tekanan atau berat sebuah beban, sensor loadcell umumnya umumnya digunakan sebagai komponen utama pada sistem timbangan digital dan dapat diaplikasikan pada jembatan timbangan yang berfungsi untuk menimbang berat dari truk pengangkut bahan baku, pengukuran pengukuran yang dilakukan oleh Loadcell oleh Loadcell menggunakan menggunakan prinsip tekanan. Sinyal output elektrik elektrik dari loadcell biasanya biasanya diprsentasikan dalam milivolt dan memerlukan rangkaian penguat dan rangkaian pengkondisi sinyal. Output loadcell Output loadcell merupakan konversi perubahan hambatan terhadap gaya tekan penampang loadcell
Gambar 2.10 Loadcell 2.10 Loadcell ( Datasheet loadcell Datasheet loadcell LJ LJ 611)
18
2.8.1
oadcell ll Prinsip Kerja L oadce
Selama proses penimbangan akan mengakibatkan reaksi terhadap elemen logam pada loadcell yang mengakibatkan gaya secara elastis. Gaya yang ditimbulkan oleh regangan ini dikonversikan kedalam sinyal elektrik oleh strain gauge gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada loadcell . Prinsip kerja loadcell berdasarkan rangkaian Jembatan Wheatstone.
Gambar 2.11 Strain Gauge Loadcell mengalamai penekanan (Sumber: Thakkar, 2013) Jika rangkaian jembatan Wheatstone diberi beban, maka nilai R pada rangkaian akan berubah, nilai R1 = R4 dan R2 = R3. Sehingga membuat sensor loadcell tidak dalam kondisi yang seimbang dan membuat beda potensial. Beda potensial inilah ynag menjadi output nya. nya. Secara teori, prinsip kerja loadcell berdasarkan pada jembatan Wheatstone dimana saat loadcell diberi diberi beban terjadi perubahan pada nilai resistansi, nilai resistansi R1 dan R3 akan turun sedangkan nilai resistansi R2 dan R4 akan naik. Ketika posisi setimbang, Vout loadcell = = 0 volt, namun ketika nilai resistansi R1 dan R3 naik maka akan terjadi perubahan Vout pada loadcell . Pada loadcell output data (+) dipengaruhi oleh perubahan resistansi pada R1, sedangkan output (-) dipengaruhi oleh perubahan resistansi R3.
19
Strain Gauge merupakan komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan. Komponen ini ditemukan pertama kali oleh Edward E. Simmons pada tahun 1938, dalam bentuk foil logam yang bersifat insulatif (isolasi) yang menempel pada benda yang akan diukur tekanannya. Jika tekanan pada benda berubah, maka foilnya akan meregang, dan tahanan listrik akan berubah. Perubahan tahanan listrik ini akan dimasukkan ke dalam rangkaian jembatan wheatstone.
Gambar 2.12 Strain Gauge (Sumber: Niswari Sulistiowati dan Melania Suweni, 2011)
Tekanan dari beban yang ditimbang menyebabkan tahanan dari strain gauge berubah. Perubahan tahanan sebanding sebanding dengan perubahan regangan.
BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI Perancangan sistem kontrol pengisian air kedalam botol meliputi tahapan perancangan perangkat keras ( hardware) hardware) dan perangkat lunak ( software). software). Sistem pengisian air dibuat dengan menggunakan Solenoid valve 12VDC valve 12VDC dan Pompa Air 12VDC sebagai aktuator utama untuk mengalirkan air dari dalam tanki ke dalam botol, dan loadcell digunakan digunakan sebagai sensor pengukur volume air. 3.1
Perencanaan Perencanaan Alat
Dalam perancangan alat terdapat beberapa tahapan yang perlu diperhatikan. Adapun tahapan tersebut yaitu: 1.
Deskripsi Alat
2.
Cara Kerja
3.
Spesifikasi
4.
Diagram Blok
3.1.1
Deskripsi Alat
Nama Alat
: Sistem Kontrol Pengisian Air Kemasan Botol Berbasis PLC
Fungsi Sistem
: Sistem Kontrol ini berfungsi untuk mengisi air kedalam botol kemasan, menutup botol kemasandan menyortir botol dengan keadaan baik dan buruk
Nama Subsistem
: Sistem Kontrol Pengisian Air Kedalam Botol
Fungsi Subsistem
: Alat ini berfungsi sebagai sistem otomatis pengisian air kedalam botol kemasan dengan loadcell sebagai sensor Pompa Air sebagai aktuator.
20
pengukur, SOV, dan
21
3.1.2 Cara Kerja Alat
Sistem ini merupakan sistem produksi air kemasan botol yang dikendalikan oleh PLC yang bisa dijalankan dengan mode auto atau manual. Sistem ini terdiri dari 8 lampu indikator untuk menandakan sistem aktif/berjalan, botol kosong yang akan diisi air diletakan diujung konveyor paling awal. Pada proses sistem kontrol dengan mode auto,putar selector switch switch ke mode auto. Lampu indikator hijau akan menyala ketika tombol start ditekan berarti sistem dihidupkan yang menandakan program aktif lalu lampu indikator konveyor menyala, menandakan konveyor aktif. Apabila sensor proximity proximity 1 mendeteksi keberadaaan botol maka sensor akan memberikan sinyal kepada PLC kemudian konveyor akan berhenti. Solenoid valve valve dan pompa akan menyala lalu lampu indikator pengisian menyala dan botol akan mulai terisi air, apabila loadcell sudah sudah mendeteksi botol sesuai dengan setpoint yaitu 320 gram maka solenoid valve akan menutup dan pompa berhenti bekerja lalu konveyor aktif kembali. Pada sistem kontrol mode manual, putar selector switch ke switch ke mode manual, lampu indikator start akan menyala apabila tombol start di tekan, konveyor akan berjalan bila tombol konveyor ditekan. Apabila sensor proximity proximity 1 telah mendeteksi botol, maka konveyor akan berhenti lalu tekan tombol manual filling , Solenoid valve dan valve dan pompa akan menyala dan lampu indikator pengisian menyala dan botol akan mulai terisi air, apabila loadcell sudah mendeteksi botol sesuai dengan set dengan set point yaitu yaitu 320 gram maka solenoid maka solenoid valve akan valve akan menutup dan pompa berhenti bekerja lalu konveyor aktif kembali. PLC merupakan otak dalam sistem kontrol ini, karena PLC yang akan mengendalikan semua proses yang akan berlangsung, mulai dari pendeteksi botol, pengisian cairan, penutupan botol, pemberhentian pemberhentian konveyor, dan penyortiran. 3.1.3
Spesifikasi Alat
Berikut merupakan tabel komponen beserta spesifikasi alat yang digunakan dalam proyek Tugas Akhir Akhir ini :
22
a) Sumber Tegangan Tabel 3.1 Tabel Sumber Tegangan Yang digunakan Pada Sistem Kontrol Nama Komponen
Tegangan Sumber
PLC Omron CP1E-N30DT-D
24VDC
Power Supply 24 VDC 2A
220VAC
Power Supply 12VDC 3A
220VAC
b) Sistem Komtrol Pengisian Air Tangki Air
Tinggi Tangki
: 25cm
Diameter Tangki
: 16,5 cm
Volume Tangki
: 5,342 liter
Tinggi Dudukan
: 20 cm
Sensor Proximity Sensor Proximity
Sumber Tegangan
: 24VDC
Dimensi ( P, d)
: 7 cm , 1,5 cm
Solenoid valve
Sumber Tegangan
: 12VDC
Ukuran Lubang
: ½ inchi
Dimensi
: (80 x 15 x 50 ) mm
Pompa Air
Sumber Tegangan
Diameter inlet in, out : (9 x 6 ) mm
Dimensi
: 12VDC
: ( 56 x 52x 47 ) mm
Loadcell
Sumber Tegangan
: 5VDC
23
Kapasitas
: 1kg
Dimensi
: (80 x 12,5 x 12,5) mm
3.1.4
Diagram Blok
Sistem proses adalah gambar atau diagram sebuah proses yang dijalankan oleh sistem. Gambar
menjelaskan proses pada pada sistem kontrol pengisian air
kedalam botol kemasan. Berikut adalah keterangan setiap blok :
Keterangan : Kotak Biru : Masuk ke pin Input PLC Kotak Merah: Masuk Ke Pin Output PLC Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kontrol Pengisian Air
24
1. Sensor loadcell :digunakan untuk mendeteksi berat dari botol yang sudah berisi air. Sensor ini menghasilkan sinyal berupa perubahan nilai resistansi apabila terdeteksi adanya beban. Sinyal tersebut akan digunakan pada modul penguat HX711 agar sinyal tersebut dapat diproses oleh mikrokontroler. (dihubungkan ke input PLC PLC 0.10) 2. Modul penguat HX711 digunakan sebagai penguat tegangan dari sensor loadcell . Modul ini mengkonversi sinyal loadcell menjadi sinyal tegangan analog agar dapat diproses oleh mikrokontroler. 3. Mikrokontroler digunakan sebagai proses konversi sinyal analog menjadi sinyal digital (ADC). 4. Proximity Kapasitif: Proximity Kapasitif: digunakan untuk mendeteksi botol yang berada di jalur sistem kontrol (jalur konveyor) apabila proximity proximity mendeteksi ada nya botol maka konveyor akan berhenti (dihubungkan ke input PLC PLC 0.10) 5. Push button button digunakan untuk tombol filling manual yaitu memulai proses pengisian air kedalam botol pada saat mode manual (dihubungkan ke input PLC 0.07). 6. Solenoid valve: valve: berfungsi untuk mengalirkan air dari tangki kedalam botol (dihubungkan ke output PLC PLC 100.01) . 7. Pompa air digunakan untuk menjaga tekanan air yang mengalir kedalam Solenoid valve valve tetap stabil sehingga keluaran air dari solenoid valve valve tetap (dihubungkan ke output PLC PLC 100.01) 8. Pilot Lamp Lamp berfungsi sebagai indikator yang menandakan bahwa proses pengisian sedang berjalan (dihubungkan (dihubungkan ke output PLC PLC 100.01) 9. Relay Relay digunakan untuk menaikan tegangan
output menjadi 24VDC
(dihubungkan ke output 100.01 100.01 untuk valve). 10. PLC CP1E-N30-DT-D membutuhkan tegangan sebesar 24 VDC agar dapat bekerja sehingga digunakan Power digunakan Power Supply sebesar Supply sebesar 24VDC 11. Software Software CX-Programmer digunakan untuk membuat progrram ladder yang akan di upload ke PLC.
25
3.1.5 Diagram Alir
Diagram alir sistem kontrol pengisian air kedalam botol terbagi menjadi dua mode yaitu mode auto dan mode manual Start
B
Solenoid Valve dan Pompa On
Inisialisasi Input Output Kontroler Tidak
Apakah Selektor Mode auto?
Tidak
Load Cell Mendeteksi Berat sesuai Set Point?
Ya Ya
Tombol Start On?
Solenoid Valve dan Pompa Off
Ya Konveyor on Konveyor On
Tidak
END
Sensor Proximity 1 Mendeteksi Botol?
Ya
Konveyor Off
B
Gambar 3.2 Diagram Alir mode auto
26
Start
Inisialisasi Input Output Kontroler
A
Solenoid Valve dan Pompa on
Apakah Selektor Mode Manual On? Tidak
Tidak
Ya
Apakah Push Button Konveyor ditekan?
Load cell mendeteksi berat sesuai set point?
Ya
Konveyor on
Ya Solenoid valve dan Pompa off
Tidak
Apakah proxiity 1 mendeteksi botol? Ya
Tidak
Apakah Push Button Konveyor Ditekan?
Konveyor off Ya Tidak Konveyor On Apakah Push Button Pengisian Ditekan?
END
A
Gambar 3.3 Diagram Alir mode manual
27
3.2 Realisasi Alat
Dalam merealisasikan sistem kontrol pengisian air kedalam botol produksi air kemasan langkah awal yang dilakukan adalah melakukan perancangan perangkat keras, yaitu membuat desain tangki air dimana didalam tangki air terdapat solenoid valve dan valve dan pompa air DC, serta peletakan sensor proximity kapasitif proximity kapasitif dan loadcell . Alat ini di rancang untuk mampu mengalirkan air dari dalam tangki ke dalam botol dan mendeteksi berat botol sesuai dengan ketentuan. 3.2.1 Realisasi Desain Alat
Dalam merancang sistem kontrol pengisian air minum kemasan berbasis PLC penulis menggunakan perangkat lunak Vijeo Citect 7.5 untuk membuat desain alat. Ukuran alat menggunakan satuan milimeter (mm).
1
2
3
Gambar 3.5 Realisasi Alat
Dimensi
: 1200 mm x 900mm x 400mm
28
3.2.2 Instalasi Sistem
Instalasi sistem kontrol pengisian air kedalam botol pada realisasi alat merupakan hal yang penting. Kesalahan instalasi dapat mengakibatkan sistem kontrol tidak berfungsi dengan baik. a. Konfigurasi Pengawatan
Loadcell
V+
R1 Relay 24V DC
Push Button
Proximi ty K apasit if
COM
No
in
VPower Supply 24VDC
V+
V-
COM
COM
Out 01
In 1.01
In 0.07
In 0.10
INPUT
V+
Power Supply 12VDC
OUTPUT
V+ 10 Pilot Lamp 24VDC V9
Relay 24VDC 13
5
5
6 V-
6
V-
V+
Solenoid Valve 12VDC
V+ Pompa Air 12VDC
Gambar 3.4 Instalasi dan pengkabelan komponen-komponen pada proses pengisian botol
V-
29
Berdasarkan skema rangkaian proses penyortiran yang terdapat pada gambar 3.4, PLC dihubungkan pada beberapa sensor dan aktuator. Keterangan konfigurasi pengawatan : 1. Proximity Kapasitif Proximity Kapasitif terdiri dari tiga buah kabel yaitu a. warna biru yang dihubungkan ke -24VDC b. warna coklat dihubungkan ke +24 VDC c. warna hitam dihubungkan ke input 0.10 0.10 pada PLC 2. Loadcell yang dihubungkan ke relay relay terlebih dahulu karena keluaran loadcell hanya sebesar 5V sehingga tegangan nya dikuatkan oleh relay hingga 24VDC relay terdiri relay terdiri dari 2 buah pin yaitu: a. Pin NO dihubungkan ke -24VDC b. Pin COM dihubungkan ke input 1.01 1.01 pada PLC 3. Push button terdiri dari 2 buah pin yaitu : a. Pin NO dihubungkan ke input 0.07 0.07 pada PLC b. Pin COMdihubungkan ke -24VDC 4. Solenoid valve valve dan Pompa Air membutuhkan tegangan 12VDC agar bekerja sehingga dibutuhkan relay relay 24VDC agar solenoid valve valve bisa dihubungkan ke PLC, Relay MY4N Relay MY4N terdiri dari 14 kaki tetapi hanya 6 kaki yang digunakan yaitu: a. Kaki 9 dihubungkan ke +12VDC b. Kaki 10 dihubungkan ke -12VDC c. Kaki 5 dihubungkan ke V+ SOV dan V+ Pompa d. Kaki 6 dihubungkan ke V- SOV dan V- Pompa e. Kaki 13 dihubungkan ke output 100.02 100.02 PLC f. Kaki 14 dihubungkan ke +24VDC Pompa dan SOV dihubungkan ke Pin yang sam dikarenakan pompa dan SOV bekerja secara bersamaan. 5. Pilot Lamp terdiri dari 2 buah pin yaitu : a. Pin NO dihubungkan ke output 100.01 100.01 pada PLC b. Pin COM dihubungkan ke -24VDC
30
Gambar 3.6 Alat Tampak Depan
Gambar 3.7 Panel Sistem Kontrol Pengisian Air Kemasan
31
3.2.3
Realisasi Program
Software Software aplikasi
yang
digunakan
adalah
Cx-Programmer dimana
menggunakan ladder diagram. diagram. Ladder Diagram menggambarkan Diagram menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Program ladder ditulis menggunakan bentuk simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. relay. Dalam Pendeteksian berat botol, penulis menggunakan loadcell , untuk mengalirkan air dari tangki ke dalam botol penulis menggunakan solenoid valvedan valvedan Pompa Air DC. a. Pemrograman Pemrograman dengan Cx-Programmer Cx-Programmer
Pemrograman sistem kontrol pengisian air kedalam botol menggunakan software Cx-Programmer . Dalam pemrograman CX-Programmer perlu perlu diketahui langkah-langkah yang perlu dilakukan. Adapun langkah-langkah tersebut yaitu: 1. Membuka software Membuka software CX-Programmer. 2. Membuat program baru Dalam membuat program baru, dapat dilakukan dengan menekan icon “new” yang terdapat pada toolbar dari CX-Programmer 3. Memilih tipe PLC Setelah icon “new” dipilih akan muncul tampilan untuk memilih tipe PL yang digunakan seperti terlihat pada gambar 3.8.
Gamber 3.8 Setting Jenis Jenis PLC pada Cx-Programmer
32
Gambar 3.9 Setting Jumlah Jumlah I/O PLC pada Cx-Programmer
4.
Membuat program ladder diagram
Setelah program baru dibuat, langkah berikutnya adalah membuat program utama dalam mengontrol sistem. Untuk membuat pemrograman proses pengisian air kedalam botol dapat dibuat seperti pada gambar 3.10
a
b
33
c
Gambar 3.10 Ladder Diagram Proses Pengisian Air kedalam Botol Penjelasan Ladder Diagram Proses Pengisian Air kedalam Botol a) M1 merupakan memori dari input selektor manual, M1 berlogika high menandakan proses sistem pengisian air kedalam botol sedang dilakukan dengan mode manual. P1(alamat 0.10) merupakan input untuk sensor proximity proximity apabila sensor proximity mendeteksi proximity mendeteksi botol (berlogika satu) maka konveyor akan berhenti setelah 1 milisekon (timer ( timer 000). 000). b) Man_Fiiling (alamat
0.07)
merupakan
tombol
manual
pengisian.
Man_Filling berlogika high menandakan high menandakan tombol manual filling manual filling telah telah ditekan sehingga solenoid sehingga solenoid valve dan valve dan pompa akan menyala dan proses pengisian air kedalam botol berjalan. c)
Jika load1 (alamat 1.01) sudah berlogika high high yang menandakan bahwa berat botol sudah sesuai setpoint maka solenoid valve valve dan pompa berhenti bekerja. Timer 002 berfungi pada mode auto, jika proses pengisian air kedalam botol sudah selesai maka 3 detik kemudian konveyor akan berjalan kembali untuk melakukan proses selanjutnya. selanjutn ya.
5. Mengupload Program Setelah program ladder diagram diagram dibuat, yang perlu dilakukan adalah mengupload program ke PLC. Untuk mengupload meng upload program dapat dilakukan dengan cara mengubah mode pemrograman menjadi mode online. online. Untuk mengubah mode pemrograman menjadi mode online dapat dilakukan dengan memilih tombol
34
“Work Online” (
) yang terdapat pada toolbar CX-Programmer atau dapat
juga dilakukan dengan menekan tombol Ctrl + W pada keyboard. Setelah mode PLC berubah menjadi online online program ladder diagram siap untuk diupload ke PL. Pilih menu “PL’ yang terdapat pada menu bar software bar software CXProgrammer. Kemudin Kemudin pilih menu “Transfer” dan pilih “To PL” PL” seperti seperti terlihat pada gambar 3.11.
Gambar 3.11 Pemilihan menu transfer program program ladder diagram 6. Memilih pengaturan download program Setelah menu transfer program dipilih, akan muncul tampilan pengaturan download program dimana pada tampilan ini dipilih bagian-bagian yang ingin didownload didownload ke ke PLC. Adapun tampilan tersebut dapat dilihat pada gambar 3.12.
35
Gambar 3.12 Download 3.12 Download Program Program ke PLC Setelah bagian-bagian dari program dipilih, tekan tombol OK. CX-Programmer akan mulai mendownload program ke PLC yang terhubung.
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pengujian
Setelah semua sistem selesai dirancang dan dibuat, baik hardware hardware maupun software
maka tahap selanjutnya adalah tahap pengujian pengujian alat. Dalam Dalam hal ini
penulis akan menjelaskan tentang pengujian pemrograman PLC yang telah dibuat. Berikut ini akan dibahas mengenai deskripsi pengujian dan prosedur pengujiannya terlebih dahulu.
4.1.1
Deskripsi Pengujian
Pengujian program PLC dilakukan dengan cara upload program PLC yang telah dibuat dan melihat respon yang terjadi pada plant . Tujuan dari pengujian ini yaitu untuk mengetahui apakah program PLC berjalan sesuai deskripsi kerja yang telah dirancang atau tidak. 1. Sebelum memulai pengujian pengisian air kedalam botol, pastikan modul dan plant telah siap digunakan baik dalam bentuk fisik maupun dalam bentuk elektrik. 2. Pastikan loadcell mendeteksi berat sebesar 0,0 gram sebelum proses pengisian botol berjalan. Loadcell berjalan. Loadcell dapat dapat mendeteksi berat maksimal 1kg Lokasi
: Laboraturium
Elektronika
Jurusan
Teknik
Elektro Politeknik Negeri Jakarta Tanggal Pelaksanaan
: 18 Juli 2017
Pelaksana
: Nurul Rahma Dinda
Tujuan Pengujian
: Mengetahui kemampuan pengukuran berat oleh loadcell dan mengetahui berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengisi air kedalam botol .
36
37
4.1.2
Prosedur Pengujian
Loadcell Relay
I N P U T Power Supply 24VDC Push Button
O U T P U T
Power Supply 12 VDC
13 14 Relay
5 5
6
6
Solenoid Valve
Pompa Air
Pilot Lamp Filling
Gambar 4.1 Pengkabelan Komponen-Komponen Pengujian
38
Keterangan warna Kabel pada wiring diagram pengujian 1. Merah : +24VDC 2. Hitam : -24VDC 3. Biru
: I/O PLC
4. Orange : -12VDC 5. Hijau
: +12 VDC
6. Kuning : GND 7. Ungu : VCC 8. Abu – Abu – abu abu : R1 Langkah – Langkah – langkah langkah pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Menyiapkan Alat dan bahan yang digunakan 2. Mengisi air pada tangki hingga tangki penuh 3. Wiring seluruh seluruh komponen yang digunakan untuk sistem pengisian seperti pada gambar 4.1 4. Upload program PLC yang sudah dibuat ke PLC 5. Untuk memulai pengujian dengan mode auto maka putar selector switch ke mode auto lalu tekan tombol start tombol start 6. Jika sistem sudah aktif maka amati perubahan berat yang terdeteksi oleh loadcell ketika ketika botol terisi penuh 7. Hitung lama nya pengisian air kedalam botol menggunakan stopwatch menggunakan stopwatch 8. Lalu ambil data sesuai dengan tabel pengujian yang telah dibuat dan analisa data dari tabel pengujian tersebut 9. Ambil juga foto dari beberapa data pengujian agar menguatkan bukti hasil pengujian tersebut
39
Gambar 4.2 Proses Pengujian Pengisian Air Kedalam Botol
Gambar 4.3 Proses Pengujian Perhitungan Waktu Pengisian Air Kedalam Botol
4.1.3
Data Hasil Pengujian
Setelah melakukan berbagai tahapan perancangan dan pemasangan komponen, selanjutnya adalah melakukan serangkaian uji coba pada masingmasing blok rangkaian yang bertujuan untuk mendapatkan hasil yang sesuai. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui keakuratan berat yang
40
dideteksi oleh sensor loadcell dengan pengaturan set point sebesar 320 gram dan juga lama waktu pengisian air kedalam botol. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 4.1 Hasil Pengujian pengisian air kedalam botol dengan setpoint dengan setpoint sebesar 320 gram Nomor Botol
Berat Pengujian (gr)
Waktu Pengisian (s)
1
320
13
2
320
13
3
310
11
4
320
13
5
320
13
6
320
13
7
310
11
8
310
11
9
320
13
10
320
13
11
340
14
12
320
13
13
320
13
14
310
21
15
320
22
16
320
22
41
17
320
13
18
320
13
19
320
13
20
320
13
Untuk mengetahui persentase error dari dari percobaan pengisian air kedalam botol yang telah t elah dilakukan, data tersebut ters ebut diolah menggunakan rumus perhitungan error dengan dengan hasil seperti ditunjukkan pada tabel Perhitugan presentase error menggunakan menggunakan rumus: Pengu jian SetPo int Pengujian x100% SetPo int
Error = =
Tabel 4.2 Presentase Error Presentase Error pada pada proses pengisian air kedalam botol Nomor Botol
Berat Pengujian (gr)
Error
1
320
0
2
320
0
3
310
3,125
4
320
0
5
320
0
6
320
0
7
310
3,125
8
310
3,125
9
320
0
10
320
0
42
4.2
11
340
6,25
12
320
0
13
310
3,125
14
310
3,125
15
320
0
16
320
0
17
320
0
18
320
0
19
320
0
20
320
0
Analisis Data/evaluasi
Untuk rumus konversi gram ke mililiter menggunakan rumus massa jenis.Rumus massa Jenis adalah :
m V
Massa jenis adalah pengukuran massa pengukuran massa setiap satuan volume satuan volume benda. benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Satuan SI Satuan SI massa jenis adalah kilogram adalah kilogram per per meter meter kubik (kg·m −3). Massa jenis air murni adalah 1 g/cm 3 atau sama dengan 1000 kg/m 3. Seperti yang telah diketahui massal mas sal jenis air adalah 1000 kg/m3. Maka Konversi berat dari gram ke mililiter dapat dihitung dengan cara sebagai berikut: Diketahui berat air didalam botol beserta botol seberat 320 gram= 0,32 kg
43
m V
1000 kg/m 3 =
0,32kg
V
1000 kg/m 3. V = 0,32 kg V=
0,32kg 1000 kg / m
3
V = 0,00032 m
3
Diketahui bahwa 1 dm 3 sama dengan 1 liter maka dapat dihitung: V= 0,00032 x 1000 = 0,32 dm 3 V = 0,32 liter V= 0,32 x 1000 = 320 ml . (Jadi, dapat disimpulkan bahwa 1 gram air = 1 ml air.) Berdasarkan hasil pengujian pengisian air kedalam botol didapatkan ratarata waktu pengisian sebesar 13,35 detik. Pada Pengujian ke 14, 15, dan 16 didapatkan waktu pengisian air kedalam botol sebesar 21 detik, 22 detik, dan 22 detik perbedaan waktu pengisian disetiap pengujian dapat dikarenakan filter air yang terdapat pada solenoid pada solenoid valve kotor, valve kotor, banyak debu, atau kotoran-kotoran yang menyangkut di filter air tersebut sehingga menyebabkan air yag keluar dari valve lebih sedikit. Berdasarkan hasil pengujian pengisian air sebanyak 20 botol diketahui ratarata error pengisian air
sebesar 3,5 gram air atau sebesar 1,09375%. Error
tersebut dapat dikarenakan letak loadcell yang berada dibawah konveyor, sehingga mempengaruhi berat awal loadcell yang berubah-ubah akibat adanya pergerakan konveyor. Berat awal yang terdeteksi oleh loadcell adalah berat saat konveyor berhenti. Hal lain yang dapat mempengaruhi error tersebut adalah posisi berhentinya botol yang yang tidak sama dibeberapa percobaan. Salah satu contoh perhitungan error pada pada proses pengisian ke 3:
44
Pengu jian SetPo int Pengujian x100% SetPo i nt
Error = =
320 310 x100% 320
Error = =
Error = = 3,125%
BAB V PENUTUP 6.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat penulis ambil dari Tugas Akhir Sistem Kontrol Pengisian Air Kemasan Berbasis PLC dengan sub judul “Sistem “Sistem Kontrol Pengisian Air Kedalam Botol” Botol” adalah sebagai berikut: 1. Terdapat error rata – rata – rata rata sebesar 3,5 gram atau sebesar 1,09375% pada saat pengisian air kedalam botol karena adanya pergerakan konveyor yang menyebabkan pendeteksian berat oleh loadcell kurang kurang optimal. 2. Berdasarkan hasil pengujian pengisian air kedalam botol didapatkan ratarata waktu pengisian sebesar 13,35 detik. Perbedaan waktu pengisian dikarenakan filter dikarenakan filter pada solenoid pada solenoid valve kotor. valve kotor.
6.2 Saran
Penempatan sensor loadcell harus sudah diperhitungkan dengan baik, agar pendeteksian berat oleh sensor loadcell dapat berjalan dengan optimal dan berat awal yang terdeteksi tetap 0 gram.
45
DAFTAR PUSTAKA
Kusuma,Winata. 2009. Rancang Bangun Alat Penyimpanan,Pengisian dan Penutupan Botol Pada Miniatur Pabrik Teh Botol Berbasis PLC. Depok: Universitas Indonesia. Matiinu, Firman. 2014. Perancangan Proximity Sensor Berbasis Kapasitif Untuk Kontrol Pintu Otomatis. Surabaya: Otomatis. Surabaya: Institut Sepuluh Nopember. Yunan, S.M. 2000. Sistem Kontrol dan Perancangan dan Perancangan Mekanik. Depok: Mekanik. Depok: Politeknik Negeri Jakarta Setiawan, Iwan. 2006. Programmable Logic Controller (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol. Yogyakarta: Kontrol. Yogyakarta: Andi Sulistiyanti, S.R. 2006. Dasar Sistem Kendali. Kendali. Bandar Lampung: Universitas Lampung. W. Bolton. 2004. Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol . Jakarta: Erlangga Daryanto.2000. Pngetahuan Pngetahuan
Teknik
Elektronika.Jakarta: Elektronika.Jakarta:
Bumi
Aksara
Lampiran 1 Daftar Riwayat Hidup
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nurul Rahma Dinda, Anak kedua dari 2 bersaudara. Lahir di Duri,Riau pada
tanggal
menyelesaikan
16
Februari
Sekolah
1996.
Dasar
di
Telah SDN
Pesanggrahan 03 Pagi pada tahun 2008, Sekolah Menengah Pertama di SMPN 177 tahun 2011, 2011, dan Sekolah Menengah Atas di SMAN 90 Jakarta 2014. Penulis melanjutkan studi di Politeknik Negeri Jakarta sengan Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Elektronika Industri. Penulis menyelesaikan studi di Politeknik Negeri Jakarta dengan judul Tugas Akhir “Sistem “Sistem Kontrol Pengisian Air Minum Kemasan Berbasis PLC ” untuk memperoleh gelar Diploma Tiga di Politeknik Negeri Jakarta. Email :
[email protected]
Lampiran 2 Flowchart Sistem Kontrol
A
Start
Inisialisasi Input Output Kontroler
Apakah Selektor Mode auto?
Konveyor On Tidak
Sensor Proximity 2 mendeteksi Botol C Ya
Tidak
Ya Konveyor Off
Tombol Start On? Ya Konveyor On
Motor DC on (Turun) Tidak Tidak Sensor Proximity 1 Mendeteksi Botol?
Apakah motor DC sudah menyentuh Limit Switch 1?
Ya Ya Konveyor Off Motor Penutup Botol on
Tidak Solenoid Valve dan Pompa On
Tidak Load Cell Mendeteksi Berat sesuai Set Point?
Botol Sudah Tertutup Rapat? Ya Motor Penutup Botol Off
Ya Solenoid Valve dan Pompa Off
Motor DC on (Naik)
A B
Lampiran 2 Flowchart Sistem Kontrol lanjutan
B
C
Apakah Motor DC sudah menyentuh Limit Switch 2?
Berat Botol Sesuai?
Tidak
Tidak
Ya Motor Penyortir On (Kondisi Buruk)
Motor Penyortir On (Kondisi Baik) Motor DC off
Tidak
Tidak
Limit Switch 3 mendeteksi palang sortir?
Limit Switch 4 mendeteksi palang sortir?
Ya
Ya
Botol Masuk Ja Jalur lur 1
Botol Masuk Ja Jalur lur 2
Konveyor On
Tidak
Sensor Proximity 3 mendeteksi botol?
Ya
Botol Ditimbang Beratnya
Sensor Proximity sebagai counter mendeteksi botol
END C
Flowchart Keseluruhan Sistem Kontrol Mode Auto
Lampiran 3 Foto Dokumentasi Alat
Gambar Alat Tampak Depan
Gambar Alat Tampak Atas
Lampiran 3 Foto Dokumentasi Alat
Gambar Alat Tampak Samping
Gambar Kontrol Panel Alat
Lampiran 4 Datasheet
Datasheet PLC PLC Omron CP1E Datasheet HX711 HX711
