ALAT UKUR KERATAAN PERMUKAAN MENGGUNAKAN UNIT KONTROL PROGRAMABLE LOGIC CONTROLER (PLC) Imam Sudjono, I Made Londen Batan Program Pasca Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 email:
[email protected]
ABSTRAK Untuk mengetahui tingkat kerataan permukaan logam, ada berbagai macam cara maupun alat ukurnya. Salah satunya adalah dengan menggunakan alat ukur kerataan permukaan sebagaimana yang dikembangkan di Laboratorium Perencanaan dan Pengembangan Produk Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. Alat ukur kerataan permukaan yang selama ini telah dirancang, pengoperasiannya sulit, berhentinya LVDT atau Dial Indikator pada setiap titik pengukuran tidak stabil, bila terjadi perubahan arah gerakan LVDT atau Dial Indikator akan terjadi pergeseran posisi titik pengukuran. Dari 3 kali pengujian pengukuran kerataan permukaan dengan metode Unión Jack terdapat penyimpangan kerataan maksimum 117 m, sedangkan hasil dari 3 kali pengujian pengukuran kerataan permukaan dengan metode Kisi terdapat penyimpangan kerataan maksimum 107 m . Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dikembangkan alat ukur kerataan permukaan dengan unit kontrol (pengendali) Programable Logic Controler (PLC), unit kontrol PLC mudah untuk dilakukan pelacakan bila terjadi masalah, dapat dilakukan monitoring secara visual dengan komputer jika terdapat input atau output yang tidak bekerja Dari perancangan dan pengujian yang telah dilakukan baik metode Union Jack maupun metode Kisi didapatkan bahwa alat ukur kerataan permukaan mampu mengukur dengan penyimpangan maksimum 3 m untuk metode Union Jack, sedangkan untuk metode Kisi penyimpangan maksimumnya adalah 5 m. Setelah divalidasi menggunakan analisis one sample t, alat ukur mempunyai ketelitian 1,7 m untuk metode Kisi, sedangkan metode Union Jack alat ukur mempunyai ketelitian 0,9 m. Kata kunci : Alat ukur kerataan, PLC, 1. PENDAHULUAN Untuk mengetahui tingkat kerataan permukaan logam, ada berbagai macam cara maupun alat ukurnya. Salah satunya adalah dengan menggunakan alat ukur kerataan permukaan tipe gantry sebagaimana yang dikembangkan di Laboratorium Perencanaan dan Pengembangan Produk Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS . Pengembangan alat ukur kerataan tersebut dilakukan oleh Ziyad Auliy dan Rio Borneo [2006], pengembangan alat ukur kerataan permukaan yang telah dilakukan dititikberatkan pada pengembangan unit kontrol, rangka, dan pengembangan mekanisme gerak .
Pengembangan lanjutan alat ukur kerataan tersebut dilakukan oleh Afrie Adhitya Putra, Dhimas Wahyu Wibowo dan Ustadi Ridwan pada tahun 2008, pengembangan dititikberatkan pada pengembangan unit kontrol, rangka, dan pengembangan mekanisme gerak. Rangka dimodifikasi setelah dievaluasi dengan metode FMEA (Failures Modes and Effects Analysis methods). Afrie Aditya Putra telah mengembangkan unit kontrol alat ukur kerataan permukaan yang digunakan untuk mengontrol gerakan sensor LVDT atau Dial Indikator supaya dapat berhenti pada titik titik yang telah ditentukan. Alat ukur kerataan tersebut seperti ditunjukkan gambar 1.
Gambar 1 Alat ukur kerataan permukaan [Afrie Adhitya Putra, Dhimas Wahyu Wibowo dan Ustadi Ridwan; 2008] Dari evaluasi yang telah dilakukan, alat ukur kerataan permukaan tersebut belum sempurna, dimana terjadi beberapa kesalahan yang berpengaruh pada hasil pengukuran. Kesalahan tersebut adalah sebagai berikut: Kadang-kadang sensor LVDT atau Dial Indikator berhenti sebelum titik yang ditentukan, kadang-kadang berhenti melebihi titik yang telah ditentukan, sehingga titik pengukuran pada pengujian pertama dengan pengujian berikutnya tidak berada pada satu titik. Pada waktu terjadi perubahan arah gerakan LVDT atau Dial Indikator dari arah kanan ke arah kiri dan dari arah maju ke arah mundur atau sebaliknya akan terjadi pergeseran posisi titik pengukuran Dari 3 kali uji pengukuran pada metode Kisi maupun Union Jack mempunyai nilai penyimpangan maksimum 107 m untuk metode Kisi, sedangkan untuk metode Union Jack nilai penyimpangan maksimumnya 117 m. Dari uraian diatas maka perlu dikembangkan alat ukur kerataan permukaan dengan unit kontrol (pengendali) Programable Logic Controler (PLC), diharapkan nilai penyimpangannya tidak melebihi 20 m 2. METODA PENGEMBANGAN Untuk mencapai tujuan penelitian, maka digunakan tahapan-tahapan penelitian sebagai berikut: Studi literatur Studi literatur mengenai alat ukur kerataan, metode pengukuran yang digunakan dan informasi lain dari buku-buku referensi yang berkaitan dengan permasalahan yang akan dibahas. Evaluasi alat ukur kerataan yang sudah ada Evaluasi alat ukur kerataan yang sudah ada kemudian dilakukan perumusan masalah.
Perancangan mekanisme dan unit kontrol a. Perancangan mekanisme - Perancangan rel pengarah gerakan pembawa dial indikator Pembawa dial indikator harus dapat digerakkan dengan ringan (gesekannya kecil) tetapi kelonggarannya harus sekecil mungkin baik arah X maupun arah Y - Perancangan gerakan Dial Indikator Dial Indikator dirancang dapat bergerak pada arah X, arah Y, arah XY, arah –XY, arah X–Y, arah –X–Y dan arah zero (posisi awal) b. Perancangan Unit kontrol (pengendali) Pada tahap ini dilakukan proses perancangan unit kontrol yang mencakup, - Perancanngan komponen yang digunakan - Perancangan diagaram lader Perakitan mekanisme dan unit kontrol alat ukur kerataan Dari gambar hasil perancangan komponen mekanisme dan komponen unit kontrol dirakit menjadi satu unit alat ukur kerataan permukaan yang kemudian dilakukan pemrograman pada PLC sesuai dengan perancangan diagram lader. Uji Fungsi Setelah komponen alat ukur dirakit dan dilakukan pemrograman pada PLC, selanjutnya dilakukan uji fungsi pada komponen-komponen utamanya dengan melakukan evaluasi terhadap gerakan dan performansi alat ukur. Apabila terdapat suatu masalah, dapat dilakukan perubahan atau perbaikan pada mekanisme dan gambar diagram lader. Kalibrasi alat ukur Kalibrasi alat ukur bertujuan untuk mengetahui penyimpangan yang dimiliki oleh alat ukur tersebut, kalibrasi dengan cara mengukur benda ukur standar menggunakan dial indikator dengan metode Kisi dan metode Moody (union-jack). Performansi alat ukur Setelah dilakukan kalibrasi alat ukur maka akan dapat diketahui besarnya penyimpangan alat ukur terhadap benda ukur standar, dengan demikian akan diketahui besarnya nilai kompensasi alat ukur bila digunakan untuk mengukur benda ukur. Validasi ketelitian alat ukur Validasi dilakukan guna mengetahui apakah ketelitian alat ukur sama atau tidak sama dengan nilai mean penyimpangan alat ukur. Yaitu dengan membandingkan secara statistik mana nilai P-value yang paling besar. Kesimpulan dan saran Dari hasil perancangan hingga percobaan pengukuran benda ukur, dapat dibuat suatu kesimpulan yang sesuai dengan tujuan penelitian dan saran untuk perbaikan alat ukur kerataan. 3. PERANCANGAN Perancangan Mekanisme Alat Ukur Mekanisme alat ukur kerataan permukaan adalah merupakan bagian dari alat ukur kerataan permukaan yang berfungsi sebagai benggerak dial indikator, adapun komponen mekanisme tersebut adalah base, rangka, rail, ulir penggerak, coupling dan pembawa dial indikator. Perancangan Base Base adalah komponen mekanisme alat ukur kerataan yang berfungsi sebagai landasan benda ukur dan tumpuan kerangka. Komponen tersebut dibuat dari bahan plat
baja dengan tebal 10 mm, agar permukaannya benar-benar rata, maka pengerjaanya dilakukan di mesin CNC miling. Perancangan rangka Kerangka adalah komponen mekanise alat ukur kerataan yang berfungsi untuk menopang seluruh komponen penggerak pembawa dial indikator, komponen tersebut dibuat dari pipa stainless steel 304 segi empat 25 mm x 25 mm dengan tebal 2 mm, sehingga dengan dimensi tersebut kerangka akan kokoh. Perancangan rail Rail adalah komponen mekanis yang berfungsi sebagai penopang dan lintasan gerakan pembawa dial indikator, agar pembawa dial indikator dapat bergerak dengan lancar (gesekannya kecil) dan mempunyai kelonggaran yang kecil, sehingga pada waktu dial indikator digerakkan untuk mengukur kerataan dari titik satu ke titik yang lain penyimpangannya sekecil mungkin. Untuk itu rail pengarah pembawa dial indikator dirancang dari sliding roll seperti pada bambar 2.
Gambar 2 Sliding roll Perancangan ulir penggerak pembawa dial indikator Ulir penggerak pembawa dial indikator berfungsi untuk menggerakkan pembawa dial indikator dengan cara memutar ulir tersebut dengan motor DC, agar sensor yang mendeteksi gerakan dial indikator dapat diatur dengan mudah, maka ulir tersebut dibuat dengan diameter 10 mm dengan kisar 1,5 mm, sehingga bila piringan detektor diberi 3, maka setiap satu putaran ulir penggerak sensor akan mendeteksi tiga kali. Komponen ini dibuat dari bahan stainless steel 304 yang sifatnya tidak berkarat dan tidak mengandumg unsur besi sehingga tidak dapat dipengaruhi oleh magnet. Bentuk Ulir penggerak dial indikator dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3 Ulir penggerak pembawa dial indikator Perancangan coupling coupling berfungsi untuk mencegah terjadinya puntiran antara poros motor dan ulir penggerak pembawa dial indikator bila posisi kedua komponen tersebut kurang sesumbu. Dengan dipasang coupling putaran ulir penggerak pembawa dial indikator akan stabil. Komponen ini dibuat dari bahan alumunium, bentuk coupling dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. coupling
Perancangan Unit Kontrol (pengendali) alat ukur kerataan Unit kontrol alat ukur kerataan permukaan adalah merupakan bagian dari alat ukur kerataan permukaan yang berfungsi sebagai pengendali gerakan dial indikator, adapun komponen utama yang digunakan pada unit kontrol tersebut adalah sebagai berikut: Programable Logic Controler (PLC) PLC berfungsi untuk prosesor dari komponen input dan komponen output, jumlah input dan output (IO) yang diperlukan didasarkan pada jumlah komponen input dan komponen output, berdasarkan diagram blok pada gambar 4.5 jumlah output ada 6 ditambah 3 untuk lampu kontrol metode dan switch ON sehingga jumlah output yang dibutuhkan adalah 9. PLC yang akan digunakan adalah OMRON CPM1A, untuk memenuhi jumlah output 9 maka harus menggunakan IO 30 yaitu terdiri dari 18 input dan 12 output. PLC OMRON CPM1A dengan IO 30 dapat dilihat pada gambar 5
Gambar 5. PLC OMRON CPM1A dengan IO 30 Counter Digital Counter digital berfungsi untuk mengukur panjang gerakan dial indikator dengan cara mengcounter jumlah putaran motor yang digunakan untuk memutar pembawa dial indikator. Bentuk counter digital dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Counter digital Motor DC Motor DC berfungsi untuk memutar mekanisme penggerak dial indikator, pada alat ukur kerataan permukaan ini menggunakan 2 motor DC yang berfungsi menggerakkan dial indikator arah X dan arah Y, motor tersebut sudah dilengkapi dengan gear reduction, sehingga putaran outputnya hanya 80 rpm. Bentuk motor DC yang digunakan pada alat ukur kerataan tersebut dapat dilihat pada gambar 7.
Gambar 7. Motor DC Sensor Sensor berfungsi untuk merespon jarak yang ditempuh oleh dial indikator berupa pemberian input pada counter digital, gerakan translasi dial indikator berasal dari gerak putar poros berulir berdiameter 10 mm dengan kisar 1.5 mm, Sensor yang
digunakan pada sistem ini adalah sensor magnetik (ret switch). Bentuk sensor magnetik dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Sensor magnetik (ret switch) 4. PERAKITAN Perakitan Mekanis Alat Ukur Kerataan Setelah semua komponen mekanisme selesai dibuat, selanjutnya dilakukan perakitan. Perakitan komponen mekanis secara lengkap dapat dilihat pada gambar 9
Gambar 9. Assembly mekanisme alat ukur kerataan Perakitan komponen elektronik Komponen elektronik yang akan digunakan untuk unit control (pengendali) diantaranya, PLC, counter digital, relay, push buttom switch, togel switch, socket dan power supply. Susunan kontrol panel switch dapat dilihat pada gambar 10a sedangkan rangkaian unit kontrol dapat dilihat pada gambar 10b
(a) (b) Gambar 10 Kontrol panel dan unit kontrol Uji Fungsi Uji fungsi dilakukan untuk mengetahui apakah mekanisme, unit kontrol dan diagram lader sudah sesuai dengan fungsi yang diinginkan. Karena proses pengukuran menggunakan unit kontrol PLC, yang mana pada waktu dilakukan pengukuran prosesnya dapat di mnitor dengan komputer, maka apabila terjadi masalah pada proses pengukuran akan segera diketahui permasalahannya. Bila ada masalah periksa kembali perancangan mekanisme, perancangan unit kontrol dan perancangan diagram lader. Kalibrasi alat ukur kerataan Kalibrasi alat ukur kerataan menggunakan dial indikator yang mempunyai ketelitian 1 m dengan benda ukur standar. Kalibrasi dilakukan dengan metode kisi dan metode union jack masing-masing dilakukan tiga kali. Kalibrasi alat ukur kerataan
bertujuan untuk mengetahi penyimpangan alat ukur kerataan, adapun langkah langkah kalibrasi alat ukur kerataan permukaan tersebut adalah sebagai berikut : a. Hidupkan power b. Masukkan data gerakan dial indikator pada counter digital X dengan angka 8 c. Masukkan data gerakan dial indikator pada counter digital Y dengan angka 8 d. Hidupkan ON PROGRAM e. Posisikan metode pada KISI atau Union Jack f. Tekan push buttom switch HOME (tunggu sampai pembawa dial indikator berhenti) g. Tekan tombol reset pada counter digital X dan counter digital Y h. Pasang dial indikator pada mekanisme pembawa dial indikator (lihat gambar 11) i. Letakkan Benda ukur di atas base (lihat gambar 11) j. Ujung sensor dial indikator disentuhkan pada benda kerja pada koordinat 0,0 (lihat gambar 11) k. Angka dial indikator diset nol (lihat gambar 11) l. Tekan push buttom switch START m. Setiap dial indikator berhenti, lakukan pencatatan
Gambar 11. Seting benda ukur standar dan dial indikator Uji Performansi Setelah dilakukan kalibrasi alat ukur dengan metode Kisi maupun metode Union Jack, maka didapatkan hasil kalibrasi alat ukur, hasil kalibrasi alat ukur tersebut akan digunakan sebagai nilai kompensasai hasil pengukuran benda ukur. Dari tiga kali kalibrasi dengan metode Kisi maupun metode Union Jack didapatkan nilai penyimpangan maksimum pada metode kisi sebesar 5 m, sedangkan penyimpangan maksimum pada metode Union Jack sebesar 3 m. Validasi ketelitian alat ukur Validasi dilakukan guna mengetahui apakah ketelitian alat ukur sama atau tidak sama dengan nilai mean penyimpangan alat ukur. Yaitu dengan membandingkan secara statistik mana nilai P-value yang paling besar. Karena harga mean penyimpangan alat ukur pada metode Kisi 1,68639, maka harga test mean (µ) dibuat 1,5; 1,6 1,7 dan 1,8, sedangkan harga mean penyimpangan alat ukur pada metode Union Jack 0,875, maka harga test mean (µ) dibuat 0,7; 0,8; 0,9 dan 1. Dari analisis statistik didapatkan bahwa pada metode Kisi harga P-value yang paling besar adalah pada ketelitian 1,7 µm yaitu dengan harga P-value 0,888 dimana lebih besar dari interval kesalahan yaitu 0,05 (5 %), sehingga H0 diterima, artinya adalah bahwa mean penyimpangan alat ukur sebesar 1,68639 setara dengan ketelitian
alat ukur 1,7 µm, sedangkan pada metode Union Jack P-value yang paling besar adalah pada ketelitian 0,9 µm yaitu dengan harga P-value 0,713 dimana lebih besar dari interval kesalahan yaitu 0,05 (5 %), sehingga H0 diterima,, artinya adalah bahwa mean penyimpangan alat ukur sebesar 0,875 setara dengan ketelitian alat ukur 0,9 µm. Kesimpulan. Dari uraian dan pembahasan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut ; 1. Alat ukur kerataan permukaan dengan pengendali PLC mempunyai kecermatan 1,7 m bila menggunakan metode Kisi, sedangkan pada metode Union Jack 0,9 m. 2. Alat ukur kerataan yang telah dirancang dan dibuat dapat digunakan untuk mengukur kerataan permukaan dengan metode Kisi dan metode Union Jack untuk luasan berbentuk persegi maupun persegi panjang. 3. Kontinuitas penyimpangan maksimum pada metode Kisi 5 m sedangkan metode Union Jack sebesar 3 m. Daftar Pustaka 1. Auliya, Ziyad (2006), Pengembangan Unit Kontrol Alat Ukur Kerataan, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. 2. Budiyanto, A., Wijaya, A. ( 2003), Pengenalan Dasar-Dasar PLC (Programmable Logic Controller). Yogyakarta : Gava Media. 3. Eko Putra, A. (2004), PLC Konsep, Pemrograman dan Aplikasi (Omron CPM1A/CPM2A dan ZEN Programmable Relay). Yogyakarta : Gava Media. 4. N.A. Widyanahar. Elektronika dan Instrumentasi. FMIPA UGM Yogyakarta. http://www.elektroindonesia.com/elektro/instrum11.html. 5. OMRON. 2000. CQM1 Programmable Controllers Programming Manual. (CDROM. OMRON Product Catalogue Collection.) 6. OMRON. 2000. Product Information. (CD-ROM. OMRON Product Catalogue Collection.) 7. Pemanfaatan Programmable Logic Controller (PLC) dalam Dunia Industri, http://www.ubb.ac.id 8. Petruzella, D. Frank (2001), Elektronik Industri. Yogyakarta :ANDI. 9. Putra, Afrie A. (2008), Pengembangan Unit Kontrol Alat Ukur Kerataan, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. 10. Putranto, Rio B. (2006), Pengembangan Rangka dan Mekanisme Gerak Alat Ukur Kerataan, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. 11. Rochim, Taufiq (1985), Spesifikasi Geometris Metrologi Industri dan Kontrol Kualitas, Lab. Teknik Produksi dan Metrologi Industri Jur. Teknik Mesin FTI ITB. 12. Yulianto, A. (2006). Panduan Praktis Belajar PLC (Programmable Logic Controller). Jakarta : PT Elex Media Komputindo.
