Barometer.
Volume 6 No.
Januari 2021.
Halaman 289-294
PROTOTIPE SISTEM KONVEYOR OTOMATIS DENGAN KENDALI KECEPATAN
BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
Tri Wahyu Oktaviana Putri, 2 M.
Imbarothur Mowaviq
1, 2
Program Studi Teknik Elektro.
Fakultas Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan.
Institut Teknologi PLN Jakarta triwahyu@itpln.
INFO ARTIKEL
ABSTRAK
Diterima : 30 November 2020 Direvisi : 4 Januari 2021 Disetujui : 8 Januari 2021 Kata Kunci :
Otomasi.
PLC.
Prototipe.
Konveyor.
Sistem Kendali Studi mengenai kontrol konveyor dan pemrograman menggunakan PLC telah banyak diajarkan di perguruan tinggi khususnya pada bidang Teknik Elektro.
Sayangnya materi yang diperoleh peserta didik hanya berupa teori tanpa pengaplikasian secara langsung pada sistem konveyor di industri karena terkendala kebijakan perusahaan.
Oleh karena itu, perlu dibuat prototipe sistem konveyor otomatis berbasis PLC yang dimiliki sendiri oleh perguruan tinggi sehingga peserta didik dapat langsung mengimplemetasikan hasil perancangan dan program PLC yang telah dipelajarinya di kelas.
Diharapkan dengan adanya prototipe sistem konveyor otomatis tersebut mampu meningkatkan minat dan pemahaman peserta didik terhadap proses otomatisasi industri sehingga akan lebih siap ketika harus terjun langsung ke industri.
Penambahan kendali kecepatan pada sistem konveyor otomatis bertujuan utnuk menciptakan suatu prototipe yang sesuai dengan keadaan nyata di lapangan.
Penelitian ini membahas perancangan dan pembuatan prototipe sistem konveyor otomatis dengan kendali kecepatan berbasis Programmable Logic Controller (PLC).
Perangkat utama pengendali yang digunakan adalah PLC Mitsubishi tipe FX3U yang dilengkapi dengan input analog, output analog, dan output PWM (Pulse Width Modulatio.
Konveyor yang digunakan adalah konveyor mini dengan penggerak motor DC tanpa sikat arang.
Pengendalian kecepatan konveyor dilakukan dengan mengatur kecepatan putaran motor DC menggunakan pengaturan lebar pulsa berbasis PLC.
PENDAHULUAN
Otomasi adalah suatu teknik untuk membuat peralatan, proses, atau sistem beroperasi secara otomatis dimana teknik tersebut mencakup kemampuan pemrosesan sistem apapun .
Sehingga secara umum sistem otomasi dapat didefinisikan sebagai suatu proses yang dapat berfungsi secara otomatis dengan menggunakan teknologi yang berkaitan dengan aplikasi mekanik elektronik dan sistem yang berbasis komputer tanpa adanya campur tangan manusia .
Guna manusia pada proses produksi yang sudah diotomatisasi adalah hanya sebagai pengawas jalannya proses produksi.
Dengan demikian, adanya otomatisasi mesinmesin dalam suatu industri memberikan keuntungan bagi perusahaan karena dapat menekan jumlah tenaga kerja yang berimbas pada rendahnya biaya operasional perusahaan.
Programmable Logic Controller (PLC) merupakan perangkat pengendali otomatis yang banyak digunakan pada berbagai sektor khususnya sektor industri.
PLC menurut Capiel .
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 .
Salah satu implementasi umum PLC pada industri adalah penggunaannya untuk otomatisasi sabuk konveyor.
Vardhan dkk .
dalam penelitiannya telah berhasil membuat prototipe dan sistem monitoring dan kontrol sabuk konveyor menggunakan PLC Allen-Bradley .
Sedangkan Bassey dkk .
juga melakukan pengembangan terhadap sistem konveyor mini otomatis untuk monitoring produk berbasis mikrokontroler Atmel 89C52 .
Studi mengenai kontrol konveyor dan pemrograman menggunakan PLC telah banyak diajarkan di perguruan tinggi ISSN: 1979-889X .
ISSN: 2549-9041 .
http://w.
khususnya pada bidang Teknik Elektro.
Sayangnya materi yang diperoleh peserta didik hanya berupa teori tanpa pengaplikasian secara langsung pada sistem konveyor di industri karena terkendala kebijakan perusahaan.
Oleh karena itu, perlu dibuat prototipe sistem konveyor otomatis berbasis PLC yang dimiliki sendiri oleh perguruan tinggi sehingga peserta didik dapat langsung mengimplemetasikan hasil perancangan dan program PLC yang telah dipelajarinya di kelas.
Diharapkan dengan adanya prototipe sistem konveyor otomatis tersebut mampu meningkatkan minat dan pemahaman peserta didik terhadap proses otomatisasi industri sehingga akan lebih siap ketika harus terjun langsung ke industri.
Penambahan kendali kecepatan pada sistem konveyor otomatis bertujuan utnuk menciptakan suatu prototipe yang sesuai dengan keadaan nyata di lapangan.
Penelitian ini sendiri membahas perancangan dan pengembangan prototipe sistem konveyor otomatis dengan kendali kecepatan berbasis PLC Mitsubishi FX3U.
Pembuatan prototipe ini dimaksudkan untuk tujuan pendidikan atau edukasi sehingga peserta didik dapat langsung mengimplemetasikan hasil perancangan dan program PLC yang telah dipelajarinya di kelas.
Pentingnya penggunaan prototipe konveyor untuk mempertajam kemampuan peserta didik melalui praktikum atau pengujian telah diteliti oleh Landau dkk .
Landau dkk mengembangkan sabuk konveyor skala laboratorium sebagai perangkat pembelajaran di kelas untuk menunjang proses pembelajaran.
Evaluasi pedagogik juga dilakukan pada penelitian tesebut dan menunjukkan bahwa metode yang dilakukan telah mamou meningkatkan kemampuan siswa secara keseluruhan terkait dengan pengoeprasioan sabuk konveyor .
Dengan demikian, penggunaan prototipe konveyor untuk menunjang pembelajaran di kelas khususnya kelas matakuliah otomatisasi industri, sangat penting untuk dikembangkan.
Konveyor didesain agar dapat bekerja secara otomatis sehingga perlu dirancang instrumen dan sistem kendali yang sesuai menggunakan PLC beserta pemrogramannya.
Konveyor yang PROTOTIPE SISTEM KONVEYOR OTOMATIS DENGAN KENDALI KECEPATAN BERBASIS PROGRAMMABLE 290
LOGIC CONTROLLER
digunakan berpenggerak motor DC tanpa sikat arang dengan catu maksium 24 VDC.
Studi mengenai PLC pada dasarnya tergantung pada tipe dan merk PLC.
Beda tipe dan merk, maka beda pula program PLC yang digunakan walaupun secara logika program masih sama.
Oleh karena itu, sebelum PLC dapat diimplementasikan sebagai sebuah perangkat pengendali dalam proses produksi, perlu dilakukan riset dan studi mendalam mengenail PLC itu sendiri.
Riset tersebut berkaitan dengan syntax dan blok fungsi ladder diagram PLC.
Riset secara perangkat keras juga penting dilakukan.
Secara perangkat keras, riset dilakukan dengan mempelajari spesifikasi dan peta pin input output PLC.
, pewaktuan .
, pencacahan .
, dan aritmatika guna mengontrol mesin-mesin dan proses-proses .
Pada prinsipnya, sebuah PLC bekerja dengan cara menerima datadata dari peralatan input luar atau input device.
Peralatan input dapat berupa sakelar, tombol, sensor, dan peralatan lainnya.
Kemudian, oleh unit pemroses pusat atau Central Processing Unit (CPU) yang ada didalam PLC ditetapkan di dalam memorinya yang berupa program .
adder diagra.
yang telah dibuat di software tertentu sesuai dengan tipe PLC.
Penelitian ini membahas perancangan dan pembuatan prototipe sistem konveyor otomatis dengan kendali kecepatan berbasis Programmable Logic Controller (PLC).
Perangkat utama pengendali yang digunakan adalah PLC Mitsubishi tipe FX3U yang dilengkapi dengan input analog, output analog, dan output PWM (Pulse Width Modulatio.
PWM adalah satu teknik modulasi gelombang listrik dengan mengubah-ubah lebar daur aktif suatu pulsa yaitu mengatur besarnya duty cycle .
Konveyor yang digunakan adalah konveyor mini dengan penggerak motor DC.
Walaupun penggunaan motor DC merupakan hal yang lazim pada aplikasi sabuk konveyor, kenyataannya kecepatan motor DC mengalami penurunan akibat pembebanan sehingga kecepatannya menjadi tidak konstan .
Pengendalian kecepatan konveyor dilakukan dengan mengatur kecepatan putaran motor DC menggunakan pengaturan lebar pulsa berbasis PLC.
Skema kontrol yang digunakan menggunakan kontrol loop tertutup berbasis PID.
Penalaan parameter PID menggunakan metode trial and error.
Sistem kendali PID pada penelitian ini bekerja dengan mengukur eror atau perbedaan nilai antara kecepatan konveyor dalam hal ini kecepatan putaran motor DC dengan nilai II.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian pada penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahap, antara lain: Tahap I adalah studi literatur berkaitan dengan mekanisme konveyor, pengaturan lebar pulsa pada motor DC, pemrograman PLC, serta spesifikasi teknis PLC.
Luaran yang diharapkan pada tahap ini adalah memahami cara memprogram PLC tipe FX3U, pengaturan lebar pulsa motor DC, dan spesifikasi PLC.
Tahap II adalah tahap perancangan sistem konveyor otomatis meliputi perancangan perangkat lunak, perancangan perangkat keras, dan instrumentasinya.
Pada tahap ini diharapkan diperoleh hasil rancangan perangkat lunak dan perangkat keras serta instrumentasi sistem.
Tahap i adalah tahap pembuatan prototipe sistem konveyor otomatis meliputi pembuatan perangkat keras, program, dan instrumentasinya.
Pada tahap ini diharapkan menghasilkan prototipe sistem konveyor.
Terakhir Tahap IV adalah pengujian dan koreksi dari prototipe yang telah dibuat.
Pada tahap ini juga mencakup penarikan kesimpulan dan pembuatan artikel ilmiah terkait penelitian.
Secara umum, tahapan penelitian dapat dilihat pada diagram alir Gambar 1.
Konveyor yang digunakan pada penelitian ini merupakan prototipe konveyor skala laboratorium dengan dimensi panjang 60 cm dan lebar 8 cm.
Sedangkan PLC yang digunakan pada penelitian ini adalah PLC Mitsubishi tipe FX3U 24 I/O.
PLC
merupakan pengontrol berbasis mikroprosesor yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi dan untuk fungsi-fungsi ISSN: 1979-889X .
ISSN: 2549-9041 .
http://w.
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian Pada umumnya sebuah PLC memiliki lima komponen Komponen-komponen ini adalah unit prosesor, unit catu daya, unit antarmuka input/output, dan unit pemrograman.
Unit prosesor Unit pengolah pusat/Central Processing Unit (CPU) merupakan otak dari sebuah PLC.
CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah PLC .
ersi mini mikrokomputer lengka.
Selain itu CPU ini mempunyai fungsi:
Menangani komunikasi dengan piranti eksternal Interkonektivitas antar bagian-bagian internal PLC Mengeksekusi program Memanajemen memori Mengawasi atau mengamati masukan Memberikan sinyal keluaran sesuai dengan proses atau program yang dijalankan.
Barometer.
Volume 6 No.
Januari 2021.
Halaman 289-294 Unit catu daya Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan catu daya ke seluruh bagian PLC .
ermasuk CPU, memori, dan lainlai.
Kebanyakan PLC bekerja dengan catu daya 24V DC atau 220V AC.
Ada beberapa PLC yang memiliki catu daya yang terpisah, biasanya yang seperti itu dimiliki oleh jenis PLC yang besar, sedangkan yang jenis PLC medium atau yang kecil catu dayanya sudah menjadi satu.
Unit pemrograman Unit pemrograman digunakan untuk memasukkan program yang dibutuhkan ke dalam memori.
Program tersebut dibuat dan kemudian dipindahkan kedalam unit memori PLC.
Unit memori Memori sistemdigunakan oleh PLC untuk:
Sistem kontrol proses Menyimpan sistem operasi Menyimpan program yang harus dijalankan Menyimpan dalam bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang dibuat oleh pengguna atau Unit Input dan Output Unit input pada PLC dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
Unit Input Digital Modul antarmuka masukan ini berfungsi untuk mengkonversi atau mengubah sinyal-sinyal masukan dari luar menjadi sinyal yang sesuai dengan tegangan kerja CPU, misalnya masukan dari sensor dengan tegangan kerja 24V DC harus dikonversikan menjadi tegangan 5V DC agar sesuai dengan tegangan kerja CPU.
Input digital atau input diskrit hanya mengenali kondisi on atau off, ia hanya mempunyai dua kemungkinan kondisi yaitu 0 atau 1.
Unit Input Analog Unit input analog berfungsi untuk menangani sinyal analog dan mengkonversikannya ke bentuk digital dengan menggunakan sebuah konverter analog ke digital sehingga dapat diproses oleh prosesor.
Kisaran input analog adalah sebagai berikut 0-10V DC, 0Ae10V AC, -10V DC hingga 10V DC, 4-20mA DC.
Unit ouput pada PLC dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
Output digital Output digital digolongkan ke dalam tipe relai, tipe transistor, dan tipe triac.
Output analog Unit output analog berfungsi untuk merubah sinyal digital dari CPU menjadi sinyal analog pada keluaran PLC.
Prinsip kerja modul output analog berlawanan dengan prinsip kerja modul input analog.
Kisaran output analog adalah sebagai A 4 sampai 20mA A 0 sampai 5V DC A -10V sampai 10V DC Komunikasi : RS-232 to USB i.
Gambar 2 Konfigurasi Input dan Output PLC Gambar 2 merupakan diagram pin input output dari PLC FX3U yang digunakan pada pembuatan prototipe sistem ini.
Pin input/output yang digunakan hanya beberapa saja menyesuaikan dengan kebutuhan perancangan sistem.
Pembuatan Prototipe Pembuatan prototipe dilakukan sesuai dengan tahapan Konveyor mini dibuat sesuai dengan dimensi yang diinginkan.
Motor DC yang digunakan adalah motor DC 24 Volt dengan putaran maksimal 100 rpm, dan torsi hingga 16 kg.
Pembuatan konveyor mini dilakukan di bengkel yang terpisah.
Langkah selanjurnya adalah pemasangan tachometer sebagai sensor kecepatan putaran Sensor menggunakan mekanisme hall effect pada proximity sensor.
Magnet permanen dipasang pada suatu batang memanjang yang terhubung dengan as motor DC.
Dengan demikian saat motor DC berputar, magnet permanen pun ikut berputar sesuai kecepatan putaran motor.
Jika magnet permanen tegak lurus dengan proximity sensor, maka hal tersebut akan terbaca sebagai lonjakan arus oleh sensor proximity.
Setelah sensor kecepatan sudah dipasang, maka dapat dilakukan pengujian hubungan tegangan motor dengan kecepatan .
alam rp.
Langkah selanjutnya adalah pembuatan modul kontrol yang terdiri atas PLC, saklar, dan terminal input/output.
Pembuatan modul kontrol perlu disesuaikan dengan diagram pengkabelan antara PLC dengan konveyor.
Gambar 3 menunjukkan prototipe konveyor dan modul kontrol yang telah dibuat.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Konfigurasi Input dan Output PLC Konfigurasi input/ output PLC untuk prototipe konveyor dengan pengaturan kecepatan otomatis adalah sebagai berikut:
A Power supply : 24 VDC A Input Digital : saklar on/off .
ada pin X.
A Input Analog : Sensor kecepatan .
ada pin AD.
A Output PWM : motor DC .
ada pin Y.
ISSN: 1979-889X .
ISSN: 2549-9041 .
http://w.
Gambar 3 Prototipe konveyor dan modul kontrol
Ladder diagram PLC
PROTOTIPE SISTEM KONVEYOR OTOMATIS DENGAN KENDALI KECEPATAN BERBASIS PROGRAMMABLE 292
LOGIC CONTROLLER
Ladder diagram merupakan bahasa pemrograman untuk PLC berupa diagram anak tangga.
Pembuatan ladder diagram untuk prototipe sistem konveyor otomatis dengan kendali kecepatan berbasis PLC FX3U dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak khusus untuk PLC tipe FX3U merk Mitsubishi yaitu perangkat lunak GXDeveloper.
Pembuatan program dilakukan pada PC/ Laptop yang sudah tersambung dengan PLC FX3U melalui kabel serial RS-232.
Kriteria program adalah sebagai berikut:
Jika saklar ON maka LED akan ON, begitupun Jika saklar ON maka keseluruhan sistem akan Kecepatan putaran yang diinginkan diinput pada ladder diagram dengan alamat D4 Setpoint/ dibandingkan dengan hasil pembacaan sensor kecepatan pada pin AD0 Sistem kontrol PID akan mengolah sehingga nilai D99 .
uput PWM pada pin Y.
akan menggerakkan motor DC untuk mencapai kecepatan yang diinginkan Berdasarkan kriteria di atas maka dapat dibuat ladder diagram dengan menggunakan perangkat lunak GXDeveloper.
Ladder diagram sistem dapat dilihat pada lampiran halaman terakhir.
Pengujian sistem keseluruhan Pengujian bertujuan untuk mengetahui apakah sistem yang telah dibuat telah sesuai dengan tujuan penelitian.
Pengujian sistem dibagi menjadi beberapa tahap.
Pertama adalah pengujian untuk mengetahui hubungan antara tegangan motor dengan kecepatan putaran konveyor.
Gambar 4 menunjukkan proses pengujian hubungan tegangan motor dengan kecepatan putaran konveyor menggunakan sensor kecepatan, laptop, dan voltmeter.
Gambar 5 Grafik hubungan tegangan motor dengan kecepatan putaran konveyor Selanjutnya adalah pengujian hubungan antara lebar pulsa aktif PWM dengan tegangan motor.
persamaan untuk kecepatan putaran motor adalah .
ycu= !! "#" $" .
ya! : tegangan input (V) ya" : induktansi kumparan jangkar (H) ycI" : tahanan kumparan jangkar (W) ya" : arus kumparan jangkar (A) : fluks medan konstan magnet n : kecepatan putaran motor .
Berdasarkan persamaan .
tentang kecepatan putaran motor, dapat diketahui bahwa pengaturan kecepatan putaran motor dapat dilakukan dengan mengubah fluks magnet atau mengubah tegangan input.
Karena pada motor magnet permanen nilai fluks magnetnya tetap, maka pengaturan dapat dilakukan dengan mengubah tegangan input .
a! ).
Teknik pengubahan tegangan dilakukan dengan PWM, yaitu dengan mengubah-ubah lebar duty cycle .
aur akti.
dari tegangan masuk motor.
Dengan menetapkan 3810 ms sebagai konstanta 1 siklus, maka dapat dihitung duty cycle PWM yang mempengaruhi tegangan output PLC untuk menggerakkan motor DC.
Cara kerja fungsi PWM pada PLC FX3U adalah dengan mengubah-ubah lebar pulsa aktif tegangan input motor DC.
Fungsi AoPWMAo ditulis dengan syntax sebagai [PWM A B Y.
Gambar 4 Pengujian hubungan tegangan motor dengan kecepatan putaran konveyor Berdasarkan hasil pengujian diperoleh hasil seperti terlihat pada grafik Gambar 5, dimana tegangan motor berbanding lurus dengan putaran motor.
Tetapi terdapat dead-zone motor DC yaitu pada tegangan di bawah 6 volt dimana tegangan kurang dari 6 volt tidak akan mampu menggerakkan motor DC ISSN: 1979-889X .
ISSN: 2549-9041 .
http://w.
A pada syntax di atas merupakan nilai lebar pulsa aktif dalam milisekon.
Nilai A harus diganti dengan memori atau konstanta, misalnya D99.
Dengan demikian lebar pulsa aktif tergantung pada nilai D99.
Sedangkan B pada syntax di atas merupakan lebar 1 siklus.
Nilai B dapat diganti dengan memori atau konstanta.
Karena pada penelitian ini pengaturan kecepatan motor DC dilakukan berdasarkan hasil kalkulasi PID, maka untuk ladder diagram sistem ini nilai B bernilai konstan 3810 ms.
K3810 merupakan konstanta yang diperoleh berdasarkan pengujian input analog .
asil pembacaan maksimum input analo.
Y000
merupakan alamat pin output digital yang memiliki fungsi high counter sehingga dapat digunakan sebagai output PWM.
Pada PLC tipe FX3U, pin output yang memiliki fungsi high counter adalah Y000 dan Y001.
Barometer.
Volume 6 No.
Januari 2021.
Halaman 289-294 Berdasarkan grafik hasil pengujian hubungan antara lebar pulsa aktif PWM dengan tegangan motor pada Gambar 6, didapatkan hasil bahwa hubungan antara lebar pulsa aktif PWM dengan tegangan motor adalah linier.
penambahan sensor lain misalnya sensor infrared untuk mendeteksi keberadaan benda dapat ditambahkan pada sistem konveyor otomatis.
UCAPAN TERIMA KASIH