7 BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
Sistem Pneumatik Sistem pneumatik yang dalam bahasa Yunani ‘pneuma’ yang artinya udara
atau angin. Dengan kata lain pneumatik adalah semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan. Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Pneumatik menggunakan hukum-hukum aerodinamika yang menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap. Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara bertekanan). Memang sistem elektronik mempunyai respon yang sangat cepat terhadap sinyal control. Tetapi sistem pneumatik mempunyai daya tahan yang lebih baik. Dalam beberapa aplikasi sistem pneumatik dapat bekerja dalam atmosfer yang tidak bisa dilakukan oleh sistem elektronik dan sistem pneumatik juga dapat digunakan dalam kondisi basah (Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002).
8 Pneumatik dibeda-bedakan ke dalam bidang menurut tekanan kerjanya, dari bidang tekanan sangat rendah (1,001-1,1 bar), pneumatik tekanan rendah (1,2-2,0 bar), pneumatik tekanan menengah atau disebut juga pneumatik tekanan normal (2-8 bar) dan pneumatik tekanan tinggi (>8 bar).
Gambar 2.1 Hukum boyle Mariotte’s Law
2.1.1
Keuntungan dan kerugian sistem pneumatik Beberapa keuntungan dalam penggunaan atau penerapan sistem pneumatik,
antara lain: a. Ketelitian yang tinggi dari peralatan-peralatan pneumatik yang konstruksinya semakin baik memungkinkan suatu pengerjaan yang hampir tidak memerlukan perawatan dalam jangka panjang.
9 b. Merupakan media/fluida kerja yang mudah didapat dan mudah diangkut udara dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga. c. Udara bertekanan adalah bersih. Kalau ada kebocoran pada saluran pipa, benda-benda kerja maupun bahan-bahan disekelilingnya tidak akan menjadi kotor. d. Dapat bertahan lebih baik terhadap keadaan-keadaan kerja tertentu. Udara bersih ( tanpa uap air ) dapat digunakan sepenuhnya pada suhu-suhu yang tinggi atau pada nilai-nilai yang rendah, jauh di bawah titik beku ( masingmasing panas atau dingin ). e. Aman terhadap kebakaran dan ledakan. f. Menguntungkan karena lebih murah dibandingkan dengan dengan komponenkomponen peralatan hidraulik. Dan Pneumatik adalah 40 sampai 50 kali lebih murah daripada tenaga otot. Hal ini sangat penting pada mekanisasi dan otomatisasi produksi. g. Konstruksi yang kompak dan kokoh. h.
Memiliki beberapa tekanan kerja sesuai dengan kebutuhan pemakain (1 sampai 15 bar).
i. Dapat dibebani lebih ( tahan pembebanan lebih ) .Pada pembebanan lebih alatalat udara bertekanan memang akan berhenti, tetapi tidak akan mengalami kerusakan. Alat-alat listrik terbakar pada pembebanan lebih.
Selain keuntungan adapun kerugian dalam menggunakan sistem pneumatik adalah sebagai berikut:
10 a. Tidak mungkin untuk mewujudkan kecepatan-kecepatan torak dan pengisian yang tetap, tergantung dari bebannya. b. Suatu silinder pneumatik mempunyai kemampuan daya tekan yang terbatas. c.
Suatu gerakan teratur hampir tidak dapat diwujudkan apabila terjadi perubahan beban.
2.1.2
Komponen-komponen Pneumatik Dalam penggunakan aplikasi sistem pneumatik sangat penting untuk kita
memilih komponen-komponen yang tepat, komponen-komponen pneumatik dibagi atas beberapa bagian (Krist, T., dan Ginting, D., 1993); a. Sumber energi (energi supply) seperti kompresor, tangki udara (reservoir), unit penyiapan udara (air service unit), unit penyalur udara (air distribution unit) dan lain-lain. b. Actuator (actuator), seperti silinder kerja tunggal, silinder kerja ganda dan lainlain. c. Elemen control (control element), seperti katup jenis 5/2, 3/2, flow regulator, dan lain-lain. d. Elment masukan (input elments), seperti sensor, tombol, pedal, roller dan sebagainya.
11 a.
Sumber energi (Energi Supply) Pada sistem pneumatik sumber energi didapatkan dari udara, dalam penelitian
ini nantinya didapatkan dari kompressor. Kompressor berfungsi untuk menampung udara yang ada sehingga udara tersebut nantinya dapat digunakan untuk sumber energi sistem pneumatik. Prinsip kerja dari sumber energi pada sistem pneumatik adalah udara dimampatkan sehingga udara yang ada berkumpul dan mempunyai energi untuk menggerakan sistem pneumatik. Energi inilah yang digunakan pada sistem pneumatik tersebut. Komponen-komponen yang digunakan untuk mendapatkan udara mampat antara lain, kompresor (air compressor) sebagai penghasil udara mampat, tangki udara (reservoir) sebagia penyimpan udara, unit persiapan udara (air service unit) untuk mmpersiapkan udara mampat, dan unit penyalur udara (air distribution unit) untuk menyalurkan udara mampat kepada komponen-komponen pneumatik
b.
Aktuator (actuator) Aktuator merupakan salah satu output sistem, dalam hal ini adalah sistem
pneumatik. Pada penelitian ini nantinya akan menggunakan beberapa komponenkomponen sistem pneumatik, seperti: a.
Silinder pneumatik kerja ganda (Double Acting Cylinder)
12 Pada silinder tipe ini pergerakan maju dan mundurnya di atur dengan sumber angin yang di mampatkan pada lubang bagian depan atau belakangnya. b.
Katup pneumatik (Valves) Katup pneumatik adalah sebagai komponen pengatur secara mekanik dari
pergerakan silinder baik kondisi torak maju maupun mundur.
b.1
Silinder kerja ganda (double acting cylinder) Silinder kerja ganda (double acting cylinder) memiliki lubang untuk
memasukan dan mengeluarkan angin pada kedua ujungnya. Bila sumber angin dimasukkan melalui lubang dibagian belakang silinder maka torak akan bergerak maju dan angin akan keluar
melalui lubang bagian depan silinder.
Kondisi ini biasa dikatakan dengan kondisi extend. Demikian sebaliknya jika sumber angin dimasukan melalui lubang depan silinder maka torak akan bergerak mundur dan angin akan keluar melalui lubang bagian belakang silinder. Kondisi ini biasa dikatakan dengan kondisi retract.
13
Gambar 2.2 Ilustrasi cara kerja silinder kerja ganda
c.
Elemen kontrol (control element) Elemen kontrol merupakan komponen pneumatik yang digunakan untuk
mengendalikan aliran udara yang masuk dan keluar, tekanan atau tingkat aliran (flow rate) dari udara mampat yang akan disalurkan kepada komponen-komponen pneumatik lain sebagai input atau pada aktuator. Elemen Kontrol dapat dibagi menjadi beberapa kategori, yaitu: a. Katup satu arah (non-return valves). b. Katup control aliran (flow control valves). c. Katup control tekanan (pressure control valves). Katup satu arah (non-return valves) merupakan suatu komponen pneumatik yang berfungsi untuk melewatkan sinyal pneumetik dari satu isi dan menghambat sinyal yang datang dari sisi yang lain.
14 Katup kontrol aliran (flow control valves)merupakan komponen pneumatik yang berfungsi untuk mengatur besarnya volume udara mampat yang ingin dialirkan baik satu arah maupun dua arah, sehingga kecepatan (speed) silinder dapat diatur sesuai kebutuhan. Dilihat dari arah aliaran katup pengontrol aliran dibedakan menjadi dua jenis, yaitu throttle valve (2 arah) dan one-way flow control (1 arah). Katup control tekanan (pressure control valves) merupakan komponen pneumetik yng berfungsi untuk memanipulasi tekanan udara mampat dan juga komponen ini dapat bekerja dengan udara mampat yang telah dimanipulasi. Katup tipe 5/2 merupakan katup yang memiliki 5 lubang dan 2 pergerakan secara mekanik yaitu gerakan mekanik yang menentukan silinder dalam kondisi maju atau silinder dalam kondisi mundur.
Gambar 2.3 Ilustrasi Cara kerja katup 5/2 Rincian kondisi gambar pertama pada gambar 2.2 yaitu lubang 1 sebagai sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 2 untuk kemudian dialirkan ke lubang silinder bagian depan yang menyebabkan silinder bergerak mundur yang
15 mengakibatkan angin keluar melalui lubang silinder bagian belakang dan masuk ke lubang katup 4 kemudian dikeluarkan melalui lubang 5, dan lubang 3 dimampatkan. Rincian kondisi gambar kedua pada gambar 2.2 yaitu lubang 1 sebagai sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 4 untuk kemudian dialirkan ke lubang silinder bagian belakang yang menyebabkan silinder bergerak maju yang mengakibatkan angin keluar melalui lubang silinder bagian depan dan masuk ke lubang katup 2 kemudian dikeluarkan melalui lubang 3, dan lubang 5 dimampatkan.
d.
Elemen masukan (input element) Element masukkan adalah komponen-komponen yang menghasilkan suatu
besaran atau sinyal yang diberikan kepada sistem sebagai masukkan untuk menjalankan sistem kepada langkah sistem berikutnya. Elemen-elemen pada pneumatik terdiri dari switch dan sensor. Seperti tombol, tuas pedal, roller, dan sebagainya. Sensor yang digunakan dalam pneumatik terdiri dari: ¾ Sensor Proximity adalah sensor yang aktif tanpa kontak langsung dengan aktuator yang terdiri dari: •
Sensor Kapasitif mendeteksi ada atau tidaknya suatu benda. Simbolnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
16
Gambar 2.4 Sensor Kapasitif •
Sensor Induktif mendeteksi benda yang terbuat dari logam. Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Sensor Induktif •
Sensor Optik untuk mendeteksi warna suatu benda berdasarkan pantulan yang dihasilkan. Untuk benda yang berwarna hitam maka pantulan yang dihasilkan hampir tidak ada sedangkan benda lain dilihat berdasarkan terang gelapnya. Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
17
Gambar 2.6 Sensor Optik •
Sensor Magnetik untuk mendeteksi benda yang memiliki unsur magnetik.
¾ Sensor Non Proximity adalah sensor yang berhubungan langsung dengan aktuator. Salah satu contoh sensor Non Proximity yaitu Roller Switch. Sensor ini mendeteksi penekanan pada roller tersebut (sama seperti saklar biasa). Simbolnya seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.7 Roller Switch
2.1.3
Symbol dan standarisasi dalam pneumatik Pada pneumatik telah ditetapkan standar lambang-lambang bagan untuk unsur
hubungan antar komponen pneumatik, sehingga hubungan-hubungan yang direncanakan
18 menjadi jelas. Lambang-lambang hubungan ini ditetapkan dalam ISO 1219-1976 mengenai “Circuit symbol for fluidic equipment and sistem”. Setiap penomoran dan pemberian huruf
pada setiap komponen mengikuti
ketentuan DIN ISO 5599-3. Selain itu terdapat ketentuan keamanan sistem pneumatik yang diatur dalam ketentuan VDI 3229 mengenai “Technical Design Guidelines for Machine Tools and other Production Equipment”. (Lihat lampiran simbol-simbol standar pnematik). Komponen pneumatik dan simbolnya Berupa: Sumber energi, katup dan berbagai port serta mekanismenya Pengkondisi fluida, Sambungan fluida.
19
20
Gambar 2.8 Daftar Simbol Pneumatik
2.1.4
Penerapan-penerapan Sistem Pneumatik Penerapan sistem pneumatik digunakan sebagai penggerak berbagai mesin
perkakas, peralatan dan alat mesin-mesin produksi khusus. Dalam perusahan-perusahan
21 pembangunan misalnya untuk penggetar beton, mesin getar (mesin-mesin tumbuk jalan). Alat pendobrak pneumatik. Dalam perusahaan pertambangan sebagai pembor batu pneumatik, penggeser batu pneumatik (buldozer). Dalam dunia transportasi sebagai rem-rem untuk lokomotif, sinyal-sinyal dan pintu simpangan kereta api pneumatik. Sedangkan dalam dunia industri seperti pengemasan, stempel barang, embossing, pemutar pendorong, dan sebagainya.Sistem pneumatik umumnya banyak digunakan sebagai sistem automasi.
2.2
PLC(Programmable Logic Kontroller)
Salah satu jenis sistem kontrol dapat di aplikasikan ke berbagai bidang adalah Programmable Logic Controller (PLC). Transisi dari sistem kontrol yang sudah ada sebelumnya yaitu sistem kontrol berbasiskan relay dan juga kemudahan troubleshooting sistem merupakan faktor-faktor yang membuat PLC sering digunakan. Penerapannya meliputi berbagai jenis industri mulai dari industri rokok, otomotif, petrokimia, kertas, bahkan sampai pada industri tambang, misalnya pada pengendalian turbin gas dan unit industri lanjutan hasil pertambangan. Kemudahan transisi dari sistem kontrol sebelumnya (misalnya dari sistem kontrol berbasis relay mekanis) dan kemudahan trouble-shooting dalam konfigurasi sistem merupakan dua faktor utama yang mendorong populernya PLC ini
22 NEMA
(The
National
electrical
Manufacturers
Association)
mendefinisikan PLC sebagai piranti elektronika digital yang menggunakan memori yang bisa diprogram sebagai penyimpan internal dari sekumpulan instruksi dengan mengimplementasikan fungsi-fungsi tertentu, seperti logika, sekuensial, pewaktuan, perhitungan, dan aritmetika, untuk mengendalikan berbagai jenis mesin ataupun proses melalui modul I/O digital dan atau analog. (http://www.elektroindonesia.com/elektro/ instrum11.html)
2.2.1
Pengertian dan sejarah perkembangan PLC
Pengertian PLC adalah suatu sistem yang dapat bertindak sebagai manipulator, eksekutor, atau memonitor keadaan proses yang cepat, dengan instruksi data yang programmable dan dapat menyimpan instruksi data yang sudah jadi. PLC menerima inputan dan menghasilkan output berupa sinyal-sinyal listrik untuk mengendalikan sistem melalui suatu proses. Pemrosesan pada PLC sifatnya bertahap atau sekuensial (sequential process), yaitu berjalan secara bertahap menuju kondisi akhir yang diharapkan, artinya sub proses tertentu baru bisa dieksekusi setelah sub proses sebelumnya sudah selesai di eksekusi.
Teknologi PLC pertama kali diperkenalkan pada kisaran tahun 1968-1970 dengan tujuan sebagai alternatif sistem kontrol relay yang rumit. Pada tahun 1980-an saat microprocessor mudah didapatkan, dengan memori yang murah, fitur input dan output yang fleksibel generasi PLC modern dimulai (http://www.control-system-
23 principles.co.uk). Pada tahun 1990-an pemakaian PLC semakin meluas beriringan dengan meluasnya penjualan Personal Computer (webb dan reis, 1995).
Sekarang aplikasi PLC terhadap microcomputer semakin sering temukan karena merupakan instrumen yang berguna, dengan banyak fungsi dan fitur. Saat ini jika PLC yang berkualitas rendah dapat mengontrol stasiun mesin otomatis dan banyak reaktor kimia dengan skala menengah, maka PLC yang besar dan berkualitas baik dapat mengontrol satu pabrik dengan sistem otomatisasi yang menyeluruh.
2.2.2
Bagian – bagian PLC
Pada dasarnya PLC terdiri empat unit utama yaitu:
1. Program memory adalah instruksi tempat penyimpanan kontrol logic yang sekuensial. 2. Data memory adalah tempat penyimpanan status switch,nilai terakhir dari data dan data lain yang sedang bekerja. 3. Output devices adalah bagian hardware atau sotware driver untuk actuator dari proses industrial, seperti switch solenoid, motor dan valve. 4. Input devices adalah bagian hardware atau sotware driver untuk sensor dari proses industrial, seperti switch status sensor dan detektor proximity.
Skematik dari suatu sistem berbasiskan PLC dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
24
Gambar 2.9 Skematik dari suatu sistem berbasiskan PLC (Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002) a. Processor Processor dari PLC berfungsi untuk menyimpan dan menjalankan program, bagian memori processor khusus digunakan untuk menyimpan instruksi – instruksi user program. Arah aliran informasi dalam mengambil instruksi dari memori user program ke dalam CPU adalah sebagai berikut: 1. Mengambil informasi I/O dari image dan data numerik dari variabel data memori. 2. Menjalankan instruksi. 3. Pembuatan keputusan logic mengenai keadaan yang sebenarnya dari output dan muncul dalam output image table. Blok diagram dari suatu processor pada PLC dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
25
Gambar 2.10. Blok diagram processor pada PLC (Candra, 2006) b. Input / Output Modul masukan (input) mempunyai fungsi untuk menerima sinyal dari unit pengindera, dan memberikan pengaturan sinyal, terminasi, isolasi, maupun
indikator
keadaan
sinyal
masukan.
Sinyal-sinyal
dari
piranti pengindra akan di-scan dan keadaannya akan dikomunikasikan melalui modul antar muka dalam PLC. Modul keluaran (output) mengaktifkan berbagai macam piranti seperti aktuator hidrolik, pneumatik, solenoid, starter motor. Fungsi modul keluaran lainnya mencakup conditioning, terminasi dan juga pengisolasian sinyal-sinyal yang ada. Proses aktifasi itu tentu saja dilakukan dengan pengiriman sinyal-sinyal diskret dan analog, berdasarkan sifat PLC sendiri yang merupakan piranti digital. (Widyanahar,1998).
26 c. Memori Memori merupakan elemen processor yang berupa IC (integrated circuit). Berikut tipe memori semi konduktor: a. RAM (Random Access Memory) adalah tipe memori yang fleksibel dalam membaca dan menulis data. b. ROM (Read Only Memory) adalah tipe memori yang dapat dibaca datanya tetapi tidak dapat ditulisi. c. EPROM (Erasable Programable Only Memory) dapat diprogram secara elektis, dan merupakan media penyimpanan yang permanen untuk ladder diagram.
2.2.3
Keuntungan dan kerugian menggunakan PLC Pemakaian PLC mempunyai banyak sekali keuntungan diberbagai bidang,
diantaranya dapat melakukan tiga macam tipe kontrol: a. Kontrol sekuensial Aplikasinya: •
Pengganti relay kontrol logic konvensional.
•
Timer / pencacah.
•
Mesin kontrol auto/semi-auto/manual dari berbagai proses di industri.
b. Kontrol canggih Aplikasinya: •
Operasi aritmatika.
27
c.
•
Penanganan informasi.
•
Kontrol analog pada suhu dan tekanan.
•
Kontrol motor.
Kontrol pengawasan Aplikasinya: •
Proses monitor dan alarm.
•
Monitor dan diagnosa kesalahan.
•
Jaringan otomatisasi dengan pabrik.
Keuntungan lain dalam penggunaan PLC dapat dilihat pada point-point berikut: a. Modifikasi lebih mudah tanpa biaya tambahan. b. Biaya total dalam membuat suatu proyek lebih rendah dan dapat dikalkulasi dengan akurat. c. Fleksibilitas PLC dapat digunakan ke berbagai macam aplikasi. d. Tingkat kehandalan yang tinggi. e. Mudah dalam melakukan pemrograman, pemeriksaan, atau perbaikan jika terjadi kesalahan pada program. f. PLC yang sudah terprogram dapat dicoba secara virtual dan di evaluasi kembali. g. Metode pemrograman dengan logika boolean. h. Tingkat kecepatan operasi yang tinggi dan akurat. i. Tingkat keamanan yang tinggi.
28 j. Observasi secara visual yaitu saat operasi sedang dijalankan pada PLC dapat langsung dilihat pada monitor. k. Maintenance yang mudah. l. Perangkat kontroler standar. m. Network sistem memungkinkan kendali antar lebih dari satu PLC secara integreted dan bisa bersifat informatif. n. Disipasi daya yang cukup kecil dibanding dengan relay yang perlu energi tambahan untuk menggerakannya. PLC tidak banyak mempunyai kelemahan. Kerugian penggunaan PLC dapat dilihat pada point berikut: a. Getaran dan perubahan suhu yang cepat dapat memperpendek usia PLC. b. Kesulitan dalam mengubah logika berfikir seorang pakar relay menjadi logika berfikir programmer PLC.
2.2.4
Perangkat Pemrograman Setiap produsen PLC menciptakan bahasa tersendiri untuk setiap model PLC,
Jadi untuk melakukan pemrograman PLC dibutuhkan modul khusus. PLC dapat terhubung dengan PC lewat sambungan serial. Secara umum bahasa pemrograman PLC dapat dibagi menjadi beberapa bahasa seperti:
29 A. LDR (ladder diagram) Jenis bahasa ini merupakan rangkaian skematis yang berbentuk seperti tangga, dimana terdapat dua garis vertikal utama yang menunjukkan garis daya (power line) dan terdapat serangkaian simbol yang disusun secara horisontal. Setiap instruksi pada ladder diagram dinyatakan dalam simbol yang mirip dengan rangkaian listrik. Dalam pemakaian instruksi, hendaknya selalu diikuti pengisian nomor referensi atau alamat di atasnya. Instruksi kontak dan koil adalah komponen standar untuk melakukan pemrograman. a. kontak adalah sebagai input device
yang dapat di-set untuk switch
eksternal, flag, dan fungsi timer. Instruksi kontak dapat di-set menjadi dua keadaan yaitu normaly open atau normaly close. b. Instruksi koil adalah sebagai output device yang dapat di-set untuk mengendalikan motor, solenoid, flag dan proses aktuator lainya. Komponen dasar untuk melakukan pemrograman dengan ladder diagram dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.11 komponen dasar pemrograman ladder diagram
30 B. STL (Statement list) Pada statement list instruksi pemrograman dilakukan dengan menggunakan format teks. Berikut adalah instruksi yang terdapat pada statement list :
Gambar 2.12 Daftar instruksi pada statement list Kelebihan penggunaan statement list dibandingkan dengan ladder diagram adalah: •
Pada penerapan logika dapat dengan cepat diterapkan.
•
Lebih cepat digunakan untuk program dengan percabangan yang banyak.
•
Pemrograman berdasarkan perintah yang sering digunakan pada bahasa pemrograman yang lain. Dengan demikian user menjadi lebih terbiasa.
•
Lebih flexible terhadap kemauan user.
C. BASIC (Beginners’s All-purpose Symbolic Instuction Code) BASIC adalah bahasa pemrograman PLC yang bersifat prosedural yang mudah digunakan, sangat baik jika digunakan untuk kontrol sekuensial tetapi tidak baik untuk melakukan kontrol paralel. Bahasa BASIC menggunakan format teks dalam pemberian instruksinya.
31 2.3
Sistem yang Dikendalikan Objek yang digerakkan dan dikendalikan oleh sistem pneumatik serta PLC
adalah sebuah mobile robot dengan menggunakan motor sebagai penggerak. Dalam pembuatan mobile robot tersebut ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu bagian fisik mekanik dari robot serta intelegensia dari robot tersebut. Mekanik dari robot terdiri dari struktur robot berikut berikut komponen pendukungnya. Sedangkan intelegensia dari robot meliputi sistem pengendalian alat yang dipakai, algoritma pemrograman yang diberikan pada robot, penginderaan dan sebagainya. Dalam penelitian ini, hanya akan diteliti dan dikembangkan unsur mekanik dari robot, pergerakan khusus robot tersebut, dalam hal ini pergerakannya adalah menaiki dan menuruni tangga, dan juga penginderaan pada robot, berupa pendeteksi tangga dan dinding. Selain penginderaan robot juga harus dapat memberikan respon terhadap indera tersebut, maka dibutuhkan suatu motor pada penelitian ini. PLC bekerja mengendalikan berbagai plant yang kita miliki. Mengingat sinyalsinyal yang ditanganinya bervariasi dan merupakan informasi yang memerlukan pemrosesan saat itu juga, maka sistem yang kita miliki tentu memiliki perangkat pendukung yang mampu mengolah secara real time dan bersifat multi tasking,. Anda bayangkan bahwa pada suatu unit pembangkit tenaga listrik misalnya, PLC Anda harus bekerja 24 jam untuk mengukur suhu buang dan kecepatan turbin, dan kemudian mengatur bukaan katup yang menentukan aliran bahan bakar berdasarkan informasi suhu buang dan kecepatan di atas., agar didapatkan putaran generator yang diinginkan! Pada saat yang sama sistem pelumasan turbin dan sistem alarm harus bekerja baik baik di bawah pengendalian PLC. Suatu piranti sistem operasi dan komunikasi data yang
32 andal tentu harus kita gunakan. Teknologi cabling, pemanfaatan serat optik, sistem operasi berbasis real time dan multi tasking semacam Unix, dan fasilitas ekspansi yang memadai untuk jaringan komputer merupakan hal yang lazim dalam instalasi PLC saat ini.
2.3.1
Definisi Robot Istilah “robot” berasal dari buku yang berjudul “Rossum’s Universal Robot”,
(RUR) yang ditulis pada tahun 1921 oleh Karel Capek (Lorenzo Sciaviscco and Bruno Sicilliano, 1996), seorang yang berkebangsaan Checz. Pada bukunya dijelaskan robot berasal dari Slav Robota yang berarti pekerja yang spesial. Kamus besar The Heritage Dictionary mengartikan robot adalah sebuah peralatan mekanik eksternal yang dapat mengerjakan pekerjaan manusia atau mempunyai tindakan seperti manusia. Pada tahun 1970-an Robot Institute of America (Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002) mendefinisikan robot industri sebagai sebuah manipulator multifungsi yang dapat diprogram ulang, yang dirancang untuk memindahkan materi, benda, alat, atau peralatan khusus melalui gerakan dengan pemrograman variabel untuk melakukan tugas yang bervariasi Menurut Robotics Industry Association (1985) (Krist, T., dan Ginting, D., 1993), robot didefinisikan sebagai suatu manipulator banyak fungsi yang dapat diprogram ulang yang dirangcang untuk memindahkan material, komponen, perkakas, atau piranti khusus untuk meningkatkan kinerja berbagai tugas. Robot juga didefinisikan oleh Ron Arkin (1998) sebagai sebuah mesin yang mampu meng-ekstrak informasi dari
33 lingkungannya dan menggunakan pengetahuan tentang lingkungannya untuk beraksi secara selamat dengan cara yang sesuai yang diinginkan oleh pemrogramnya. Japanese Industrial Robot memberikan definisi robot menjadi enam tingkatan (Fu et al, 1987, ppl-6), yaitu: a. Peralatan manual (manual handling devices). b. Peralatan mengangkat dan meletakkan (pick and place devices). c. Manipulator
yang
variabelnya
dapat
diprogram
secara
berurutan
(programmable variable sequence manipulator), d. Robot yang diajar secara manual (robot taught manually). e. Robot yang dikendalikan dengan sebuah bahasa pemrograman (robots controlled by a programming language). f. Robot yang dapat beraksi terhadap lingkungannya (robots which can react to their environment). Seorang penulis buku fiksi ilmiah terkenal dari Rusia yang bernama Isaac Asimov memberikan tiga aturan penting mengenai sebuah robot, yaitu: a. Robot tidak boleh melukai manusia. b. Robot harus patuh pada perintah yang diberikan manusia, kecuali bila perintah tersebut melanggar hukum pertama. c. Robot dapat harus menjaga eksistensi dirinya sendiri, kecuali bila terjadi pelanggaran terhadap hukum pertama dan kedua.
34 Dengan melihat penjelasan-penjelasan diatas, secara umum robot harus memiliki sebuah intelegensia yang berasal dari algoritma pemrograman yang dibuat berdasarkan sistem pengendalian dan penginderaannya.
2.3.2
Kegunaan Robot Sesuai dengan definisi robot pada sub bab di atas, maka terdapat banyak
kegunaan dari robot (http://www.control-system-principles.co.uk). Secara umum kegunaan robot adalah untuk menggantikan kerja manusia yang membutuhkan ketelitian yang tinggi atau mempunyai resiko yang sangat besar atau bahkan mengancam keselamatan manusia. Sebagai contoh, seseorang yang bekerja di bagian welding di sebuah industri assembling kendaraan, akan mempunyai resiko kecelakaan kerja yang cukup tinggi. Maka untuk mengurangi resiko kerja tersebut perlu digunakan robot yang menggantikan kerja manusia di bidang tersebut, sehingga resiko kecelakaan kerja dapat dikurangi bahkan dihilangkan. Robot dapat juga berguna sebagai service robot (robot yang melayani manusia). Salah satu contoh service robot adalah Asimo.
2.3.3
Klasifikasi Umum Robot Berdasarkan sifat dari mobilitasnya, robot dapat diklasifikasikan kedalam 2
bagian, yaitu:
35 a. Fixed Robot, robot yang memiliki ruang kerja yang terbatas, pada base (bagian dasar robot) diletakkan pada sebuah benda tetap seperti panel atau meja. b. Mobile Robot, robot yang memiliki ruang kerja yang luas, pada bagian base robot dilekatkan sebuah alat gerak seperti roda atau ban serta kaki. •
Wheeled robot, robot yang bergerak dengan menggunakan perputaran roda atau ban.
•
Walking/Legged robot, robot yang bergerak dengan menggunakan perpindahan kaki.
2.3.4
Bagian-bagian Umum Robot Berdasarkan buku Robot Invasion yang diciptakan oleh Dave Johnson (2002),
robot memiliki bagian-bagian penting sebagai struktur fisik dan intelegensia dari robot, yaitu: a. Base Base adalah badan dari sebuah robot. Base dapat terbagi menjadi dua, yaitu yang dapat bergerak dan tidak bergerak. Robot yang dapat bergerak dinamakan mobile robot, sedangkan yang tidak bergerak dinamakan static robot.
36 b. Processor Processor adalah bagian intelegensia sebuah robot. Bagian ini yang dapat menentukan robot menjadi lebih pintar atau membuat keputusan. Cepat lambatnya robot mengambil keputusan didasarkan pada processor yang digunakan oleh robot tersebut. c. Sensor dan Aktuator Pada sebuah robot dapat diibaratkan indera pada robot seperti mata, telinga, hidung adalah sebuah sensor. Sensor digunakan sebagai pendeteksi adanya suatu halangan, benda, ataupun variabel lain yang dapat mempengaruhi cara kerja serta perilaku dari robot tersebut. Selain memiliki indera robot juga memiliki komponen seperti otot pada manusia. Fungsi otot pada robot digantikan oleh aktuator. Aktuator sendiri berfungsi untuk menggerakkan atau memberikan respon terhadap sensor yang diterima oleh robot.
2.3.5
Struktur Mekanika Robot Mekanika adalah suatu ilmu yang menggambarkan dan memperhitungkan
kondisi benda yang diam atau bergerak karena pengaruh gaya yang beraksi pada benda. Pada umumnya mekanika dibagi menjadi tiga bagian besar, yaitu mekanika benda tegar, mekanika benda berubah-ubah, dan mekanika fluida. Sedangkan mekanika benda tegar akan terbagi lagi menjadi statika (berhubungan dengan benda diam) dan dinamika (berhubungan dengan benda bergerak).
37 Penelitian ini dibatasi hanya akan menjelaskan mekanika benda tegar statika. Sifat statis dari sebuah robot merupakan perhitungan keseimbangan dari struktur robot tersebut dalam berbagai postur. Dalam melakukan perancangan struktur robot pada penelitian ini, terdapat unsur mekanik dan unsur pneumatik. Letak dari komponen mekanik maupun pneumatik akan mempengaruhi keseimbangan statis dari strukur robot tersebut.
2.3.6
Definisi Motor Motor DC (Direct Current) atau motor arus (http://www.bexi.co.id) searah
termasuk dalam kategori jenis motor yang paling banyak digunakan baik dalam lingkungan industri maupun elektronik. Motor DC memiliki 2 jenis, yaitu motor DC brushed dan motor DC brushless. Motor DC brushed akan menghasilkan kecepatan langsung dari sumber energy DC yang diaplikasikan pada motor. Keuntungan menggunakan motor DC brushed adalah torsi yang besar, daya tahannya baik dan mudah untuk mengontrol kecepatan motor. Kerugian dari motor DC brushed adalah perawatan tinggi dan waktu penggunaan hanya sebentar apabila menggunakan aplikasi yang berat dan kecepatannya lebih lambat dibandingkan motor brushless. Motor DC brushless merupakan suatu solusi dari kelemahan yang ditimbulkan motor DC brushed. Tipe motor DC ini mempunyai keuntungan dari motor DC brushless, termasuk daya pakai yang lama, perawatan yang mudah, dan efisiensi yang baik. Kerugian menggunakan motor DC brushless adalah torsi yang dihasilkan lebih kecil dan pengaturan kontrol kecepatan yang lebih rumit.
38 Pada penelitian ini hanya dibatasi dengan menggunakan motor DC tipe brushed karena pada aplikasinya motor brushed memiliki torsi yang besar sehingga mampu menggerakkan robot dari satu tempat ke tempat yang lain dengan beban yang ada. Motor DC brushed ini juga nantinya akan digunakan untuk mengatur kecepatan pergerakan mobile robot dalam menaiki dan menuruni tangga.
2.4
Analisa Stabilitas dan Keseimbangan Analisia kestabilan adalah kajian atas proses perkembangan suatu sistem yaitu
seberapa jauh perkembangan sistem yang dimodelkan menyimpang dari titik keseimbangan
yang
akan
dicapainya
(http://www.tutor.com.
my/tutor
/daily/eharian_04.asp?h=40318&e= STPM&s= EKO&ft=FTN). Analisa ini dibutuhkan untuk menjaga agar sistem ini tetap seimbang dalam melakukan pergerakan. Sistem memperoleh keadaan keseimbangan bila jumlah momen yang terdapat pada sistem tersebut adalah nol. Apabila tidak seimbang akan mengakibatkan sistem akan terjatuh. Hal ini harus dihindarkan agar sistem dapat berjalan sebagaimana mestinya. Untuk menghindari hal ini, maka ada berbagai macam cara, salah satunya adalah dengan memberi beban tambahan pada sistem sehingga mendapatkan keseimbangan. Berikut adalah gambarang tentang stabilitas dan keseimbangan.
39
Gambar 2.13 Ilustrasi titik keseimbangan Pada gambar diatas dapat dijelaskan bahwa gambar bagian A adalah gambar posisi ideal keseimbangan. Sedangkan pada bagian B apabila bagian kanan tidak diberi beban yang sesuai, maka sistem akan terjatuh. Dengan pertimbangan gambar diataslah tercetus ide menerapkan sistem pemindah beban pada sistem ini agar keseimbangan dapat dicapai.
