prapropocsal kp

LAPORAN KERJA PRAKTIK

SISTEM KENDALI MESIN PEMILAH DAH PENGURUT MATERIAL BERBASIS PLC SIEMENS S7-300 DI LABORATORIUM MEKATRONIK

KENDALI DAN TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK UNSOED

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memenuhi Mata Kuliah Kerja

Praktik pada Pendidikan Strata Satu Fakultas Sains dan Teknik

Universitas Jenderal Soedirman

Oleh :

NUR WACHID

H1C011041

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK

JURUSAN TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

PURBALINGGA

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya. Sholawat

serta salam semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga,

para sahabat serta pengikutnya.

Alhamdulillahi robbil ’alamin, penulis dapat menyelesaikan laporan kerja

praktek dengan lancar. Kerja praktek tersebut dilaksanakan pada tanggal 14

Januari 2013 sampai dengan tanggal 1 Maret 2013 di Laboratorium Mekatronika

Kendali dan Telekomunikasi UNSOED.

Tidak dapat dipungkiri bahwa pengalaman merupakan guru terbaik kita.

Dengan mendapatkan pengalaman dalam dunia kerja, mahasiswa mempunyai

bekal yang cukup apabila sudah terjun dalam dunia kerja yang sebenarnya.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada

pihak-pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan laporan ini, yaitu :

1. Kedua orang tua beserta keluarga penulis yang telah memberikan

dukungan moril dan materil.

2. Bapak Nastain, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknik

Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto.

3. Bapak Hari Prasetijo, S.T, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Universitas

Jenderal Soedirman Purwokerto.

4. Bapak Agung Mubyarto, S.T, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik

Elektro Fakultas Sains dan Teknik Universitas Jenderal Soedirman

Purwokerto.

5. Ibu Farida Asriani, S.Si, M.T, selaku dosen pembimbing kerja praktek

penulis.

6. Bapak Winasis,S.T.,M.Eng selaku Kepala Laboratorium Mekatronika

Kendali dan Telekomunikasi UNSOED serta Bapak Imron Rosyadi, ST.,

MT yang telah memberikan kesempatan untuk melaksanakan kerja

praktik.

Semoga Laporan Kerja Praktek ini dapat bermanfaat bagi penulis pribadi

khususnya dan pembaca umumnya. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan

Laporan Kerja Praktek ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan

saran dari pembaca sangat diharapkan.

Purbalingga,

penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR..............................................................................................i

DAFTAR ISI..........................................................................................................iii

DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi

DAFTAR TABEL..................................................................................................xv

BAB I PENDAHULUAN.....................................................................................1

Latar Belakang.........................................................................................................1

Tujuan......................................................................................................................2

Ruang Lingkup.........................................................................................................3

Manfaat....................................................................................................................3

Metodologi Pelaksanaan Kerja Praktek...................................................................4

Sistematika Penulisan..............................................................................................6

BAB II TINJAUAN INSTANSI........................................................................8

II.1 Sejarah..........................................................................................................8

II.2 Perkembangan..............................................................................................9

II.3 Visi, Misi, dan Tujuan................................................................................10

II.4 Laboratorium Teknik Elektro.....................................................................12

BAB III PENDAHULUAN...............................................................................15

III.1 PLC (Programmable Logic Controller).....................................................15

III.1.1 Pengertian PLC..........................................................................................15

III.1.2 Cara Kerja PLC..........................................................................................16

III.1.3 Komponen PLC Siemens S7-300 jenis CPU 314C-2DP...........................19

III.2 Pemrograman PLC.....................................................................................23

III.2 Mekatronika................................................................................................30

III.2.1 Pendahuluan...............................................................................................30

III.2.2 Manfaat Mekatronika.................................................................................32

III.2.3 Struktur dan Elemen Mekatronik...............................................................34

BAB IV TINJAUAN PUSTAKA......................................................................37

IV.1 Jenis Sistem Pengumpan Barang : ASRS, Robot Servo, dan Pemilah dan

Pengambil Non-Servo............................................................................................37

IV.1.1 ASRS (Automatic Storage and Retrieval Systems)...................................37

IV.1.2 Robot Servo................................................................................................39

IV.1.3 Pengendali Pemilah dan Pengambil Non-Servo.........................................40

IV.2 Perangkat Masukan dan Keluaran pada Unit Pengumpan Pemilah dan

Pengambil di Laboratorium Mekatronik Kendali dan Telekomunikasi Jurusan

Teknik UNSOED...................................................................................................41

IV.2.1 Perangkat Masukan....................................................................................42

IV.2.1.a Sensor Efek Hall..............................................................42

IV.2.1.b Sensor Magnetoresistif...................................................43

IV.2.1.c Sensor Fotoelektrik.........................................................45

IV.2.2 Perangkat Keluaran....................................................................................46

IV.2.2.a Pengumpan Dorong Material........................................46

IV.2.2.b Penggerak Pneumatis Pemilah dan Pengambil

(Penghisap Vakum dan Robot Pneumatis)................................................49

BAB V SISTEM KENDALI MESIN PENGUMPAN MATERIAL BERBASIS

PLC SIEMENS S7-300..........................................................................................53

V.1 Konfigurasi PLC Siemens S7-300.............................................................53

V.2 Pratinjau Pemrograman..............................................................................56

V.3 Pemrograman Pengumpan Dorong Material..............................................57

V.4 Pemrograman Penggerak Pengambil dan Penempat Dua Sumbu..............74

V.5 Pemrograman Urutan Kerja Unit Pengumpan Pengambil dan Penempat103

V.6 Pemrograman Unit Pengumpan Pengambil dan Penempat dengan Mode

Manual, Auto, dan Reset......................................................................................123

BAB VI PENUTUP.........................................................................................145

Kesimpulan..........................................................................................................145

Saran 146

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................147

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 KL-62001 Trainer.............................................................................12

Gambar 2. 2 Modul Praktikum..............................................................................13

Gambar 2. 3 PLC...................................................................................................13

Gambar 3. 1 PLC Siemens S7-300 jenis CPU 314C-

2DP.....................................17

Gambar 3. 2 Alur Kerja PLC.................................................................................18

Gambar 3. 3 Bagian PLC Siemens S7-300 jenis CPU 314C-2PtP/314C-2DP......20

Gambar 3. 4 Masukan Normally Open..................................................................25

Gambar 3. 5 Logika Normally Close.....................................................................26

Gambar 3. 6 Rangkaian Pengunci..........................................................................27

Gambar 3. 7 Rangkaian Set-Reset.........................................................................28

Gambar 3. 8 Rangkaian Timer...............................................................................30

Gambar 3. 9 Struktur dan Elemen Mekatronik......................................................34

Gambar 4. 1 ASRS di Dunia

Industri…................................................................38

Gambar 4. 2 Pengumpan Jenis Robot Servo.........................................................39

Gambar 4. 3 Pengendali Pemilah dan Pengambil Non-Servo..............................40

Gambar 4. 4 Diagram Sensor Efek Hall...............................................................42

Gambar 4. 5 Cara Kerja Efek Magnetoresistif......................................................44

Gambar 4. 6 Jembatan Wheatstone.......................................................................45

Gambar 4. 7 Jenis-jenis sensor fotoelektris: a. sumber dan penerima cahaya, b.

retroreflektor, c. pemindai bauran, dan d. pemindai pantulan...............................46

Gambar 4. 8 Pengumpan Jatuh.............................................................................47

Gambar 4. 9 Diagram Pengumpan Jatuh..............................................................48

Gambar 4. 10 Pengumpan Bergetar......................................................................49

Gambar 4. 11 Manipulator Dua Dimensi..............................................................50

Gambar 4. 12 Konstruksi dari Manipulator Dua Sumbu dengan Pencengkram

Vakum....................................................................................................................51

Gambar 4. 13 Manipulator Penempat dan Pengambil..........................................52

Gambar 5. 1 Konfigurasi Pengalamatan PLC untuk Unit Kerja Mesin

Pengumpan Pengambil dan

Penempat.......................................................................................54

Gambar 5. 2 Konfigurasi Jaringan PLC untuk Unit Kerja Mesin Pengumpan

Pengambil dan Penempat.......................................................................................55

Gambar 5. 3 Konfigurasi Perangkat Keras PLC untuk Unit Kerja Mesin

Pengumpan Pengambil dan Penempat...................................................................55

Gambar 5. 4 Konstruksi Pengumpan.....................................................................58

Gambar 5. 5 Kondisi Inisial...................................................................................60

Gambar 5. 6 Langkah 1: Sinyal Masukan Diterima, SOL1 Menyala....................61

Gambar 5. 7 Langkah 2: Silinder Memanjang Sepenuhnya (HES2 Teraktuasi),

Silinder Menarik....................................................................................................62

Gambar 5. 8 Langkah 3: Silinder Sepenuhnya Tertarik.........................................63

Gambar 5. 9 Jaringan 1 Program Pengumpan Dorong Material............................64

Gambar 5. 10 Jaringan 2 Program Pengumpan Dorong Material..........................65








Gambar 5. 18 Jaringan 10 Program Pengumpan Dorong Material........................73

Gambar 5. 19 Jaringan 11 Program Pengumpan Dorong Material........................74

Gambar 5. 20 Manipulator Pengambil dan Penempat Dua Sumbu.......................75

Gambar 5. 21 Konstruksi Modul Pengambil dan Penempat Sumbu Z..................76

Gambar 5. 22 Kondisi Inisial.................................................................................78

Gambar 5. 23 Langkah 1 : PLC Menerima Masukan Mula Penggerak, Sumbu Z

Memanjang.............................................................................................................79

Gambar 5. 24 Langkah 2 : Silinder Sumbu Z Dipanjangkan, Vakum Menyala....80

Gambar 5. 25 Langkah 3 : Vakum Dinyalakan, Menarik Sumbu Z......................81

Gambar 5. 26 Langkah 3 : Sumbu Z Ditarik, Memanjangkan Sumbu X..............82

Gambar 5. 27 Langkah 5 : Sumbu X Dipanjangkan, Memanjangkan Sumbu Z. . .83

Gambar 5. 28 Langkah 6 : Sumbu Z Dipanjangkan, Vakum Padam.....................84

Gambar 5. 29 Langkah 7 : Sakelar Vakum Padam, Menarik Sumbu Z.................85

Gambar 5. 30 Langkah 8 : Sumbu Z Ditarik, Menarik Sumbu X..........................86

Gambar 5. 31 Langkah 9 : Sumbu X Ditarik, Siklus Berakhir..............................87

Gambar 5. 32 Jaringan 1 Program Penggerak Pengambil dan Penempat Dua

Sumbu....................................................................................................................88


Sumbu....................................................................................................................89


Sumbu....................................................................................................................90


Sumbu....................................................................................................................90


Sumbu....................................................................................................................91


Sumbu....................................................................................................................92


Sumbu....................................................................................................................93


Sumbu....................................................................................................................94


Sumbu....................................................................................................................95


Sumbu....................................................................................................................96


Sumbu....................................................................................................................97


Sumbu....................................................................................................................98


Sumbu....................................................................................................................99


Sumbu..................................................................................................................100


Sumbu..................................................................................................................101


Sumbu..................................................................................................................101


Sumbu..................................................................................................................102

Gambar 5. 49 Jaringan 1 Program Urutan Kerja Unit Pengumpan Pengambil dan

Penempat..............................................................................................................105


Penempat..............................................................................................................106


Penempat..............................................................................................................107


Penempat..............................................................................................................108


Penempat..............................................................................................................109


Penempat..............................................................................................................110


Penempat..............................................................................................................111


Penempat..............................................................................................................112


Penempat..............................................................................................................113


Penempat..............................................................................................................114


Penempat..............................................................................................................115


Penempat..............................................................................................................116


Penempat..............................................................................................................117


Penempat..............................................................................................................118


Penempat..............................................................................................................119


Penempat..............................................................................................................120


Penempat..............................................................................................................121


Penempat..............................................................................................................121


Penempat..............................................................................................................122

Gambar 5. 68 Jaringan 1 Program Unit Pengumpan Pengambil dan Penempat

dengan Mode Manual, Auto, dan Reset...............................................................125















DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Urutan kerja dari unit kerja untuk jenis pengendali pneumatis dua

sumbu dengan penghisap vakum...........................................................................51

Tabel 5. 1 Urutan Kerja Pengumpan Dorong Material..................................

........58

Tabel 5. 2 Urutan Kerja Pengambil dan Penempat Dua Sumbu............................76

Tabel 5. 3 Urutan Kerja Pengumpan Dorong Material Unit Pengumpan Pengambil

dan Penempat.......................................................................................................103

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perakitan adalah suatu proses penyusunan dan penyatuan beberapa bagian komponen

menjadi suatu alat atau mesin yang mempunyai fungsi tertentu. Pekerjaan perakitan dimulai

bila obyek sudah siap untuk dipasang dan berakhir bila obyek tersebut telah bergabung secara

sempurna. Perakitan juga dapat diartikan penggabungan antara bagian yang satu terhadap

bagian yang lain atau pasangannya.

Pada dewasa ini dalam produksi massal, proses perakitan dapat dilakukan dengan cara

otomatis, misalnya proses pengikatan, pengelingan, pengelasan, penyekrupan, dan lain-lain

dalam urutan rangkaian proses produksi. Hal itu dilakukan untuk mendapatkan hasil pada

setiap produk dengan bentuk yang standar.

Sistem otomatisasi saat ini, hadir dengan menggunakan PLC (Programmable Logic

Controller). PLC banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi industri, misalnya pada proses

produksi dan perakitan. Mesin pengumpan di industri digunakan untuk memindahkan atau

mengumpankan material dari tempat penyimpanan menuju unit selanjutnya untuk diseleksi

ataupun hanya dipindahkan ke unit kerja berikutnya. Material akan diumpankan hingga

material pada tempat penyimpan seluruhnya terumpan semua untuk kemudian diisi kembali.

Mesin pengumpan terdiri atas beberapa bagian yang dikendalikan oleh sistem kontrol.

Melihat cukup menariknya fungsi PLC dalam pengendalian proses perakitan material,

maka penulis mengambil tema dalam kerja praktik ini dengan judul: “Sistem Kendali Mesin

Pengumpan Material Berbasis PLC Siemens S7-300 di Laboratorium Mekatronik Kendali

dan Telekomunikasi Unsoed”.

Tujuan

Kerja praktek ini memiliki dua tujuan, yaitu :

1. Tujuan Umum

Secara garis besar pelaksanaan kerja praktek bertujuan untuk menerapkan

ilmu yang diperoleh di perkuliahan dan mempelajari lebih lanjut mengenai sistem

kontrol yang diaplikasikan di dunia industri khususnya di bidang perakitan.

2. Tujuan Khusus

Adapun kerja praktek ini memiliki tujuan khusus, yaitu :

a. Salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan S1 Program Studi Teknik

Elektro Jurusan Teknik Universitas Jenderal Soedirman.

b. Mempelajari sistem kontrol PLC Siemens S7-300, wiring diagram, serta

pemrograman ladder diagram pada perakitan material.

c. Mengetahui pengendalian mesin pengumpan material menggunakan PLC

Siemens S7-300 pada proses perakitan material di Laboratorium Mekatronik

Kendali dan Telekomunikasi Unsoed.

d. Mengenal sistem kerja dan organisasi di instansi terkait.

e. Membantu menyelesaikan permasalahan teknik yang ada bila memungkinkan.

f. Memperluas wawasan mahasiswa dalam bidang teknik secara umum,

khususnya sistem kontrol dan instrumentasi.

Ruang Lingkup

Bagian penerapan sistem kontrol dan instrumen yang digunakan sangat banyak dan

beragam, maka penulis membatasi ruang lingkup kajian kerja praktek ini pada :

1. Mengetahui sistem pengumpan material menggunakan PLC Siemens S7-300.

2. Mengetahui tentang bagaimana mengumpan material menggunakan sensor inframerah

pada perakitan material.

3. Pembuatan program ladder diagram pada proses pengumpan material.

Manfaat

A. Bagi Laboratorium

a. Mendapat informasi tentang kompetensi yang dimiliki oleh mahasiswa sebagai

calon pekerja.

b. Sebagai salah satu bentuk pengabdian terhadap dunia pendidikan.

B. Bagi Mahasiswa

a. Mendapat pengalaman bekerja di instansi yang terkait dengan bidang

konsentrasi yang dipilih.

b. Menambah wawasan dan kemampuan beradaptasi dengan lingkungan kerja.

c. Mengetahui penerapan (aplikasi) teori yang didapat di bangku kuliah pada

dunia kerja.

d. Mengetahui teknologi yang digunakan dalam pengendalian yaitu

menggunakan PLC Siemens S7-300.

e. Sebagai salah satu persyaratan penyelesaian studi pada Program Studi Teknik

Elektro Universitas Jenderal Soedirman.

Metodologi Pelaksanaan Kerja Praktek

Metode yang digunakan untuk mengumpulkan data dalam penyusunan laporan kerja

praktek ini adalah :

1. Metode observasi dan praktek langsung

Dilaksanakan dengan melakukan pengamatan secara langsung bentuk fisik

peralatan instrumen, sistem pengontrolan dan peninjauan lapangan di Laboratorium

Mekatronika Kendali dan Telekomunikasi Unsoed

2. Metode Wawancara

Dilakukan dengan mengumpulkan informasi, konsultasi secara lisan dengan

pembimbing lapangan dan beberapa karyawan Laboratorium Mekatronika Kendali

dan Telekomunikasi Unsoed sebagai data pelengkap dan perbandingan serta mencari

alternatif penyelesaian masalah.

3. Metode Pengambilan Data

Metode pengambilan data, yakni dilakukan dengan menggunakan data tertulis

untuk mengetahui efisiensi instrumen pengukuran di lapangan dengan data set point

normal dan error.

4. Metode Studi Pustaka dan Literatur

Dilakukan dengan mempelajari buku panduan distribusi sistem kontrol dan

modul cara kerja peralatan instrumen, serta literatur penunjang lainnya dan catatan-

catatan yang telah diberikan pada saat melakukan kerja praktek.

Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan yang digunakan penulis agar laporan kerja praktek ini mudah

dipahami adalah sebagai berikut :

BAB I Pendahuluan

Dalam bab ini, penulis menguraikan tentang latar belakang, tujuan,

ruang lingkup, manfaat, metodologi pelaksanaan kerja praktek, dan

sistematika penulisan.

BAB II Tinjauan Instansi

Bab ini berisi tentang tinjauan umum instansi, yang meliputi: sejarah

instansi, visi dan misi, perkembangan instansi, serta perkembangan

Laboratorium Mekatronika Kendali dan Telekomunikasi Unsoed.

BAB III Tinjauan Pustaka

Bab ini memberikan dasar teori mengenai sistem kontrol beserta

elemen penyusunnya seperti sensor, kontrol, dan aktuator. Dan penjelasan

singkat mengenai mekatronika.

BAB IV PLC Siemens S7-300

Bab ini menjelaskan tentang cara kerja, komponen, program dasar,

wiring diagram, dan konfigurasi dari PLC Siemens S7-300 yang digunakan

pada gauging station.

BAB V: Pembahasan

Bab ini membahas mengenai mekatronika amatrol yang digunakan,

proses pemilahan pada bagian gauging station secara khusus, dan program

yang dibuat.

BAB VI : Penutup

Pada bab ini diberikan kesimpulan dan saran sebagai hasil dari

pelaksanaan kerja praktek di Laboratorium Mekatronika Kendali dan

Telekomunikasi Unsoed.

BAB II

TINJAUAN INSTANSI

II.1 Sejarah

Fakultas Sains dan Teknik (FST) didirikan berdasarkan keputusan Rektor Unsoed

Nomor Kept. 239/H23/Ot/2007 tanggal 4 Juli 2007 tentang pembentukan Fakultas Sains dan

Teknik Universitas Jenderal Soedirman dan kemudian dikuatkan dengan Peraturan

Mendiknas Nomor 25 Tahun 2009, tanggal 1 Juni 2009 tentang Organisasi dan Tata Kelola

Unsoed, dimana Fakultas Sains dan Teknik merupakan fakultas ke-8 (delapan) yang dikelola

oleh Unsoed. Dekan pertama Fakultas Sains dan Teknik adalah Ir. H. Purnama Sukardi,

Ph.D.

Fakultas Sains dan Teknik merupakan penggabungan dari 3 (tiga) Program Sarjana

yang telah ada, yaitu Program Sarjana Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (PSMIPA)

yang didirikan pada tahun 1999, Program Sarjana Teknik (PS Teknik) yang didirikan pada

tahun 2000, dan Program Sarjana Perikanan dan Kelautan (PSPK) yang didirikan pada tahun

2000. Program Studi yang ada berjumlah 11 (sebelas) program studi yang dikelola oleh 3

(tiga) Jurusan, yaitu Jurusan MIPA, Jurusan Teknik, dan Jurusan Perikanan dan Kelautan.

Kampus Fakultas Sains dan Teknik cukup luas, dimana Dekanat dan Jurusan Teknik

yang mengelola Program Studi Teknik Elektro (S-1), Teknik Sipil (S-1), Teknik Geologi (S-

1), dan Teknik Industri (D-3) terletak di Kampus Unsoed Blater, Jl. Mayjen Sungkono Km.

05, Purbalingga dengan luas total 11,0 ha. Sedangkan Jurusan MIPA yang mengelola

Program Studi Matematika (S-1), Kimia (S-1), Fisika (S-1) dan Teknik Informatika (S-1),

serta Jurusan Perikanan dan Kelautan yang mengelola Program Studi Manajemen

Sumberdaya Perairan (S-1), Budidaya Perairan (S-1), dan Ilmu Kelautan (S-1) terletak di

Kampus Unsoed Karangwangkal, Jl. Dr. Soeparno, Purwokerto dengan luas total 2,5 ha.

II.2 Perkembangan

Pengembangan kampus terpadu Fakultas Sains dan Teknik termasuk di dalamnya

pengembangan kampus Jurusan Teknik telah dilakukan sejak tahun 2008 pada lahan seluas

11,0 ha yang terletak di Jl. Mayjen Sungkono Km. 05, Blater, Kecamatan Kalimanah,

Kabupaten Purbalingga dan secara bertahap pembangunan kampus akan terus dilakukan.

Lahan pengembangan kampus terpadu tersebut merupakan tanah hibah Pemerintah Daerah

Kabupaten Purbalingga.

Pada tahun 2004, Bupati Purbalingga Drs.Triyono Budi Sasongko, MSi dan Rektor

Unsoed saat itu, Prof. Rubiyanto Misman menandatangani Memorandum of Understanding

(MoU) tentang pengembangan program pendidikan teknik dan program lainnya di wilayah

Kabupaten Purbalingga. Dalam perjanjian itu, Pemerintah Kabupaten Purbalingga

menyediakan lahan seluas 11 hektar di Desa Blater Kecamatan Kalimanah, dan menyiapkan

infrastruktur berupa fasilitas jalan masuk dari jalan raya menuju kompleks kampus. Sedang

pihak Unsoed akan membangun sarana dan prasarana proses pembelajaran berupa fasilitas

gedung kampus, lengkap dengan prasarana pendukung. Unsoed juga diwajibkan memelihara

dan merawat seluruh fasilitas tersebut.

Selanjutnya hibah lahan tersebut dikuatkan dengan Surat Keputusan Pimpinan Dewan

Perwakilan Rakyat Daerah Kabupaten Purbalingga Nomor 170-02 Tahun 2008 tanggal 26

Mei 2008 tentang persetujuan DPRD Kabupaten Purbalingga menghibahkan tanah hak pakai

milik Pemerintah Daerah Kabupaten Purbalingga kepada Universitas Jenderal Soedirman

Purwokerto untuk pembangunan kampus Fakultas Sains dan Teknik Unsoed di Purbalingga.

Saat ini, kampus terpadu Fakultas Sains dan Teknik Kampus Unsoed Blater telah

berdiri 4 unit gedung 2 dan 3 lantai yang difungsikan untuk kantor Dekanat, kantor Jurusan

Teknik, gedung perkuliahan, laboratorium, perpustakaan, dan fasilitas lain untuk menunjang

pelaksanaan proses pembelajaran Jurusan Teknik. Sedangkan proses pembelajaran Jurusan

MIPA dan Jurusan Perikanan dan Kelautan dengan segala fasilitas pendukung

pembelajarannya masih dilakukan di Kampus Unsoed Karangwangkal, Jl. Dr. Soeparno,

Purwokerto (Nasihudin, 2012).

II.3 Visi, Misi, dan Tujuan

Mempunyai visi, misi, dan tujuan sebagai berikut :

Visi :

Sains, keteknikan, dan teknologi untuk meningkatkan mutu kehidupan berbasis

sumberdaya dan kearifan lokal.

Misi :

1. Menyelenggarakan pendidikan guna menghasilkan sumber daya manusia yang

berakhlak mulia, mandiri, mampu beradaptasi, profesional, dan tanggap terhadap

pengembangan sains, keteknikan, dan teknologi

2. Mengembangkan dan mengintegrasikan sains, keteknikan, dan teknologi melalui

kegiatan penelitian berkelanjutan berbasis sumberdaya dan kearifan lokal

3. Menyebarluaskan dan menerapkan hasil penelitian melalui kegiatan yang memberikan

manfaat nyata bagi masyarakat.

Tujuan :

1. Menghasilkan lulusan yang berdaya saing tinggi, didukung sumberdaya manusia

profesional dan berkompeten di bidangnya

2. Menerapkan sistem manajemen internal yang efektif dan efisien

3. Berperan aktif dalam pembangunan nasional dengan sains, keteknikan, dan teknologi

berbasis sumberdaya dan kearifan lokal .

II.4 Laboratorium Teknik Elektro

Sebagai bagian dari institusi pendidikan, laboratorium merupakan salah satu

komponen dari universitas yang mengemban misi perguruan tinggi, yaitu pendidikan,

penelitian dan pengabdian kepada masyarakat.

Pada awal didirikan, laboratorium teknik elektro memiliki ruangan dan peralatan yang

masih terbatas. Seiring dengan berjalannya waktu, peralatan laboratorium semakin lengkap

dan bertambah. Saat ini laboratorium teknik elektro telah mampu menangani berbagai bidang

keahlian seperti kendali, telekomunikasi, tenaga, dan informasi.

Kerja praktek ini sendiri dilaksanakan pada laboratorium kendali. Pada laboratorium

kendali terdapat peralatan-peralatan antara lain sebagai berikut

1. KL-62001 trainer

Alat ini , seperti ditunjukkan Gambar 2. 1, berfungsi sebagai sumber

tegangan dan arus untuk modul praktikum yang akan dipakai. Serta bisa juga

sebagai alat monitor dari hasil percobaan yang dilakukan.

Gambar 2. 1 KL-62001 Trainer

2. Modul Praktikum

Terdapat berbagai macam modul praktikum, seperti ditunjukkan Gambar

2. 2, yang disediakan untuk melakukan percobaan.

Gambar 2. 2 Modul Praktikum

3. PLC

Pada laboratorium terdapat beberapa PLC modular yang digunakan untuk

percobaan dari produk Omron dan Siemens seperti ditunjukkan Gambar 2. 3.

Gambar 2. 3 PLC

4. Mekatronik Amatrol

Mekatronik ini, seperti ditunjukkan Gambar 2. 4, digunakan untuk

mengajarkan mahasiswa dalam menangani sistem yang kompleks, sehingga

diharapkan terjalin kerjasama agar mekatronik ini dapat berjalan secara

keseluruhan yang terdiri dari tujuh station.

Gambar 2. 4 Mekatronik Amatrol

Alat inilah yang dipakai pada kegiatan kerja praktek yang terdapat pada

ruangan mekatronika.

BAB III

PENDAHULUAN

III.1 PLC (Programmable Logic Controller)

III.1.1 Pengertian PLC

PLC (Programmable Logic Controller) adalah suatu alat yang diprogram untuk

mengontrol suatu proses berdasarkan dari instruksi-instruksi program yang ada di dalam

memori PLC. Definisi PLC menurut Capiel (1982) adalah “sistem elektronik yang beroperasi

secara digital dan didesain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini

menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-

instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan,

pewaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui

modul-modul I/O digital maupun analog”.

PLC berdasarkan namanya dapat ditinjau sebagai berikut:

1. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan

program yang telah dibuat dan dapat diubah-ubah fungsi dan kegunaannya.

2. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses masukan secara aritmatik dan

logic (ALU), yaitu melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan,

membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.

3. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses

sehingga menghasilkan keluaran yang diinginkan.

PLC ini dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sequential dalam suatu

sistem kontrol. PLC bekerja berdasarkan masukan-masukan yang ada dan tergantung dari

keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan menyalakan atau mematikan

keluaran. Nilai 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0

berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. Fungsi dan kegunaan PLC adalah sebagai

berikut:

1. Sequential Control, PLC memproses masukan sinyal biner menjadi keluaran yang

digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan, disini PLC menjaga

agar semua langkah dalam proses berlangsung dalam urutan yang tepat.

2. Monitoring Plant, PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya

temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan

sehubungan dengan proses yang dikontrol atau menampilkan pesan tersebut pada

operator.

III.1.2 Cara Kerja PLC

PLC yang digunakan di Laboratorium Mekatronik Kendali dan Telekomunikasi

Jurusan Teknik UNSOED adalah PLC dengan produk Siemens seri S7-300 dengan jenis

CPU 314C-2DP seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Siemens banyak digunakan

dalam industri di Indonesia karena mudah dan akurat. Prinsip kerja sebuah PLC secara umum

adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan kemudian melakukan serangkaian

instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan

dalam memori dan menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator.

Gambar 3. 1 PLC Siemens S7-300 jenis CPU 314C-2DP

Alat yang akan dikontrol dihubungkan ke keluaran PLC, kemudian PLC akan

memberikan suplai tegangan 10 VDC/20mA (analog) dan atau 24VDC/3A (digital) untuk

mengontrol alat tersebut. PLC dapat berkomunikasi dengan I/O sinyal dikarenakan masukan

dan keluaran diberi address tertentu di dalam PLC. Untuk I/O digital dikelompokkan menjadi

suatu grup yang terdiri dari 8 byte dan setiap byte I/O terdiri dari 8 bit mulai dari 0-7. Contoh

address dari I/O digital Siemens S7-300 adalah sebagai berikut:

I0.4 Q5.7

I menunjukkan masukan Q menunjukkan keluaran

0 menunjukkan byte address 5 menunjukkan byte address

4 menunjukkan bit address 7 menunjukkan bit address

Antara byte address dan bit address dipisahkan menggunakan tanda titik.

Gambar 3. 2 Alur Kerja PLC

Alur sebuah program bekerja di dalam PLC, seperti ditunjukkan Gambar 3. 2, yaitu

pada saat PLC dinyalakan pertama kali, maka status dari masukan yang tersimpan di dalam

PII (Process-Image Masukan Table) akan otomatis ter update. Kemudian processor akan

melakukan proses program yang sudah tersimpan di dalam program memori. Termasuk

memproses fungsi logic dan instruksi yang ada di dalamnya berdasarkan dari status masukan

yang ada di PII. Hasilnya akan ditulis kembali ke dalam PIQ (Process-Image Keluaran

Table), juga untuk counter, timer, dan memory bit. Status PIQ kemudian ditransfer ke

keluaran. Proses tersebut berlangsung secara terus-menerus.

III.1.3 Komponen PLC Siemens S7-300 jenis CPU 314C-2DP

PLC Siemens S7-300, seperti ditunjukkan Gambar 3. 3, merupakan salah satu PLC

produksi dari Siemens Jerman. S7-300 didesain berbentuk kompak (terkumpul dalam satu

tempat), sehingga penggunaannya tidak perlu dibangun dari suatu sistem dengan

mengkombinasikan komponen-komponen atau susunan modul-modul. Komponen PLC

Siemens S7-300 jenis CPU 314C-2DP adalah

1. CPU (Central Processing Unit)

2. Power Supply 24VDC/11A

3. Mode Selector

4. I/O Connector Terminals

5. Memory jenis Micro Memory Card (MMC)

6. Display Status and Error

7. Interface MPI/USB

Gambar 3. 3 Bagian PLC Siemens S7-300 jenis CPU 314C-2PtP/314C-2DP

CPU merupakan bagian utama dan merupakan otak dari PLC. CPU ini berfungsi

untuk melakukan komunikasi dengan PC (Personal Computer), interkoneksi pada setiap

bagian PLC, melakukan operasi atau pemrosesan program yang tersimpan dalam PLC, serta

mengatur masukan dan keluaran sistem. CPU pada Siemens S7-300 mempunyai tipe yang

menjadi satu dengan komunikasi. Bagian dari CPU antara lain:

1. Power Supply, digunakan untuk mengubah suplai masukan listrik menjadi suplai

listrik yang sesuai dengan CPU.

2. Alterable Memory, merupakan bagian yang berupa chip yang isinya diletakkan pada

chip RAM (Random Access Memory), tetapi isinya dapat diubah dan dihapus oleh

pengguna. Bila tidak ada suplai listrik ke CPU maka isinya akan hilang, oleh sebab itu

bagian ini disebut bersifat volatile, tetapi ada juga bagian yang tidak bersifat volatile.

3. Fixed Memory, merupakan bagian yang sudah diset, dibuat dalam bentuk chip khusus

yang dinamakan ROM (Read Only Memory), dan tidak dapat diubah atau dihapus

selama operasi CPU, karena itu bagian ini sering dinamakan memori non-volatile

yang tidak akan terhapus isinya walaupun tidak ada listrik yang masuk ke dalam CPU.

4. Processor, adalah bagian yang mengontrol supaya informasi tetap jalan dari bagian

yang satu ke bagian yang lain, bagian ini berisi rangkaian clock, sehingga masing-

masing transfer informasi ke tempat lain tepat sampai pada waktunya.

5. Battery Backup, berfungsi menjaga agar tidak ada kehilangan program yang telah

dimasukkan ke dalam RAM PLC jika catu daya ke PLC tiba-tiba terputus.

Catu daya (power supply) digunakan untuk memberikan tegangan pada PLC.

Tegangan masukan pada PLC biasanya sekitar 24 VDC atau 220 VAC. Pada PLC yang kecil,

catu daya biasanya digabung. Catu daya digunakan untuk memberikan daya secara langsung

ke masukan maupun keluaran, yang berarti masukan dan keluaran merupakan sakelar

sekaligus catu daya untuk modul keluaran dan masukan.

Interface MPI/USB merupakan bagian dari PLC yang digunakan sebagai komunikasi

antarmuka dengan perangkat PC. Interface ini akan menjadi jalur unduh program dari PC

atau unggah program dari PLC. I/O Connector Terminals merupakan bagian PLC berupa

masukan/keluaran (I/O) digital maupun analog. Masukan merupakan bagian yang menerima

sinyal elektrik dari sensor atau komponen lain dan sinyal itu dialirkan ke PLC untuk diproses.

Ada banyak jenis modul masukan yang dapat dipilih dan jenisnya tergantung dari masukan

yang akan digunakan. Jika masukan adalah limit switches dan pushbutton, maka dapat dipilih

kartu masukan DC. Modul masukan analog adalah kartu masukan khusus yang menggunakan

ADC (Analog to Digital Converter) dimana kartu ini digunakan untuk masukan yang berupa

variable seperti temperatur, kecepatan, tekanan dan posisi. Pada PLC S7-300 jenis CPU

314C-2DP ini memiliki 24 titik masukan digital, 4+1 titik masukan analog, 16 titik keluaran

digital, dan 2 keluaran analog. Setiap titik akan ditandai sebagai alamat yang unik oleh

prosesor.

Keluaran adalah bagian PLC yang menyalurkan sinyal elektrik hasil pemrosesan

PLC ke peralatan keluaran. Besaran informasi / sinyal elektrik itu dinyatakan dengan

tegangan listrik antara 2,5 – 24 VDC dengan informasi di luar sistem tegangan 75VDC

ataupun 60VAC. Terminal keluaran biasanya mempunyai 18 titik keluaran dalam modul ini.

Kartu keluaran analog adalah tipe khusus dari modul keluaran yang menggunakan DAC

(Digital to Analog Converter). Modul keluaran analog dapat mengambil nilai dalam 8 bit dan

mengubahnya ke dalam signal analog. Biasanya signal ini 10 VDC/20 mA. Signal analog

biasanya digunakan pada peralatan seperti motor yang mengoperasikan katup dan pneumatic

position control devices.

Memory jenis Micro Memory Card (MMC) adalah memori yang bisa digunakan

sebagai memori pemuatan atau media penyimpan portabel. Data yang akan tersimpan di

dalam memori tersebut adalah program pengguna (semua blok fungsi), arsip dan resep

(racikan program), data konfigurasi dari proyek S7, pembaharuan sistem operasi, serta data

cadangan. PLC ini menggunakan 32 KB memori.

Mode Selector adalah sebuah sakelar yang mengijinkan pengguna untuk

mengerjakan PLC. Pada Mode Selector terdapat mode RUN, STOP, dan MRES. RUN

digunakan untuk menjalankan program yang telah diunduh dan tersimpan di dalam memori

PLC. STOP digunakan untuk menghentikan jalannya program dan menutup komunikasi

antara PLC dengan aktuator. MRES digunakan untuk mengosongkan program PLC agar dapat

ditulis kembali dengan mengunduhnya dari PC. Dan yang terakhir adalah Display Status and

Error adalah sebuah penunjuk dari jalannya perangkat PLC. PLC yang baru nyala akan

menyalakan semua indikator. PLC yang sedang berjalan akan mengedipkan status RUN dan

jika terdapat galat pada indikator tersebut akan ditunjukkan kedipan berulang berwarna

merah.

III.2 Pemrograman PLC

Agar dapat menjalankan operasi yang diinginkan, PLC terlebih dahulu harus

diprogram melalui komputer. Tiap jenis PLC mempunyai karakteristik pemrograman

tersendiri, spesifikasi PLC yang berbeda mempunyai bahasa pemrograman yang berbeda

pula. Berdasarkan IEC-61131-3 ada 5 (lima) bahasa pemrograman PLC, yaitu:

1. Ladder Diagram (LD), merepresentasikan relay ladder diagram listrik, berbentuk

jaringan sakelar yang dihubungkan secara seri dan paralel.

2. Function Block Diagram (FBD), merupakan program dalam bentuk diagram blok.

Mendeskripsikan hubungan atau fungsi antara beberapa masukan dan keluaran.

Bahasa ini sangat cocok dengan banyak aplikasi yang berhubungan dengan arus

informasi dan data diantara komponen kontrol. Programmer dapat membuat prosedur

kontrol yang kompleks.

3. Instruction List (IL), bahasa pemrograman ini sangat efektif untuk aplikasi yang

rendah, terdiri dari operasi-operasi yang distandarkan.

4. Structure Text (ST), umumnya digunakan untuk prosedur yang kompleks, bahasa

baku untuk mendeskripsikan aksi di dalam step dan kondisi di transisi dari SFC. Tipe-

tipe pernyataan pada ST adalah assignment, function call, function block call,

selection, iteration, control.

5. Sequential Function Chart (SFC), merepresentasikan set dari langkah-langkah yang

dihubungkan oleh transisi-transisi. Aksi dalam langkah ini menggunakan bahasa

structure text.

Untuk dapat melakukan pemrograman di PLC Siemens S7-300, menggunakan

software SIMATIC STEP 7 v5.5, di dalam Step 7 ada tiga macam bahasa pemrograman yaitu

Ladder Logic, Statement List, dan Function Block Diagram. Bahasa pemrograman ladder

logic ini banyak digunakan dalam penggambaran rangkaian kontrol hal ini karena tampilan

urutan kerja sinyal listrik sesuai dengan aksi yang diberikan.

Diagram tangga terdiri dari satu baris vertikal ditemukan di sisi kiri, dan garis yang

cabang ke kanan. Garis di sebelah kiri disebut "bus bar", dan garis yang bercabang ke kanan

adalah garis instruksi. Kondisi yang menyebabkan instruksi diposisikan di tepi kanan dari

diagram disimpan garis instruksi. Kombinasi logis dari kondisi ini menentukan kapan dan

dalam apa cara instruksi di sebelah kanan akan mengeksekusi.

III.1 Logika Masukan

Pada pemrograman PLC menggunakan diagram ladder, diperlukan sebuah sakelar

atau relay sebagai masukan. Terdapat dua logika dalam pemrograman PLC, yaitu normally

open dan normally close. Normally Open (NO), keadaan normal berada pada kondisi terbuka.

Logika akan benar apabila nilai Boolean = 1, atau masukan energized. Jika masukan diberi

energi, sakelar mengalirkan arus. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4 di bawah ini.

Warna hijau menunjukkan arus.

Gambar 3. 4 Masukan Normally Open

Sebaliknya normally closed (NC) keadaan normal berada pada kondisi tertutup.

Logika akan benar apabila nilai Boolean = 0, atau masukan de-energized. Jadi apabila

masukan tidak diberi energi sakelar ini mengalirkan arus. Seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.5 di bawah ini. Warna hijau menunjukkan arus.

Gambar 3. 5 Logika Normally Close

III.2 Pengunci (Latching)

Seringkali terdapat situasi-situasi di mana keluaran harus tetap berada dalam

keadaan hidup meskipun masukan telah terputus. Rangkaian latching (pengunci)

dipergunakan untuk rangkaian-rangkaian yang mampu mempertahankan dirinya sendiri (self-

maintaining), dalam artian bahwa setelah dihidupkan, rangkaian akan mempertahankan

kondisi aktif ini hingga masukan lainnya diterima. Contoh sebuah rangkaian pengunci

ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3. 6 Rangkaian Pengunci

Ketika saklar masukan ON menutup, dihasilkan sebuah keluaran. Akan tetapi, ketika

terdapat sebuah keluaran, saklar lain yang diasosiasikan dengan keluaran juga menutup.

Saklar ini bersama dengan saklar masukan ON membentuk suatu sistem gerbang logika OR.

Sehingga, walaupun masukan ON membuka, rangkaian akan tetap mempertahankan keluaran

dalam keadaan menyala. Satu-satunya cara untuk melepaskan kontak-kontak saklar keluaran

adalah dengan mengaktifkan kontak OFF yang normal-menutup.

III.3 Set Reset

SR (Set-Reset Flip Flop) merupakan set apabila sinyal keadaannya "1" pada

masukan S, dan "0" pada masukan R. Sebaliknya, jika sinyal keadaannya "0" pada masukan S

dan "1" pada masukan R, maka flip flop adalah reset. Jika kedua masukan adalah "1", maka

SR flip flop akan mengeksekusi yang pertama instruksi set baru kemudian instruksi reset

pada spesifik <alamat>, sehingga alamat tersebut mengingat kondisi reset kemudian kembali

mengulang jalan program.

Instruksi S (Set) and R (Reset) akan dieksekusi hanya jika nilai masukan "1". Nilai

"0" tidak mempunyai efek pada instruksi dan alamat khusus tidak akan berubah. Set-Reset ini

salah satu fungsinya dapat digunakan sebagai pengunci selain rangkaian di atas. Contoh

rangkaian set-reset adalah ditunjukkan pada Gambar 3.7 di bawah ini.

Gambar 3. 7 Rangkaian Set-Reset

Ketika masukan I0.0 diberikan nilai “1” maka nilai keluaran pada M0.1 akan menjadi

aktif. Kondisi ini merupakan set. Kemudian saat nilai masukan I0.1 diberikan nilai “1” maka

nilai keluaran pada M0.1 akan menjadi tidak aktif. Kondisi ini merupakan reset.

III.4 Timer

Di dalam banyak aplikasi kontrol, pengontrolan waktu adalah sesuatu yang sangat

dibutuhkan. Sebagai contoh, sebuah motor atau pompa yang dikontrol untuk beroperasi

selama interval waktu tertentu, atau diaktifkan setelah beroperasi selama periode waktu

tertentu. Contoh lain, adalah pengaturan waktu nyala/padam dari suatu lampu lalu-lintas.

Itulah sebabnya PLC dilengkapi dengan timer untuk mendukung kebutuhan tersebut. Timer

mengukur (atau menghitung) waktu dengan menggunakan piranti clock internal CPU.

Pendekatan paling umum bagi sebuah timer, dipandang sebagai sebuah relai yang

ketika kumparannya dialiri arus akan mengaktifkan kontak-kontaknya setelah jangka waktu

yang telah ditetapkan. Dengan demikian, timer berperan sebagai sebuah keluaran untuk

sebuah anak tangga program, mengontrol kontak-kontaknya yang terletak pada anak tangga

yang lain. Ada juga yang memperlakukan timer sebagai sebuah blok delay (fungsi tunda)

yang ketika disisipkan ke sebuah anak tangga akan menunda sinyal-sinyal dari anak tangga

tersebut untuk mencapai keluaran.

Terdapat beberapa bentuk timer yang dapat dijumpai pada PLC. Pada PLC biasanya

terdapat beberapa bentuk, salah satunya yaitu timer on-delay. Timer semacam ini akan

hidup/ON setelah satu periode waktu tunda yang telah ditetapkan. Timer off-delay berada

dalam keadaan hidup selama periode waktu yang telah ditetapkan dan kemudian mati. Durasi

waktu yang ditetapkan untuk sebuah timer biasa disebut waktu preset, dan besarnya adalah

kelipatan dari satuan atau basis waktu yang digunakan. Beberapa basis waktu yang biasa

digunakan adalah 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s dan 100 s. Contoh rangkaian timer menggunakan

PLC Siemens ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3. 8 Rangkaian Timer

Timer T2 di atas menggunakan on-delay timer. Masukan pada sisi S (set) dan

keluaran pada Q. Durasi waktunya diset pada TV dengan rumus S5T#satuan_waktu.

Sehingga S5T#10S di atas menandakan bahwa timer diset dengan waktu 10 detik.

III.2 Mekatronika

III.2.1 Pendahuluan

Mekatronika berasal dari kata mekanika, elektronika dan informatika. Mekatronika

adalah teknologi atau rekayasa yang menggabungkan teknologi tentang mesin, elektronika,

dan informatika untuk merancang, memproduksi, mengoperasikan dan memelihara sistem

untuk mencapai tujuan yang diamanatkan.

Seperti diketahui dari definisi, mekatronika adalah gabungan disiplin iptek teknik

mesin, teknik elektro, teknik informatika, dan teknik kendali. Pada awalnya, secara khusus

tidak ada disiplin iptek mekatronika. Untuk menggabungkan beberapa disiplin iptek tersebut,

mekatronika memerlukan teori kendali dan teori sistem.

Secara sempit pengertian mekatronika mengarah pada teknologi kendali numerik

yaitu teknologi mengendalikan mekanisme menggunakan aktuator untuk mencapai tujuan

tertentu dengan memonitor informasi kondisi gerak mesin menggunakan sensor, dan

memasukkan informasi tersebut ke dalam mikro-prosesor. Ini menyumbangkan kemajuan

yang spektakuler jika dibandingkan dengan kontrol otomatis menggunakan instrumen analog,

karena dapat merubah skenario kontrol secara fleksibel dan dapat memiliki fungsi

pengambilan keputusan tingkat tinggi.

Istilah mechatronic (mechanical - electronic engineering) pertama kali dikenalkan

pada tahun 1969 oleh perusahaan Jepang, Yaskawa Electric Cooperation. Awalnya

berkembang dalam bidang Feinwerktechnik, yaitu cabang dari teknik yang mengedepankan

aspek ketelitian. Misalnya pada pembuatan jam, alat optik dan sebagainya. Lalu ditambahkan

setelah munculnya informatika sebagai disiplin ilmu baru

Latar belakang lahirnya mekatronik dapat ditinjau dari dua sudut pandang, yaitu:

sudut pandang sumber daya atau bibit dan sudut pandang kebutuhan atau permintaan.

Dari sudut pandang sumber daya sedikitnya ada tiga buah bibit yang mendorong

lahirnya mekatronik yaitu:

1) lahirnya perangkat 4 bit pada tahun 1971 yang berkembang dengan pesat menjadi

mikroprosesor yang memiliki kemampuan yang semakin tinggi dan harga yang

semakin rendah,

2) lahirnya motor listrik ukuran kecil yang memiliki torsi besar yang menggunakan

rare-earth permanent magnet yang merupakan hasil sampingan program litbang

luar angkasa NASA, dan

3) hasil-hasil teori kendali digital.

Dari sudut pandang kebutuhan sedikitnya ada dua penyebabnya yaitu:

1) pada awal lahirnya mekatronik terdapat kebutuhan dari konsumen terhadap

adanya sistem produksi yang mampu menjawab kebutuhan dengan tipe yang

beraneka ragam dalam jumlah yang sedikit, dan

2) kebutuhan akan barang-barang atau alat-alat pemroses informasi yang memiliki

kecepatan tinggi dengan dimensi kecil untuk menjawab berkembangan

masyarakat informasi yaitu masyarakat dimana peranan informasi menjadi

semakin penting.

III.2.2 Manfaat Mekatronika

Beberapa manfaat penerapan mekatronik adalah sebagai berikut:

1) Meningkatkan fleksibilitas. Manfaat terbesar yang dapat diperoleh dari

penerapan mekatronik adalah meningkatkan fleksibilitas mesin dengan

menambahkan fungsi-fungsi baru yang mayoritas merupakan kontribusi

mikroprosesor. Sebagai contoh, lengan robot industri dapat melakukan

berbagai jenis pekerjaan dengan merubah program peranti lunak di

mikroprosesor seperti halnya lengan manusia. Ini yang menjadi faktor utama

dimungkinkannya proses produksi produk yang beraneka ragam tipenya

dengan jumlah yang sedikit.

2) Meningkatkan kehandalan. Pada mesin-mesin konvensional (manual)

muncul berbagai masalah yang diakibatkan oleh berbagai jenis gesekan pada

mekanisme yang digunakan seperti: keusangan, masalah sentuhan, getaran dan

kebisingan. Pada penggunaan mesin-mesin tersebut diperlukan sarana dan

operator yang jumlahnya banyak untuk mencegah timbulnya masalah-masalah

tersebut. Dengan menerapkan sakelar semikonduktor misalnya, maka

masalah-masalah akibat sentuhan tersebut dapat diminimalkan sehingga

meningkatkan kehandalan. Selain itu, dengan menggunakan komponen-

komponen elektronika untuk mengendalikan gerakan, maka komponen-

komponen mesin pengendali gerak bisa dikurangi sehingga meningkatkan

kehandalan.

3) Meningkatkan presisi dan kecepatan. Pada mesin-mesin konvensional

(manual) yang sebagian besar menggunakan komponen-komponen mesin

sebagai pengendali gerak, tingkat presisi dan kecepatan telah mencapai garis

saturasi yang sulit untuk diangkat lagi. Dengan menerapkan kendali digital

dan teknologi elektronika, maka tingkat presisi mesin dan kecepatan gerak

mesin dapat diangkat lebih tinggi lagi sampai batas tertentu. Batas ini

misalnya adalah kekakuan mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi

karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tantangan baru yaitu

menciptakan sistem mesin yang memiliki kestabilan lebih tinggi.

III.2.3 Struktur dan Elemen Mekatronik

Struktur mekatronik ditunjukkan pada Gambar 3.9 di bawah ini

Gambar 3. 9 Struktur dan Elemen Mekatronik

Struktur mekatronik dapat dibedakan menjadi dua dunia yaitu dunia mekanika dan

dunia elektronika, yang pada Gambar 3.9 ini dipisahkan oleh sebuah garis batas yang

terputus-putus.

Di dunia mekanika terdapat mekanisme mesin sebagai objek yang dikendalikan. Di

dunia elektronika terdapat beberapa elemen mekatronika yaitu: sensor, pengendali, rangkaian

penggerak, aktuator dan sumber energi. Panah blok ke arah kanan menunjukkan fungsi

pengendalian sedangkan panah blok ke arah kiri menunjukkan fungsi pengawasan. Tanda

panah tipis menunjukkan alur informasi dan tanda panah tebal menunjukkan alur energi.

Elemen-elemen mekatronik pada Gambar 3.9 ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1) Mekanisme mesin. Ini adalah objek kendali yang bisa berupa lengan robot,

mekanisme penggerak otomotif, generator pembangkit listrik dan lain

sebagainya.

2) Sensor. Ini adalah elemen yang bertugas memonitor keadaan objek yang

dikendali. Sensor ini dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal yang

berfungsi memproses sinyal listrik menjadi sinyal yang mengandung informasi

yang bisa dimanfaatkan.

3) Pengendali. Ini adalah elemen yang mengambil keputusan apakah keadaan

objek kendali telah sesuai dengan nilai referensi yang diinginkan, dan

kemudian memproses informasi untuk menetapkan nilai perintah guna

merevisi keadaan objek kendali.

4) Rangkaian penggerak. Ini adalah elemen yang berfungsi menerima sinyal

perintah dari pengendali dan mengubahnya menjadi energi yang mampu

menggerakkan aktuator untuk melaksanakan perintah dari pengendali. Elemen

ini selain menerima informasi dari pengendali juga menerima catu daya

berenergi tinggi.

5) Aktuator. Ini adalah elemen yang berfungsi mengkonversi energi dari energi

listrik ke energi mekanik. Bentuk konkrit aktuator ini misalnya: motor listrik,

tabung hidrolik, tabung pneumatik, dan lain sebagainya.

6) Catu daya. Ini adalah elemen yang mencatu energi listrik ke semua elemen

yang membutuhkannya. Salah satu bentuk konkrit sumber energi adalah

baterai untuk sistem yang berpindah tempat, atau adaptor AC-DC untuk sistem

yang stasioner (tetap di tempat).

Struktur mekatronik yang digambarkan di sini dari segi teori kendali disebut sistem

umpan balik (closed loop control system). Sistem umpan balik ini menyerupai makhluk hidup

yang dalam melakukan kegiatan selalu merevisi tindakannya berdasarkan informasi umpan

balik yang dikirim oleh indra ke otak (Rijanto,2005).

BAB IV

TINJAUAN PUSTAKA

IV.1 Jenis Sistem Pengumpan Barang : ASRS, Robot Servo, dan Pemilah dan

Pengambil Non-Servo

Sistem pengiriman material terautomatisasi adalah komponen kunci bagi banyak

sistem mekatronika. Sistem ini memindahkan material dari satu tempat ke tempat berikutnya

yang dibutuhkan. Sistem pengumpan material mengirimkan material-material tunggal ke

dalam proses pembuatan. Tiga jenis dari sistem pengumpan material yang digunakan antara

lain : sistem penyimpan dan pengembali automatis (ASRS = Automatic Storage and

Retrieval System), robot servo, dan pengendali pemilah dan pengambil non-servo. Sebagai

dasar pengetahuan, Laboratorium Mekatronik Kendali dan Telekomunikasi Jurusan Teknik

UNSOED menggunakan jenis pengendali pemilah dan pengambil non-servo sebagai alat

bantu proses pembelajaran bagi para mahasiswanya.

IV.1.1 ASRS (Automatic Storage and Retrieval Systems)

Sebuah ASRS (Sistem Pengambilan dan Penyimpanan Automatis), seperti

ditunjukkan Gambar 4. 1, dirancang sebagai sistem terpusat terautomatisasi untuk

mengerjakan fungsi penyimpanan untuk proses FMS (Flexible Manufacturing System) atau

CIM (Computer Integrated System) yang keduanya termasuk dalam jenis automasi fleksibel.

Ia memiliki sistem penyimpanan, pengangkutan, dan kendali, terkadang dioperasikan dengan

motor servo dan sebuah pengendali.

Gambar 4. 1 ASRS di Dunia Industri

Ketika material diminta, ASRS mengirim material dari bagian penyimpanan ke

perangkat penanganan bahan, seperti roda berjalan, atau untuk mengantarkannya ke tempat

tujuan. ASRS juga bisa digunakan untuk menyimpan barang-barang yang telah jadi.

Sistem kendali penyimpanan terpusat seperti ASRS sangat cocok untuk unit proses

pabrik yang membutuhkan jumlah dan jenis bahan yang besar. Dengan memusatkan

penyimpanan, setiap bagian akan tersedia untuk bisa segera dipesan dari lokasi manapun.

ASRS sangat berguna jika ada kebutuhan bahan-bahan tersimpan dan mengumpankan

berbagai jenis yang berbeda ke bagian pemrosesan.

IV.1.2 Robot Servo

Robot servo, seperti ditunjukkan Gambar 4. 2, terkadang ditempatkan pada awal

jalur roda berjalan untuk meletakkan serangkaian bahan dan material ke atas roda berjalan.

Mereka juga dapat menjadi bagian unit kerja terpisah, memisahkan bahan dari pengumpan

atau roda berjalan, dan memuat mesin terautomatisasi. Penggunaan umum lainnya adalah

untuk merakit, di mana robot menerima material-material dari penyulang dan

menempatkannya ke unit perakitan atau gabungan perakitan.

Gambar 4. 2 Pengumpan Jenis Robot Servo

Robot servo, walaupun merupakan perangkat yang lebih mahal daripada pemilah

dan pengambil non-servo, dapat dengan mudah diprogram ulang untuk berbagai penugasan

berbeda tanpa harus memodifikasi peralatannya. Mereka juga sangat lebih cocok untuk

mengembalikan material-material dari pengumpan berganda daripada perangkat pemilah dan

pengambil non-servo.

IV.1.3 Pengendali Pemilah dan Pengambil Non-Servo

Pengendali pemilah dan pengambil non-servo, seperti ditunjukkan Gambar 4. 3,

adalah perangkat yang paling sederhana dan bekerja sangat terbatas. Perangkat ini terkadang

digunakan untuk mengumpan bahan ke sebuah unit proses, baik unit kerja ataupun roda

berjalan. Unit pemilah dan pengambil non-servo, yang mana secara umum dikerjakan

pneumatis, adalah perangkat murah, mudah dirawat, cepat, dan tepat.

Gambar 4. 3 Pengendali Pemilah dan Pengambil Non-Servo

Perangkat pemilah dan pengambil biasanya lebih murah daripada robot servo atau

ASRS tapi punya keterbatasan penggunaan apabila terjadi perubahan yang mendasar di

dalam unit produksi. Untuk beberapa penggunan, harga murah adalah hal yang lebih penting

(Anonim, 2007).

IV.2 Perangkat Masukan dan Keluaran pada Unit Pengumpan Pemilah dan

Pengambil di Laboratorium Mekatronik Kendali dan Telekomunikasi Jurusan

Teknik UNSOED

Sebelum memasuki pembahasan program, ada baiknya kita membahas tentang

perangkat masukan dan keluaran yang digunakan pada unit pengumpan pemilah dan

pengambil di Laboratorium Mekatronik Kendali dan Telekomunikasi Jurusan Teknik

UNSOED. Menurut sumber yang didapat dari www.amatrol.com , unit pengumpan pemilah

dan pengambil nomor seri 87-MS1 memiliki perangkat masukan dan keluaran sebagai berikut

a. Sensor efek Hall,

b. Sensor magnetis, Perangkat masukan

c. Sensor fotoelektrik,

d. Penghisap vakum,

e. Pengumpan dorong material, dan Perangkat keluaran

f. Robot pneumatis

IV.2.1 Perangkat Masukan

IV.2.1.a Sensor Efek Hall

Sensor efek Hall adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet.

Hasil keluaran dari sensor efek Hall ini akan menghasilkan sebuah tegangan yang

proporsional dengan kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor efek Hall. Sensor

efek Hall ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik.

http://www.amatrol.com/

Gambar 4. 4 Diagram Sensor Efek Hall

Sensor efek Hall yang tampak seperti pada Gambar 4.4 di atas yang hanya terdiri

dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing – masing sisi dari lapisan

silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan ketika lapisan silikon ini dialiri arus

listrik. Bila tidak ada medan magnet yang dideteksi maka arah arus listrik yang mengalir pada

silikon tersebut akan tepat ditengah – tengah lapisan silikon dan akan menghasilkan tegangan

0 Volt karena tidak ada beda tegangan antara elektroda sebelah kiri dan elektroda sebelah

kanan.

Bila ada medan magnet yang terdeteksi oleh sensor efek Hall maka arah arus listrik

yang mengalir pada lapisan silikon akan berbelok mendekati atau menjauhi sisi elektroda

yang dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut

mendekati sisi elektroda sebelah kiri maka akan terjadi beda potensial pada hasil

keluarannya. Semakin besar kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor efek Hall

akan menyebabkan pembelokan arah arus listrik pada lapisan silikon tersebut juga akan

semakin besar dan beda potensial yang dihasilkan di antara kedua sisi elektroda pada lapisan

silikon sensor efek hall juga akan semakin besar.

Arah pembelokan arus listrik pada lapisan silikon ini dapat digunakan untuk

mengetahui atau mengidentifikasi polaritas atau kutub medan magnet pada sensor efek hall.

Sensor efek Hall ini dapat bekerja jika hanya salah satu sisi elektroda pada sensor efek Hall

dipengaruhi oleh medan magnet. Jika kedua sisi silikon dipengaruhi oleh medan magnet

maka arah arus listrik pada lapisan silikon tidak akan mengalami pembelokan.

IV.2.1.b Sensor Magnetoresistif

Sensor magnetoresistif didasarkan pada efek magnetoresistivitas. Efek ini pada

awalnya ditemukan oleh William Thomson pada tahun 1856. Efek magnetoresistivitas adalah

perubahan resistivitas dari arus pembawa bahan ferromagnetik karena perubahan medan

magnetik. Sensor ini bisa juga disebut sebagai tahanan terkendali secara magnetis

(magnetically controllable resistors).

Gambar 4. 5 Cara Kerja Efek Magnetoresistif

Ketika arus menembus bahan ferromagnetik, vektor magnetisasi internal (M) dari

bahan ferromagnetik adalah berhubungan paralel atau sejajar terhadap aliran arus. Ketika

terdapat medan magnetik dari luar yang terpasang berlawanan arah terhadap arah aliran arus,

maka vektor magnetisasi internal berubah posisi sudut(M1) tergantung kuat medan magnetis

seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5 di atas. Tahanan tergantung oleh sudut yang dibentuk

oleh vektor magnetisasi internal(M) dari bahan ferromagnetik dan arah aliran arus (I).

Tahanan terbesar terbentuk ketika aliran arus dan vektor magnetisasi internal sejajar (sudut

0°) dan terkecil ketika terbentuk sudut 90° antara keduanya (cos 90° = 0).

Normalnya terdapat empat sensor terhubung dengan konfigurasi jembatan

Wheatstone , seperti ditunjukkan Gambar 4. 6, untuk membentuk sensor magnetoresistif utuh

dengan setiap resistor yang tersusun untuk memaksimalkan sensitivitas dan mengurangi

pengaruh temperaturNormally. Karena terdapat medan magnetik, nilai resistor berubah

menyebabkan jembatan tidak seimbang dan menghasilkan tegangan keluaran yang

proporsional terhadap kuat medan magnetik. Konfigurasi jembatan Wheatstone memberikan

pengurangan pengaruh temperatur dan menguatkan sinyal keluaran.

Gambar 4. 6 Jembatan Wheatstone

IV.2.1.c Sensor Fotoelektrik

Sensor fotoelektrik adalah perangkat sensor tanpa sentuh yang keluarannya

melakukan tanggapan jika terjadi proses terhalangnya pancaran cahaya oleh material atau

memantulnya kembali pancaran cahaya ke sumbernya oleh material yang lewat di hadapan

sinar yang diproyeksikan.

Terdapat empat jenis sensor fotoelektrik yang akan ditunjukkan pada Gambar 4. 7 di

bawah ini, yaitu :

1. Sumber dan penerima cahaya;

2. Retroreflektor;

3. Pemindai bauran; dan

4. Pemindai pantulan.

Jenis sumber dan penerima cahaya terdiri dari sumber cahaya dan peerima cahaya

untuk pemindaian langsung melalui pemindaian sistem kendali fotoelektrik (Surja, ____).

Gambar 4. 7 Jenis-jenis sensor fotoelektris: a. sumber dan penerima cahaya, b. retroreflektor,

c. pemindai bauran, dan d. pemindai pantulan

IV.2.2 Perangkat Keluaran

IV.2.2.a Pengumpan Dorong Material

Pengumpan material dorong menyediakan material-material dari bagian

penyimpanan ke sistem terautomisasi yang dibutuhkan oleh unit proses pabrik. Mereka

terpasang secara khusus dengan aktuator pneumatis elektrik untuk mengeluarkan material-

material dan dikendalikan dengan sebuah PLC. Material-material bisa disimpan pada saluran

pengumpan jatuh, seperti ditunjukkan Gambar 4. 8, atau meluncur sederhana, atau bisa lebih

rumit, seperti pengumpan mangkuk bergetar.

Gambar 4. 8 Pengumpan Jatuh

Pengumpan material dorong terdiri dari beberapa jenis penahan material seperti

saluran pengumpan jatuh atau selongsong, di mana material saling tumpang tindih. Sebuah

tabung, yang secara khusus terpasang dengan sensor pada ujung-ujung penandanya,

digunakan untuk mendorong material keluar ke lokasi pengangkutan. Sensor memberitahu

sistem ketika silinder mengembang dan ketika ditarik. Secara khusus, pengumpan-

pengumpan ini juga termasuk dari material yang menghadirkan sensor untuk mendeteksi

ketika tidak ada lagi material yang tersedia.

Gambar 4. 9 Diagram Pengumpan Jatuh

Pengumpan material dorong, seperti ditunjukkan Gambar 4.9, menjatuhkan material

di dasar selongsong. PLC mendapat sinyal bahwa material yang dibutuhkan dan menyalakan

katup pneumatis elektrik, yang mana menyebabkan silinder mengembang dan mendorong

material keluar ke lokasi pengangkutan. Perangkat pemilah dan pengambil yang kemudian

disinyalkan bahwa ada material tersedia untuk diangkut.

Sebagai contoh adalah pengumpan mangkuk bergetar seperti ditunjukkan Gambar 4.

10. Pengumpan ini menggunakan getaran untuk menggerakkan material-material dari

peluncur sepanjang kanal sealur dengan pengumpan. Material-material ini akan mengalir

melalui kanal yang langsung dibawa ke tujuan seketika material itu tiba. Pengumpan bergetar

digunakan untuk material yang tidak berbentuk biasa yang sulit diurutkan manual.

Pengumpan ini juga menggunakan material yang bersensor untuk mendeteksi ketika tidak ada

lagi material yang hendak diantarkan (Anonim, 2007).

Gambar 4. 10 Pengumpan Bergetar

IV.2.2.b Penggerak Pneumatis Pemilah dan Pengambil (Penghisap Vakum dan Robot

Pneumatis)

Pengendali pemilah dan pengambil pneumatis adalah perangkat non-servo yang

menggunakan aktuator pneumatis untuk memindahkan material dari tempat satu ke tempat

lainnya. Tiap arah pergerakan, juga disebut sebagai derajat dari kebebasan (degree of

freedom (DoF)) atau sumbu, didukung oleh actuator terpisah. Jenis paling dasar dari

pengendali dua sumbu ini ditunjukkan pada Gambar 4.11.

Gambar 4. 11 Manipulator Dua Dimensi

Pengendali pemilah dan pengambil pneumatis terkadang menggunakan silinder tak

berbatang karena cocok untuk penggunaan penyentak panjang. Rancangan ini melindungi

dari pembengkokan, terkuncinya piston, atau pemasangan bungkus yang tidak lazim. Cincin

linier dan batang pengarah biasanya digunakan secara normal dengan silinder untuk

menyediakan struktur perangkat yang telah dikeraskan yang akan ditempatkan secara akurat

ke material. Silinder secara khusus dikendalikan dengan PLC dan dioperasikan oleh catu

daya DC berbentuk solenoida pneumatis. Sensor masukan akan ditempatkan di ujung dari

jalur pengangkutan dari tiap aktuator untuk memberitahu sistem bahwa aktuator telah

menyelesaikan sentakannya dan tahap berikutnya bisa berlangsung. Penghisap pneumatis,

seperti penghisap vakum atau penghisap linier melengkung dua titik, dipasang di atas

pengendali untuk mengantarkan dan menempatkan material ke tempat tujuan seperti

ditunjukkan Gambar 4. 12.

Gambar 4. 12 Konstruksi dari Manipulator Dua Sumbu dengan Pencengkram

Vakum

Material dari unit kerja untuk jenis pengendali pneumatis dua sumbu dengan

penghisap vakum ditunjukkan pada Tabel 4.1 di bawah. Seperti bisa Anda lihat, satu tahap

dari bagian diselesaikan sebelum tahapan berikutnya dimulai.

Tabel 4. 1 Urutan kerja dari unit kerja untuk jenis pengendali pneumatis dua sumbu dengan

penghisap vakum.

Tahap Masukan Keluaran

1 Operator menekan tombol mulai Sumbu Z memanjang

2 Sumbu Z dipanjangkan Penghisap vakum menyala

3 Penghisap vakum menyala Sumbu Z menarik

4 Sumbu Z menarik Sumbu X memanjang

5 Sumbu X dipanjangkan Sumbu Z memanjang

6 Sumbu Z dipanjangkan Penghisap vakum padam

7 Penghisap vakum padam Sumbu Z menarik

8 Sumbu Z ditarik Sumbu X menarik

9 Sumbu X ditarik Siklus berakhir

Pengendali pemilah dan pengambil juga didesain dengan tiga dan empat sumbu

seperti ditunjukkan Gambar 4. 13. Ini termasuk pergerakan sepanjang sumbu Y dan/atau

gerakan perputaran lengan. Unit ini juga terkadang digunakan untuk memilah atau

mengarahkan material dan juga digunakan untuk mengumpankan material ke berbagai unit

kerja (Anonim, 2007).

Gambar 4. 13 Manipulator Penempat dan Pengambil

prapropocsal kp

Documents