COMPLETE
Journal of Computer.
Electronic, and Telecommunication ISSN 2723-4371.
E-ISSN 2723-5912 Artikel Pengujian Performa Mesin E-FILL Dalam Proses Pengisian Air Pada Botol IiAo Munadhif1*.
Ryan Yudha Adhitya2.
Mohammad Abu JamiAoin3.
Anggara Trsina Nugraha4.
Dimas Pristovani Riananda5.
Zindhu Maulana Ahmad Putra6.
Mohammad Fajar Adiatmoko7.
Muhammad Dzi Washfil Hasin8.
Dwi Rizky Anto9.
Muhammad Dhifa Alfitra10.
Deni Almunawar11 Program Studi Teknik Otomasi.
Politeknik Perkapalan Negri Surabaya.
Surabaya.
Indonesia * Korespondi : iimunadhif@ppns.
Received: 31 Oktober 2023.
Revised: 15 November 2024.
Accepted: 15 Desember 2023 Abstrak: Dalam sebuah industri skala kecil maupun dalam skala besar, otomatisasi sangat berpengaruh dalam jalannya kinerja dan pengoptimalan sistem.
Seperti merancang atau mengembangkan sebuah mesin filling cairan otomatis.
Selain itu dengan adanya sistem otomatis dapat meringankan tenaga kerja dalam hal ini adalah operator mesin.
Oleh karena itu penulis merancang sebuah alat pengisi cairan otomatis pada botol dengan sistem terintegrasi berbasis PLC (Programmable Logic Controlle.
dengan bantuan sensor proximity dan sensor pneumatik cylinder, sebagai bukti berhasilnya dengan sistem tersebut, maka dibuatlah sistem otomatisasi dengan bantuan kontrol PLC (Programmable Logic Controlle.
Dari mesin tersebut dapat diuji dan dilakukan observasi untuk nilai rata-rata waktu pengisian, nilai rata-rata persen error (%) dan nilai rata-rata volume pengisian.
Pada dua kali percobaan yang dilakukan didapatkan rata Ae rata pengisian 117,5 ml dari setpoint 135 ml yang ditetapkan, dengan rata Ae rata waktu pengisian untuk kedua percobaan adalah 5,5 detik dan error rata Ae rata sebesar 13,4 %.
Secara keseluruhan sistem yang dirancang dinilai berhasil merealisasikan fungsi otomatisasi pengisian cairan pada botol dengan akurasi dan presisi yang baik, meskipun masih ada peluang untuk optimasi lebih lanjut.
Kata Kunci: Mesin pengisian air otomatis.
PLC.
Proses manufaktur Pendahuluan Sistem otomasi merupakan sistem yang dirancang untuk memudahkan pekerjaan manusia atau manusia hanya sebagai operator dari teknologi tersebut.
Oleh karena itu, peran serta manusia hanya sebagai pengendali pekerjaan.
Dalam dunia industri, sistem otomasi jelas berdampak pada biaya proses produksi sehingga seluruh proses transformasi menjadi lebih efisien .
Tentunya dalam proses pengembangan sistem otomasi sebagian besar sistem elektronik industri menggunakan PLC dan sensor sebagai komponen utama sistem otomasi.
Karena lebih flexible dan universal, dapat diprogram ulang dengan mudah dan diterapkan, tahan terhadap lingkungan industri yang ekstrim, memiliki kecepatan tinggi dalam eksekusi program dan mudah diintegrasikan dengan komponen lain.
PLC (Programmable Logic Controlle.
juga mempunyai sebuah kekurangan yakni memerlukan pengetahuan pemrograman khusus, harga perangkat yang lebih mahal, memperlukan modul input/output tambahan untuk menambah I/O dan konsumsi daya yang tinggi untuk tipe tertentu.
Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
ittelkom-sby.
2 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Di dalam mesin pengisian otomatis ini terdapat bagian-bagian yang sangat berperan penting dalam pengoperasian mesin, diantaranya adalah PLC (Programmable Logic Controlle.
yang merupakan suatu perangkat pengendali utama yang digunakan.
Sensor mempunyai fungsi menganalisa, memantau kondisi dan merespon perubahan lingkungan.
Dari permasalahan tersebut, penulis memiliki ide inovasi yang terbarukan untuk membuat sistem pengisian cairan pada botol otomatis yang berkapasitas 135ML berbasis PLC Mitsubishi dengan tipe FX3S dengan bantuan trigger sensor proximity.
Penelitian ini dapat diterapkan pada sub-plant bagian pengisian produk cairan industri produk air minum dalam kemasan.
Metode Penelitian 1 Desain Keseluruhan Sistem Secara umum, penelitian ini terdiri dari 2 bagian yaitu perancangan hardware dan analisa data percobaan.
Hardware meliputi plant pengisian cairan pada botol dan panel controller yang berisi PLC.
Pada Gambar 1 dapat diketahui bahwa data input dan output berasal dari sensor dan aktuator yang dirangkai menjadi plant pengisian cairan botol dan dikontrol oleh PLC Mitsubishi FX3S.
Kemudian data dari plant tersebut dianalisa dengan menghitung nilai rata-rata data percobaan.
Input
CONTROLLER
(PLC MITSUBISHI FX3S)
Output
(HMI)
Output .
Gambar 1.
Diagram Blok Sistem.
Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa inputan ini merupakan sebuah sensor proximity, sensor minimum pump, sensor maximum pump, sensor maximum tank, sensor maximum tank, tombol on/off dan Inputan ini akan mengirim sinyal pada PLC yang berprinsip sebagai sebagai penerima sinyal atau sistem kendali dari inputan.
Kemudian PLC akan menghasilkan 2 output .
dan output (HMI).
Output .
ini akan menjalankan conveyor, pneumatik gate akan menutup jika sensor proximity mentrigger botol, pneumatik maju akan menyala, cylinder pneumatik akan mendorong cairan, valve input akan membuka jika cylinder pneumatik menarik cairan dari tank, valve output akan membuka jika cylinder pneumatik mendorong cairan, pneumatik turun akan menyala dan pengisian tank akan menyala jika cairan dalam tank dalam kondisi surut.
Kemudian untuk output (HMI) ini akan menyalakan indikator output dan input pada mesin.
2 Desain Hardware Hardware pada penelitian ini terdiri dari plant pengisian cairan pada botol dan panel controller seperti yang tertera pada Gambar 2 dan Gambar 4.
Plant pengisian cairan pada botol terdiri dari 2 sensor proximity untuk mengetahui botol yang akan datang atau botol yang sudah lewat .
erisi caira.
dan sebagai trigger untuk menyalakan pneumatik gate 1 dan pneumatik gate 2, untuk sensor 3 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
pneumatik cylinder berfungsi untuk mengatur berapa banyak cairan yang akan diisi, aktuator .
berfungsi untuk menggerakkan kecepatan conveyor.
Plant ini juga dilengkapi HMI sebagai interface kontrol, lamp indicator untuk indikasi dari conveyor dan emergency stop untuk mematikan mesin dalam kondisi darurat atau kondisi maintenance.
Dalam pengontrolan plant pengisian cairan pada botol, diperlukan pemetaan I/O yang digunakan untuk sensor dan aktuator.
Pada penelitian ini, hanya digunakan saluran input digital dan output digital.
Tabel 1 menunjukkan pemetaan input I/O yang digunakan dalam PLC Mitsubishi FX3S.
Untuk botol yang diindikasikan sebagai good product memiliki ketinggian air 135ml sedangkan botol yang diindikasikan bad product memiliki ketinggian A135ml.
Alur kerja dari plant pengisian cairan pada botol tersebut direpresentasikan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Tabel 1.
Mapping I/O PLC Mitsubishi FX3S
PLC
Hardware Address
Input 1
Stop Engine
Input 2
Start Engine
Input 3
Sensor Minimum Pump 1
Input 4
Sensor Minimum Pump 2
Input 5
Photosensor 2
Input 6
Photosensor 1
Input 7
Maksimum Pump 1
Input 8
Maksimum Pump 2
Input 9
Sensor Minimum Tank
X10
Input 10
Sensor Maksimum Tank
X11
Tabel 2 menunjukkan pemetaan output I/O yang digunakan dalam PLC Mitsubishi FX3S.
Tabel 2.
Mapping I/O Output PLC Mitsubishi FX3S.
PLC
HARDWARE
Address
Output 1
Pengisian Tank
Output 2
Pneumatik Turun
Output 3
Pneumatik Maju
Output 4
Valve Input 1
Output 5
Valve Output 2
Output 6
Pump Tarik 1
Output 7
Pump Dorong 1
Output 8
Pump Tarik 2
Output 9
Pump Dorong 2
Y10
Output 10
Valve Input 2
Y11
Output 11
Valve Output 2
Y12
Output 12
Pneumatik Gate 1
Y13
Output 13
Pneumatik Gate 2
Y14
Output 14
Conveyor
Y15
4 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Gambar 2.
Plant Pengisian Cairan Pada Botol.
Plant pengisian cairan pada botol pada Gambar 2 terdiri bagian dari beberapa sensor dan aktuator yang ditunjukkan dengan panah.
Bagian-bagian yang ditunjukkan oleh panah adalah Pneumatik maju.
Sensor Proximity.
Pneumatik Gate 2.
Botol.
Pneumatik Gate 1.
Conveyor.
Sensor Pneumatik Cylinder maximum.
Sensor Pneumatik Cylinder minimum.
Tabung piston Pneumatik Cylinder.
Pneumatik Cylinder.
Selang cairan.
Nozzle.
Penjelasan panah pada Gambar 2 adalah berikut:
Pneumatik maju yang digunakan sebagai wadah atau penampung sisa tetesan cairan dari Nozzle.
Sensor Proximity yang digunakan sebagai pendeteksi botol yang lewat untuk mentrigger Pneumatik Gate 1 dan 2.
Pneumatik Gate 2 yang digunakan sebagai penutup botol kedua yang telah masuk pada area pengisian cairan.
Botol merupakan sebuah wadah yang akan diisi oleh mesin.
5 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Pneumatik Gate 1 yang digunakan sebagai penutup jalan botol pertama yang telah masuk pada area pengisian.
Conveyor digunakan sebagai penggerak jalannya botol.
Sensor pneumatik cylinder maximum yang digunakan sebagai titik acuan maksimal pada piston pneumatik cylinder menarik cairan.
Sensor pneumatik cylinder minimum yang digunakan sebagai titik acuan minimum atau titik 0 pada piston pneumatik cylinder.
Tabung piston pneumatik cylinder yang digunakan wadah dari piston untuk menarik dan mendorong cairan.
Pneumatik cylinder yang digunakan sebagai aktuator menarik dan mendorong piston.
Selang yang digunakan sebagai tempat jalan penghubung cairan.
Nozzle yang digunakan sebagai pintu keluarnya cairan dan menyalurkan pada botol.
Mulai User Menekan Tombol Tidak Ada Botol? Pneumatik Gate 2 Menyala Sensor Pneumatik Cylinder Tertrigger Menyalakan Sensor dan Aktuator Pneumatik Gate 1 Menyala Conveyor Berhenti Pump Dorong dan valve Nozzle Menyala User Memuat Botol Ke Conveyor Botol Berjalan diatas Conveyor Pneumatik Mundur .
Reset Semua Counter Dan Conveyor Berjalan Botol Berjalan diatas Conveyor Sensor Pneumatik Gate 2 Mendeteksi Botol Nozzle 1 dan 2 Turun Ada Benda? Pump 1, 2 dan valve input 1, 2 Sensor Proximity Mendeteksi Botol Tidak Gambar 3.
Alur Kerja Plant Pengisian Cairan Pada Botol.
Selesai Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
6 of 12 Gambar 4.
Panel Kontrol.
Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa alur kerja sistem dimulai dari menekan tombol start pada HMI kemudian sensor dan aktuator akan menyala.
Kemudian botol akan ditaruh pada conveyor dan akan berjalan.
Lalu sensor proximity akan mendeteksi botol.
Jika tidak ada botol maka conveyor akan tetap berjalan dan jika sensor proximity mendeteksi botol pertama maka pneumatik gate 1 akan menyala, jika sensor proximity mendeteksi botol yang kedua maka pneumatik gate 2 akan menyala dan bersamaan conveyor akan berhenti.
Lalu pneumatik mundur menyala bersamaan dengan nozzle 1 dan nozzle 2 turun.
Kemudian cylinder pneumatik akan menarik cairan dan membuka valve input 1 dan valve input 2 sesuai dengan batas sensor cylinder pneumatik.
Setelah cylinder pneumatik terisi selanjutnya cylinder pneumatik akan mendorong cairan sampai titik top bersamaan dengan terbukanya valve output 1 dan valve input 2 lalu mengirim air pada nozzle melalui selang cairan.
Kemudian sistem akan mereset secara otomatis dan conveyor kembali berjalan.
Panel kontrol mesin sendiri terdiri PLC Mitsubishi FX3S, solenoid valve, relay, inverter, power supply 110/245V, selang udara dan MCB.
Panel ini merupakan titik kumpul penghubung saluran power dari semua input dan output menuju ke PLC.
Hasil dan Pembahasan Pada bab ini akan dilakukan pembahasan terhadap hasil penelitian dan pengujian yang telah Pengujian meliputi pengujian hardware dan perhitungan hasil rata-rata percobaan.
1 Pengujian Hardware Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian hardware dengan 2 kali percobaan dengan cara membuktikan keberhasilan dari integrasi PLC dan plant pengisian cairan pada botol.
Controller diberikan logika agar dapat mengolah hasil pembacaan sensor proximity dan sensor pneumatik cylinder untuk mentakar volume air dengan ukuran yang tepat dan menggerakkan aktuator lainnya.
Keberhasilan uji tersebut dibuktikan dengan mengisi cairan pada botol dengan good product dan bad product seperti yang terlihat pada Gambar 5.
Tabel 2 dan Tabel 3.
Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
7 of 12 Gambar 5.
Integrasi PLC Dengan Plant Pengisian Cairan Pada Botol.
Gambar 6.
Tampilan HMI Awal Start.
Perbandingan hasil dari pengisian cairan pada botol yang telah diisi sesuai dengan plant dapat dilihat dari Gambar 5.
Tampilan awal dari HMI bisa dilihat pada Gambar 6, dalam tampilan HMI terdiri dari atas tombol Start, tombol Stop sebagai controller dan lampu indikator, lampu indikator tersebut terdiri dari pump 1, pump 2, conveyor, pengisian tank dan water level.
Tampilan HMI ini juga dilengkapi dengan overview untuk tombol otomatis berjalannya mesin, tombol mode manual, tombol I/O Status digunakan untuk melihat indikator on off dari input output dan tombol semi manual untuk mengatur semi manual pengisian.
Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
8 of 12 Gambar 7.
Indikator Input Pada HMI.
Gambar 8.
Indikator Output Pada HMI.
Tampilan dari indikator input mesin bisa dilihat pada Gambar 7 jika lampu indikator berwarna biru muda seperti indikator X1 maka tandanya adalah X1 menyala dan jika bewarna hijau gelap maka tandanya adalah mati.
Tampilan dari indikator output mesin bisa dilihat pada Gambar 8.
Jika lampu indikator berwarna biru muda seperti Y2 maka tandanya adalah Y2 menyala dan jika bewarna hijau gelap maka tandanya adalah mati.
2 Hasil Percobaan Hardware Berikut adalah hasil pengujian mesin pada percobaan yang pertama yang disajikan pada Tabel 3.
9 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Tabel 3.
Hasil Pengambilan Data percobaan 1 Mesin Filling.
Waktu Waktu Nozzle Perngisian Berjalan 10 detik
5 detik
100% Gagal
10 detik
6 detik
100% Gagal
10 detik
5 detik
2,2% Tepat 10 detik
6 detik
0% Tepat 10 detik
5 detik
0,7% Tepat 10 detik
6 detik
1,4% Tepat 10 detik
5 detik
0% Tepat 10 detik
6 detik
1,4% Tepat Ketepatan Target
Volume Error % Filling Nozzle DATA PERCOBAAN 1
Percobaan 3
Percobaan 4
Percobaan 5
Percobaan 6
Percobaan 7
Percobaan 8
WAKTU NOZZLE
BERJALAN
WAKTU
PERNGISIAN
BOTOL
TARGET
VOLUME
Percobaan 2
Percobaan 1
ERROR %
Gambar 9.
Data Grafik Percobaan 1.
Pada Tabel 3 dan Gambar 9 dapat dilihat perbandingan data dari 8 botol pengujian yang pertama, pada pengujian yang pertama menggunakan jarak start awal botol sampai dengan pneumatik gate 1 adalah 20 cm dengan total waktu pengisian selama 60 detik.
Nilai rata-rata waktu pengisian adalah 5,5 detik, nilai rata-rata volume yang dihasilkan adalah 101,25 ml dan nilai ratarata eror pada pengisian adalah 25,7%.
Berikut adalah hasil pengujian mesin pada percobaan yang kedua yang disajikan pada Tabel 4.
10 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Tabel 4.
Hasil Pengambilan Data percobaan 2 Mesin Filling.
Waktu Waktu Nozzle Pengisian Berjalan 10 detik
5 detik
2,2% Tepat 10 detik
6 detik
3,7% Tepat 10 detik
5 detik
0,7% Tepat 10 detik
6 detik
0,7% Tepat 10 detik
5 detik
1,4% Tepat 10 detik
6 detik
0% Tepat 10 detik
5 detik
0,7% Tepat 10 detik
6 detik
0,7% Tepat Ketepatan Target
Volume Error % Filling Nozzle DATA P E RCO BA A N 2
Percobaan 3
Percobaan 4
Percobaan 5
Percobaan 6
Percobaan 7
Percobaan 8
WAKTU NOZZLE
BERJALAN
WAKTU
PERNGISIAN
BOTOL
TARGET
VOLUME
Percobaan 2
Percobaan 1
ERROR %
Gambar 10.
Grafik Percobaan 2.
Pada Tabel 4 dan Gambar 10 dapat dilihat perbandingan data dari 8 botol pengujian yang kedua, pada pengujian yang pertama menggunakan jarak start awal botol sampai dengan pneumatik gate 1 adalah 20cm dengan total waktu pengisian selama 60 detik.
Nilai rata-rata waktu pengisian adalah 5,5 detik, nilai rata-rata volume yang dihasilkan adalah 133,75 ml dan nilai rata-rata eror pada pengisian adalah 1,26%.
Berikut adalah hasil rata-rata pengujian mesin pada percobaan 1 dan 2 yang disajikan pada Tabel 5.
11 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Tabel 5.
Hasil Rata-rata Pengambilan Data dari percobaan 1 dan Percobaan 2 Mesin Filling.
Waktu Waktu Pengisian Nozzle Berjalan 10 detik 5,5 detik Target Volume Error % 117,5ml .
,5m.
13,4% DATA H A SI L R ATA- RATA PERCOBAAN 1 DAN 2
WAKTU
NOZZLE
BERJALAN
WAKTU
PENGISIAN
BOTOL
Series 1
TARGET
VOLUME
ERROR
Gambar 11.
Data Hasil Rata-rata Percobaan 1 Dan 2.
Pada Tabel 5 dan Gambar 11 dapat dilihat hasil rata-rata pengambilan data dari percobaan yang 1 dan 2, pada pengujian yang pertama dan pengujian kedua dengan rata rata waktu pengisian 10 detik.
Nilai rata-rata waktu pengisian adalah 5,5 detik, nilai rata-rata volume yang dihasilkan adalah 117,5 ml dan nilai rata-rata eror pada pengisian adalah 13,4%.
Pada Tabel 3.
Tabel 4 dan Tabel 5 terlihat ada sebuah nilai eror yang muncul dikarenakan ada beberapa faktor dari percobaan 1 dan percobaan 2 yaitu sebagai berikut.
Pada percobaan 1 tingkat nilai eror lebih tinggi dibandingkan dengan percobaan 2 dikarenakan masih awal mula mesin berjalan, disaat mesin awal mula berjalan bisa dikatakan nilai ketepatan nozzle masih belum pas sesuai set-point.
Pada percobaan 2 terlihat nilai eror lebih rendah dibandingkan dengan percobaan 1 dikarenakan percobaan 2 lanjutan dari percobaan 1 yang dimana mesin sudah lebih stabil terhadap nilai set-point yang telah ditentukan.
Pada awal percobaan, selang pada jalur cairan masih terdapat udara yang masuk dari selang piston, maka terjadi kelebihan dan kekurangan pada saat pengisian berlangsung dan pada saat pengisian selanjutnya lebih stabil karena udara sudah dikeluarkan bersamaan dengan cairan yang masuk pada botol.
Solusi dari permasalahan pada percobaan mesin filling ini adalah penambahan mekanisme proses flushing, pengertian proses flushing adalah kegiatan membersihkan pipa bagian dalam dengan cara membiarkan air mengalir terus menerus melalui pipa pada waktu dan tekanan yang diinginkan hingga dipastikan pipa bagian dalam benar-benar bebas dari kotoran, udara ataupun hal yang dapat mempengaruhi aktifitas sistem kerja selang.
Proses flushing ini dapat membuang udara dari selang piston pneumatik.
Jika udara pada selang tidak dilakukan proses flushing maka akan mengakibatkan kurang optimalnya pada saat awal proses pengisian.
12 of 12 Complete 2024, 8.
Vol.
No.
1, doi: 10.
52435/complete.
Kesimpulan Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa telah berhasil dirancang sebuah mesin E-Fill dengan menggunakan pneumatik cylinder, pneumatik gate, pneumatik, solenoid valve, sensor proximity dan sensor pneumatik cylinder yang dikontrol oleh PLC Mitsubishi FX3S.
Pada dua kali percobaan yang dilakukan didapatkan rata Ae rata pengisian 117,5 ml dari setpoint 135 ml yang ditetapkan, dengan rata Ae rata waktu pengisian untuk kedua percobaan adalah 5,5 detik dan error rata Ae rata sebesar 13,4 %.
Kesimpulan dari kedua percobaan tersebut dapat dikatakan secara keseluruhan sistem yang dirancang dinilai berhasil merealisasikan fungsi otomatisasi pengisian cairan pada botol dengan akurasi dan presisi yang baik, meskipun masih ada peluang untuk optimasi lebih lanjut.
Kontribusi utama dari penelitian ini adalah penerapan konsep otomasi dengan PLC pada studi kasus pengisian cairan otomatis beserta analisis kinerjanya.
Hasilnya dapat menjadi acuan untuk pengembangan sistem serupa di bidang industri.
References