BAB I1 TINJAUAN PUSTAKA A. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) Sekarang sistem kendali sudah meluas sampai ke seluruhan proses dalanl dalam berbagai kegiatan produksi pada indusri dan sistem kendali dikombinasikan dengan kontrol dengan feedback, pemrosesan data dan sistem monitor terpusat sehingga memungkinkan semua proses dapat berjalan secara otomatis. Programmable logic controller (PLC) pada awalnya di rancang untuk keperluan
otomatisasi dalam industri, sehingga PLC dapat menangani berbagai tugas yang komplek seperti dalam pengendalian temperatur, pengendalian berbagai mesin produksi terutama dalam industri yang menuntut ke presisian yang tinggi seperti perakitan body kendaraan, pengelasan, pengecatan. PLC memiliki keunggulan yang signifikan, karena sebuah perangkat pengontrol yang sama dapat dipergunakan di dalam beraneka ragam sistem kontrol. PLC serupa dengan komputer
namun,
bedanya
komputer
dioptimalkan
untuk
tugas-tugas
penghitungan dan penyajian data, sedangkan PLC dioptimalkan untuk tugas-tugas pengontrolan dan pengoperasian didalam lingkungan industri. PLC dilengkapi juga dengan peralatan input dan ozttput yang sudah tertanam, peralatan input (port
IN)biasanya dihubungkan dengan sensor, seperti sensor linzit switch, tenzperatur indicators dan lain sebagainya. Peralatan output (port OUT) PLC bisa
dihubungkan dengan bermacam aktuator, seperti electric motor, pneumatics atau hydraulic cylinder. Banyaknyaport pada PLC mengindikasikan kemampuan PLC
tersebut untuk menangani berbagai macam pekerjaan. PLC dapat di terapkan dalam berbagai kebutuhan pengendalian karena mudah dalarn instalasi, mudah dalam pengoperasian, mudah dalam pemrograman. Dalam suatu sistem otomatisasi berbasiskan PLC, PLC digunakan sebagai pengendali utama dengan suatu program aplikasi yang disimpan di dalam memori PLC. PLC akan melakukan tugasnya sebagai pengendalian, pengawasan sesuai dengan program yang diberikan kepadanya dan sistem pengawasan terpusat, ha1 ini dimungkinkan karena PLC memiliki jalur komunikasi serial RS-232.
Sebelum adanya PLC sudah banyak peralatan kontrol sekuensial, semacam cam sahft dan drum. Ketika relay muncul, panel konhol dengan relay menjadi
kontrol sekuens yang utama. Ketika transistor muncul, solid state relay diterapkan pada bidang dimana relay elektromagnetik tidak cocok diterapkan seperti untuk kontrol dengan kecepatan tinggi. Sistem tersebut bisa dikatakan sistem kendali pengkawatan atau wired logic. Sistem kendali wired logic pada umumnya hanya dibuat untuk tujuan khusus, hanya satu tugas yang dapat dikerjakan misalnya untuk pengendalian temperatur udara, pengendalian roda berjalan dalam indushi perakitan, dan sebagainya. Sistem kendali wired logic mempunyai kelemahan jika akan melakukan perubahan sangat sulit dan skala yang di kontrol kecil begitu juga dalam melakukan perawatan sangatlah sukar ha1 ini sangat tidak effisien bila ditinjau dari segi ekonomi. PLC lebih menawarkan keuntungan yang lebih baik dibanding jenis pengendali wired logic antara lain (1). PLC dirancang untuk tujuan secara umum, (2). Mudah dalam melakukan perubahan, cukup dengan mengubah melalui program PLC tersebut, (3). Mudah dalam perawatan, (4). Memungkinkan pengendalian beberapa variabel secara bersamaan. Sistem kendali berbasiskan PLC dapat dilakukan perubahan dengan cepat hanya dengan mengubah program tersebut, tidak perlu mengganti keseluruhan jalur kelistrikan, selain itu PLC mudah dalam perawatan karena tidak ada kontak fisik di dalam komponen PLC tersebut seperti pada relay yang digunakan pada sistem kendali wired logic dan program yang ditanamkan tidak akan hilang atau berubah jika tidak dilakukan perubahan, walaupun aliran listrik dipadamkan. PLC juga dapat menangani berbagai macam variabel seperti pengendalian temperatur, perintah manipulasi data yang memungkinkan pengendali yang dapat dipfogram ha1 ini yang memberikan kemampuan PLC di atas sistem kendali berbasiskan wired logic.
Sebuah PLC terdiri dari sebuah Central processing unit (CPU) yang berisi mikroprosesor yang menjemahkan sinyal-sinyal input dan melaksanakan tindakan pengendalian, sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambil sebagai sinyal-sinyal
kontrol ke antarmuka output. Gambar diagram blok dari PLC (Gopal M 2004) disajikan dalam Gambar 1:
:-1-
Signal dari + input, sensor
signal
interface
interface
Memory
untuk aMuatol
Gambar 1 Diagram blok PLC Unit memori merupakan tempat dimana bagian program yang akan digunakan oleh mikroprosesor disimpan. Bagian input dan output adalah bagian menerima dan mengeluarkan informasi dari dan ke mikroprosesor.
Secara
teknis dalam memilih PLC hams memperhatikan (1). Banyaknyaport input dan tipe input yang dimiliki PLC, (2). Banyaknya port output dan tipe oztlput yang dimiliki PLC, (3). Jenis memori yang digunakan PLC, (4). Peralatan pendukung, seperti handled progranznzing console, ladder support sofiware, PROM writer. Banyaknya port input dan port outpzrt menentukan juga berapa banyak peralatan
input, output dan aktuator yang dapat ditangani, jenis memori yang digunakan bermacam-macam seperti RAM, ROM, EPROM dan EEPROM, beberapa PLC juga dilengkapi dengan handled programming console jadi untuk melakukan pemrograman tidak perlu menggunakan personal computer atau PC dan ladder
support sofiare. 1. INTERFACE INPUT DAN OUTPUT
Interface input dan output pada PLC telah disediakan secara built-in didalamnya untuk menghubungkan PLC dengan sistem dunia luar, ha1 ini yang memungkinkan dibuatnya sambungan-sambungan antara perangkat-perangkat input, semisal sensor, dengan perangkatperangkat output semisal motor atau selenoida. Jenis interface input dan oulput yang paling umum adalah jenis diskrit. Jenis inte$ace ini dengan cara menyambung atau memutuskan aliran arus listrik kepada suatu komponen, konsep ini merupakan konsep dari sistem kendali ON
atau OFF. PLC berbasiskan digital hanya dapat membaca logika program ON atau OFF. Setiap titik input atau output memiliki sebuah alamat yang unik yang dapat digunakan oleh CPU. Transducer adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Sensor adalah jenis suatu peralatan yang dapat merubah suatu variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus (Petruzella FD. 2001). Sensor dapat menghasilan atitput digital dan analog, Sensor yang menghasilkan sinyal digital atau diskrit, yaitu kondisi hidup atau mati, seperti pada Gambar 2 yang menghasilkan nilai logika 1 jika sakelar tertutup, menghasilkan nilai logika 0 jika sakelar terbuka, sensor seperti ini dapat dengan mudah dihubungkan ke port-port input PLC. Sensor yang menghasilkan sinyal analog harus dikonversikan dahulu menjadi sinyal digital sebelum dihubungkan keport-port PLC.
Gambar 2 Sensor sakelar Port-port output sebuah PLC dapat berupa tipe relay atau tipe isolator optik dengan fransistor atau tipe triac, bergantung pada perangkat yang akan dikontrol. Secara umum, sinyal digital dari salah satu kanal output sebuah PLC digunakan untuk mengontrol suatu proses. Istilah aktuator digunakan untuk perangkat yang merubah sinyal listrik menjadi gerakan-gerakan mekanis. ~ e l a (relay) i adalah alat yang dioperasikan dengan listrik yang secara mekanis mengendalikan perhubungan rangkaian listrik. Relay berguna untuk mengendalikan rangkaian bertegangan dan berarus besar dengan sinyal kendali bertegangan dan berarus kecil. Ketika arus mengalir melalui elektromagnet pada relay kendali mekanis (Gambar 3), medan magnet yang menarik lengan besi dari jangkar pada inti terbentuk. Akibatnya,
kontak pada jangkar dan kerangka relay terhuhung (Petruzella FD 2001).
Gambar 3 Simbol relay
2. PEMROGRAMAN PADA PLC
Dalam pemrograman PLC terdapat dua buah ha1 yang utama yaitu : a. Bahasa Pemrograman Ladder Diagram
Diagram tangga (ladder diagram) merupakan bentuk program yang paling banyak digunakan untuk rangkaian kontrol. Ladder diagram adalah teknik khusus yang digunakan untuk mendisain dan menggambarkan rangkaian logika relai dan merupakan hasil dari mentejemahkan suatu proses atau plant (plant adalah objek yang dikendalikan). Awalnya ladder diagram merupakan simbol-simbol dari rangkaian relay pada
sistem kendali wired logic untuk sebuah proses otomatisasi yang kemudian diterjemahkan kedalam perangkat lunak. Program yang ditulis ke dalam memori dalam bentuk diagram tangga adalah berupa instruksi bit (logic relay) yang mewakili masukan (input)dan keluaran (output).Melalui ladder diagratn menggambarkan aktif atau tidaknya suatu peralatan. Dalam menggambarkan ladder diagram diterapkan aturan tertentu :
1. Garis-garis
vertikal
diagram
mempresentasikan
komponen - komponen yang tersambung. 2. Tiap-tiap anak tangga mewakili sebuah operasi di dalam proses kontrol. 3. Tiap-tiap anak tangga dibaca dari kiri ke kanan, dari
atas ke bawah. Setiap anak tangga hams dimulai
dengan sebuah input atau sejumlah input dan harus diakhiri dengan output. 4. Setiap input dan output diidentifikasi dengan alamat-
alamatnya yang mengidentifikasikan di dalam memori PLC. Dalam beberapa ha1 situasi kendali mengharuskan dilakukan tindakan - tindakan yang dilaksanakan ketika suatu kombinasi dari kondisi
-
kondisi tertentu dipenuhi, maka ha1
itu melibatkan fungsi-fungsi logika AND, OR, NAND , NOR dun XOR [OIRO].Tabel instruksi bisa di lihat pada Lampiran
satu. b. Bahasa Pemrograman Daftar Instruksi (Mizemonik)
Bahasa pemrograman daftar instruksi tiap-tiap kode diasosiasikan dengan sebuah elemen diagram tangga. Pada pemrograman mnemonik ini berbasiskan teks, dimana jika kita hendak mendefinisikan sebuah anak tangga harus digunakan misal LD, atau mungkin A atau L yang mengindiiikasikan kontak-kontak tersebut terbuka. Kode nznerrzonik bermacammacam tergantung pada pabrik pembuat PLC tersebut. Pada gambar dibawah menggambarkan sebuah anak tangga mengimplementasikan sebuah gerbang AND. Gambar 4 sebuah aplikasi gerbang AND pada ladder diagram. Langkah 0 didefinisikan dengan LD artinya kontak membuka, dan sakelar input diberi alamat X500 maka instruksi mnemonik yang digunakan pada langkah 0 adalah LD X500. Kemudian diikuti oleh sakelar input selanjutnya yang diberi alamat X501, sehingga pada langkah 1 mengimplementasikan gerbang AND
X501 dan pada langkah 2 anak tangga ini diakhiri dengan sebuah output yang mempunyai alamat Y530, maka kode mnemonik untuk output tersebut OUT Y530.
Program tersebut dapat dituliskan sebagai: Langkah
Instruksi
0
LD
X500
1
AND
X501
2
OUT
Y530
Gambar 4 Aplikasi pada gerbang AND
3. PEWAKTU (TIMER)
Pewaktu (Timer) adalah sesuatu yang sangat dibutuhkan untuk otomatisasi dalam sistem kendali. Sebagai contoh, berapa lama sebuah pompa atau kipas harus diaktifkan, berapa lama sebuah katup membuka atau menutup. PLC sudah dilengkapi dengan kemampuan untuk menghitung waktu pada sebuah atau beberapa proses, sehingga tidak perlu lagi penambahan sistem pewaktuan di luar dari clock internal CPU. Pewaktu mengukur (atau menghitung) waktu dalam satuan detik atau sepersekian detik dengan menggunakan piranti clock internal CPU. P e w a h (Timer) pada PLC berperan sebagai sebuah ozrtput untuk sebuah anak tangga program mengendalikan kontak-kontaknya yang terletak pada anak tangga lain. Gambar 5 salah satu contoh penggunaan timer.
Gambar 5 Penggunaan timer pada program Pada PLC terdapat beberapa bentuk timer seperti on-delay, offdelay, pulsa. Gambar (Gambar 6(a)) semacam ini akan hidup setelah suatu perioda waktu tunda yang telah ditetapkan. Timer off-delay
berada dalam keadaan hidup selama periode waktu yang telah ditetapkan dan kemudian mati (Gambar 6(b)). Jenis timer lainnya adalah tinier pulsa. Tinier jenis ini berubah menjadi aktif atau tidak aktif selama periode waktu yang telah ditetapkan (Gambar 6(c) dan
Gambar 6 Timer: (a) on-delq, (b) off-delay, (c) timer pulsa dan (d) timer pulsa (Bolton W 2004) Durasi waktu yang ditetapkan untuk sebuah timer disebut sebagai waktu preset dan besarnya adalah kelipatan dari satuan atau basis waktu yang digunakan.
4. PENGHITUNG (COUNTER)
Sebuah piranti pencacah (counter) memungkinkan dilakukan pencacahan terhadap sejumlah sinyal yang masuk atau yang keluar. Sebuah counter ditetapkan untuk menghitung suatu nilai tertentu dm, ketika pulsa-pulsa dengan jumlah yang diterima sama dengan jumlah yang ditetapkan maka counter akan mengoperasikan kontakkontaknya. Terdapat dua tipe counter, up-counter dan down-counter. Pencacah maju (up-counter) akan melakukan penghitungan dari no1 sampai nilai yang ditetapkan, Pencacah mundur (downcounter) akan melakukan penghitungan dari nilai yang ditetapkan sampai dengan nol.
B. SISTEM BERCOCOK TANAM SECARA HIDROPONlK Istilah hidroponik (hydroponic) digunakan untuk menjelaskan salah satu cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanam untuk tumbuhan, dalam sistem hidroponik ini fungsi tanah digantikan oleh media lain seperti arang sekam, pasir, kerikil zeolit atau air sebagai media tanam. Dalam hidroponik, fungsi tanah sebagai tempat berpegangan akar digantikan media tersebut, tetapi media tersebut tidak dapat menyediakan unsur hara yang dibutnhkan oleh tanaman, Untuk mengatasi pemberian unsur hara tersebut maka dibuat larutan nutrisi (Toni, 2004). Prinsip dasar cara bercocok tanam secara hidroponik ada beberapa macam, diantaranya Nutrient Filrrz Technique (NET), Floating Hidroponic systenz (FHS), hidroponik substrat dan aeroponik. Hidroponik substrat tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat (bukan tanah) yang dapat menyerap atau menyimpan nutrisi, air, dan mendukung akar tanaman. Menurut Chotai dan Young (1991) diacu dalam Chadirin (1998), sistem NFT, hara disirkulasikan kembali secara tertutup sehingga suatu larutan tipis air dan hara sirkulasi terus menerus melewati saluran-saluran dimana akar tanaman tumbnh. Suhu, konsentrasi ion dan derajat keasaman larutan nutrisi dalarn sistem
NFT dimonitor dan dikendalikan dalam beberapa cara. Untuk menjaga suhu larutan agar tidak terlalu tinggi digunakan alat pendingin. Pengendalian derajat keasaman dikendalikan dengan cara menambahkan zat asam atau basa. Dalam penelitian ini suhu ruangan, suhu larutan nutrisi dan derajat keasaman akan dikendalikan dengan sebuah PLC. Cara lain untuk menyalurkan nutrisi tersebut dilakukan dengan merendam dan alir selanjutnya akan disebut ebb andflow. Cara rendam dan alir ini media tanam akan direndam pada saluran irigasi lalu larutan nutrisi akan dialirkan pada saluran tersebut, proses perendaman dan pengaliran nutrisi ini tidak bersifat kontinyu. Cara ini dilakukan bergantian apabila larutan nutrisi tidak mencukupi untuk mengairi seluruh media tanam dan larutan nutrisi akan terus disirkulasikan. Proses pemberian nutrisi dilakukan dengan cara perendaman pot dalam i a ~ t a n nutrisi selama
* 30 menit (Ratri, 2001), selama pengisian saluran pembuangan
dalam keadaan tertutup, pada saat perendaman semua saluran dalam keadaan tertutup. Pada saat pembuangan, hanya saluran pembuangan yang terbuka. Larutan nutrisi akan dipompa Bagan aliran nutrisi secara rendam dan alir dapat dilihat pada Gambar 7. Lamnnutisi
Pornpa
Laruran numsi
penarnpung numsi
t
Media tanarn
I Tenold penarnpung
Gambar 7 Bagan aliran nutrisi secara ebb andjow (Ratri,2001)
C. DERAJAT KEASAMAN Derajat keasaman atau pH (Potential of Hidrogen) adalah bagian terpenting dalam pertumbuhan tanaman. Derajat keasaman digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. Nilai pH ini diukur dengan skala 1 sampail4, pH dengan angka 7 disebut netral. Jika unsur pH di bawah 7 maka dikatakan bersifat asam dan di atas 7 disebut bersifat basa (Krisnan, 2006). Asam adalah senyawa yang mengandung hidrogen (H') dan basa adalah senyawa yang mengandung ion hidroksil (OH' ). Tingginya nilai derajat keasaman (pH) larutan nutisi akan mempengaruhi beberapa mineral yang dibutuhkan tanaman. Derajat keasaman larutan nutrisi berada pada kisaran pH 5.5
-
6.5 atau
bersifat asam. Pada kisaran tersebut daya larut unsur-unsur hara m a k o d m mikro sangat baik. Bila angkanya berada di bawah pH 5.5 atau di atas 6.5 maka unsur hara tidak sempurna lagi. Bahkan, unsur hara mulai mengendap sehingga tidak dapat diserap oleh tanaman. Akibatnya, tanaman menampakkan gejala defisiensi unsur hara tertentu (Sutiyoso, 2003). Sistem NFT membutuhkan tambahan beberapa macam zat makanan. Unsurunsur yang diperlukan dilarutkan dalam air, menurut Hanan (1978) nutrisi tanaman secara umum dibagi menjadi dua bagian, unsur makro dan unsur mikro. Unsur makro meliputi Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (0), Nitrogen (N), Fosfor (P), Potasium (K), Sulfur (S), Kalsium (Ca), Magnesium (Mg), sedangkan
unsur mikro meliputi Zat Besi (Fe), Mangan (Mn), Boron (B), Seng (Zn), Tembaga (Cu) dan Molybdenum (Mo). Mineral yang diserap oleh akar sebagai kations separti N&+, K+, ca2+, Na',
H~Po:-,
~0:-dan
dan anion seperti NO;,
HzPO;,
C1-. Unsur-unsur tersebut diserap oleh tanaman tetapi tidak
dalam jumlah yang seimbang, sehingga mengakibatkan perubahan-perubahan nilai pH. Untuk mengatasinya diperlukan pengendalian pH pada kisaran yang optimum. Pengnkuran dan pengendalian aktifitas konsentrasi ion dalam nutrisi untuk bercocok tanam secara hidroponik dengan komputer pernah dilakukan oleh Glass
A.D.M el al. (1987), mengukur konsentrasi ion K+dan NO< berdasarkan setpoint dan toleransi dari larutan nutrisi yang dikendalikan. Pemanfaatan komputer untuk mengendalikan keseimbangan asam dan basa pernah dilakukan oleh Wollenweber (1997), cara yang dilakukan adalah dengan menetapkan set point untuk nutrisi kemudian dilakukan perbandingan untuk melihat perubahan pH dari hasil pengukuran dengan set point, bila terjadi selisih maka larutan asam atau b a a yang akan ditambahkan.
D. TANAMAN I(RISAN (CIIRYSANTHEMUIM) Bungan krisan (Chrysanthemum sp.) merupakan tanaman semusim yang termasuk dalam famili Compositae, umur tanaman krisan antara 90 sampai 120 hari, tergantung pada varietas dan lingkungannya. Faktor-faktor yang mempengaruhi tanaman krisan adalah cahaya, temperatur udara, kelembaban udara, COz, derajat keasaman media dan nutrisi. Di daerah tropis, seperti Indonesia, temperatur yang paling baik untuk pertumbuhan tanaman krisan adalah antara 20 sampai 26% (siang hari). Toleransi tanaman krisan terhadap faktor temperatur untuk tetap turnbuh baik adalah antara 17 sampai 3 0 ' ~ . Temperatur berpengamh terhadap kualitas pembungaan krisan. Temperatur yang ideal untuk pembungaan yaitu antara 16 sampai 18'~. Pada temperatur yang tinggi (lebih dari 1 8 ' ~ )bunga krisan cendemng berwama kusam, sedangkan temperatur yang rendah (kurang dari 1 6 ' ~ )berpengamh baik terhadap wama bunga, karena cendemng makin cerah.
Bunga krisan dapat tumbuh dengan media yang mempunyai keasaman antara 6,O sampai 8,O (Tatum D, Crouse K, 2006), pendapat lain bunga krisan dapat tumbuh dengan media yang mempunyai pH berkisar antara 5,8 sampai 6,5 (Supendi, 2002). Dengan menjaga keasaman larutan nutrisi dalam batas optimum menyebabkan tanaman mampu menyerap nutrisi secara optimum. Sistem kendali yang dikembangkan digunakan untuk menjaga larutan nutrisi pada kondisi pH antara 6,O sampai 6,5.
