BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM 3.1
Pengantar Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan perealisasian
keseluruhan sistem yang meliputi perangkat keras dan perangkat lunak. Pada perancangan perangkat keras akan dibahas mengenai perancangan dan perhitungan dari tiap modul yang digunakan serta keterangan mengenai modul yang digunakan tiap bagian, dan juga gambaran dari pengkabelan masukan dan keluaran pada PLC. Diagram kotak perangkat keras dapat dilihat pada Gambar 3.1. POWER AC SENSOR SUHU
P
MIXER
KONVEYOR PENDETEKSI SEKAT LOYANG DRIVER PENUANG ADONAN
LS ATAS PINTU OVEN LS BAWAH PINTU OVEN
L
DRIVER PINTU OVEN
LS ATAS PENUANG
LS BAWAH PENUANG
MOTOR PENEKAN ADONAN
MENYALAKAN OVEN
C TOMBOL MASUKAN
Gambar 3.1. Diagram Kotak Perangkat Keras
13
14
3.2
Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras akan dibahas pada setiap proses yang ada
pada dasar sistem. yaitu meliputi pencampuran, penuangan, pencetakan, dan pengovenan. Proses – proses tersebut berjalan secara berurutan. Untuk memudahkan jalannya proses, maka peletakan mekanis harus diperhatikan. Pada bagian mekanik pencampuran adonan diletakkan pada bagian paling atas, supaya bisa dilakukan penuangan ke dalam box pencetak adonan. Box pencetak adonan diletakkan di bawah mekanik pencampuran adonan membentuk posisi L. Konveyor diletakkan memanjang di bawah box pencetak adonan, agar pencetak dapat mengisi lubang pada loyang. Bagian pengovenan diletakkan pada sebelah sisi kiri dari oven, tepat sesudah loyang keluar dari mesin pencetakan, untuk mempermudah pengambilan loyang setelah adonan dicetak. Bagian elektronis dan PLC, diletakkan dibawah meja pengovenan. Pemilihan COM keluaran PLC perlu diperhatikan, agar tidak menghabiskan banyak kabel dan konektor. Konfigurasi keluaran dengan pasangan COM ditunjukkan pada tabel 3.1. Tabel 3.1. Tabel Pasangan COM COM
Pasangan COM
0
Y0
1
Y1
2
Y2, Y3
3
Y4,Y5
4
Y6,Y7
5
Y10,Y11
6
Y12,Y13
7
Y14,Y15,Y16,Y17
8
Y20,Y21,Y22,Y23
9
Y24,Y25,Y26,27
Pada pasangan COM di atas terlihat bahwa COM7, COM8 dan COM9 mempunyai keluaran yang lebih banyak. Maka COM dan pasangan keluaran yang akan digunakan adalah COM7, COM8 dan COM9. Dengan penjelasan yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.
15
Tabel 3.2. COM yang dipakai dan Keterangan COM
Keterangan
7
pasangan keluaran Y17 dan Y15. Y17 digunakan untuk mengaktifkan sirene dan Y15 digunakan untuk menggerakkan pemotong adonan pada bagian mesin pencetak.
8
pasangan keluaran Y20, Y21, Y22, Y23. Y20 digunakan untuk mengaktifkan motor konveyor. Y21 digunakan untuk mengaktifkan
motor
extruder.
Y22
digunakan
untuk
mengaktifkan motor pencampur adonan. Y23 digunakan untuk mengaktifkan kompor listrik. 9
pasangan keluaran Y24, Y25, Y26, Y27. Y24 dan Y25 digunakan untuk mengaktifkan driver motor penuang adonan. Y26 dan Y27 digunakan untuk mengaktifkan driver motor pintu oven.
3.2.1
Pencampuran Adonan Pada bagian pencampuran adonan digunakan motor AC 220 dengan
kecepatan 1400 RPM. Motor ini digerakkan secara otomatis oleh PLC dengan pengkabelan seperti Gambar 3.2. Motor ini disambungkan pada bagian atas salah satu baling – baling pencampur. Seperti terlihat pada Gambar 3.3. Pencampur adonan akan bergerak saat tombol START yang terhubung pada bagian masukan PLC X0 ditekan. Sedangkan tombol STOP digunakan untuk menghentikan semua proses yang berjalan. Untuk pengkabelan tombol masukan terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.2. Konfigurasi Pengkabelan MOTOR AC
16
Gambar 3.3. Mekanik Pencampur Adonan (ukuran dalam mm)
Gambar 3.4. Konfigurasi Pengkabelan Tombol Masukan Tombol START dan tombol STOP dalam perealisasiannya digunakan jenis tombol push on. 3.2.2
Penuangan Adonan
Gambar 3.5. Skematik dan Pengkabelan Penuang Adonan
17
Bagian penuangan adonan ini, akan menggerakkan mekanik pencampur adonan agar tertuang ke dalam box pencetak adonan. Untuk menggerakkan penuang ini, dibutuhkan motor DC dengan torsi yang besar, karena beban dari mekanik pencampur dan adonannya berat. Maka digunakan motor DC power window dengan catu daya menggunakan power supply yang biasa digunakan pada CPU (Central Processing Unit). Agar motor bisa bergerak 2 arah (naik-turun) pada perancangan ini digunakan driver motor menggunakan relay dengan skematik dan pengkabelan seperti Gambar 3.5.
Gambar 3.6. Mekanik Penuang Adonan
Gambar 3.7. Pengkabelan Limit Switch Penuang Agar bisa menuang adonan, bagian mekanik mixer diputar vertikal ke arah box pencetak adonan, dengan metode ulir. Bentuk mekanik metode ulir ditunjukkan pada Gambar 3.6. Untuk mendeteksi posisi awal mekanik penuang
18
dan posisi akhir saat berhenti untuk menuang digunakan limit switch yang dipasang pada bagian penyangga pencampur adonan. Bentuk pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 3.7. Peletakan limit switch ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Peletakan limit switch 3.2.3
Pencetak Adonan Bagian pencetak adonan ini terdiri dari beberapa komponen pendukung yaitu: 1. Box Pencetak 2. Konveyor 3. Loyang dan Pendeteksi Loyang 4. Pemotong adonan
3.2.3.1 Box Pencetak Adonan Box Pencetak adonan ini mendorong adonan ke ujung keluaran box pencetak, menggunakan 2 buang motor DC dengan cara menggerakkan extruder (lihat Gambar 2.7) . Pengkabelan dari motor ditunjukkan pada Gambar 3.9. Bentuk mekanik dari box pencetak ditunjukkan pada Gambar 3.10
19
Gambar 3.9. Pengkabelan Motor Extruder
Gambar 3.10. Mekanik Box Pencetak 3.2.3.2 Konveyor Konveyor ini digerakkan oleh 1 buah motor DC dan menggunakan IC regulator untuk mengatur kecepatan dari konveyor. Pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 3.11. Regulator yang digunakan menggunakan IC LT1083 dengan output
20
maksimal 12V, dengan bentuk untai seperti Gambar 3.12. Untuk menghitung nilai R1 dan R2 pada untai tersebut digunakan persamaan yang terdapat pada datasheet LT1083 yang ditunjukkan pada Persamaan 3.1. = 1,25. 1 +
...........................................................................(3.1)
Gambar 3.11. Pengkabelan Motor Konveyor
Gambar 3.12. Skematik Regulator LT1083
Dengan menetapkan nilai R2 sebesar 5000 Ω, menggunakan potensio, dan Vout sebesar 12V , maka diperoleh nilai R1 sebesar 12 = 1,25. 1 + 1 = 581Ω
.
............................................................................(3.2)
21
Nilai R1 sebesar 581Ω tidak terdapat di pasaran, untuk itu pada perancangan nilai R1 diganti dengan 560Ω. Pada bagian mekanik konveyor terdapat pembatas untuk memudahkan peletakan loyang. Bentuk konveyor ditunjukkan pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Mekanik Konveyor 3.2.3.3 Loyang dan Pendeteksi Loyang
Gambar 3.14. Bentuk Loyang Loyang yang digunakan untuk pencetak memiliki ukuran 30 x 30 cm. Dengan bentuk seperti Gambar 2.9, hasil dari perealisasian ditunjukkan pada Gambar 3.14. Untuk bisa mendeteksi loyang digunakan sensor infra merah
22
menggunakan modul dari Autonics dengan seri BYD-30DDT. Sensor ini memiliki kemampuan maksimal mendeteksi benda sejauh 10 sampai 30 mm. Keluaran dari sensor ini bisa langsung dihubungkan pada masukan PLC. Bentuk dari sensor ini terlihat pada Gambar 3.15. pengkabelan dari sensor ini ditunjukkan pada Gambar 3.16.
Gambar 3.15. Autonics BYD-30DDT
Gambar 3.16. Pengkabelan Sensor
Gambar 3.17. Letak Mekanik Sensor Inframerah
23
Sensor inframerah diletakkan di sebelah kiri dari box pencetak, dengan posisi mekanik seperti Gambar 3.17, agar mudah disesuaikan dengan ujung keluaran pencetak adonan dan loyang pencetak. 3.2.3.4 Pemotong Adonan
Gambar 3.18. Skematik dan Pengkabelan Pemotong Adonan Pemotong adonan ini bertujuan agar pada saat berhenti adonan tidak menetes keluar loyang pencetak. Pemotong adonan ini digerakkan oleh motor DC dengan bentuk skematik dan pengkabelan seperti Gambar 3.18. Mekanik adonan ini terletak diujung keluaran box pencetak adonan. Bentuk mekanik dari pemotong adonan ditunjukkan pada Gambar 3.19.
Gambar 3.19. Mekanik Pemotong Adonan
24
3.2.4
Pengovenan Adonan Pada proses Pengovenan adonan, akan digunakan kompor listrik untuk
memanaskan oven. Bentuk pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 3.20.
Gambar 3.20. Pengkabelan Kompor Listrik
Gambar 3.21. Bentuk Thermocouple Untuk mendeteksi suhu di dalam oven digunakan Sensor thermocouple. Bentuk sensor dari thermocouple ini ditunjukkan pada Gambar 3.21. Keluaran dari sensor thermocouple berupa tegangan yang mempunyai sinyal sangat kecil yaitu pada suhu 300C sekitar ≈ 0,021 mV. Sedangkan untuk masukan analog dibutuhkan minimal 0,3mV untuk melakukan perubahan tiap 1 desimal. Nilai 0,3 mV tersebut didapat dari perhitungan menggunakan Persamaan 3.3. =
!"#$%&'( !)*+
,16383 ...................................................(3.3)
Dengan mengatur tegangan referensi (Vref) sebesar 5 volt pada program PLC, maka untuk setiap perubahan 1 desimal (VinPLC) mempunyai perhitungan sebagai berikut 1=
!"#$%&'(
,16383.................................................................................(3.4)
25
$/01( =
......................................................................................(3.5)
2343
$/01( = 0.3
Gambar 3.22 Sensor Thermocouple dan Untai penguat instrumentasi
Gambar 3.23. Pengkabelan Penguat Instrumentasi ke Masukan Analog Untuk itu dibutuhkan penguat instrumentasi dengan jenis IC L1920 , untuk memperkuat sinyal keluaran Thermocouple. Bentuk untai ditunjukkan pada Gambar 3.22. Dengan menggunakan Persamaan 3.6, keluaran thermocouple akan diperkuat 1000x. dengan cara sebagai berikut: 1000 =
67.68Ω 9
+ 1.......................................................................................(3.6)
: = 49.05Ω Karena tidak ada nilai 49Ω maka nilai RG ganti 50Ω dengan memasang 100Ω secara paralel. Setelah keluaran sensor thermocouple diperkuat, maka langsung diumpankan pada bagian analog input pada PLC, dengan pengkabelan seperti Gambar 3.23.
26
Untuk menggerakkan pintu oven digunakan motor DC yang menggunakan driver motor agar bisa bergerak 2 arah (naik-turun). Bentuk untai dan pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 3.24. Agar pintu oven berhenti pada titik yang ditentukan, maka digunakan limit switch dengan untai seperti Gambar 3.25. bentuk dari mekanik Oven dan peletakan sensor ditunjukkan pada Gambar 3.26.
Gambar 3.24. Untai Driver motor Pintu Oven dan Pengkabelannya
Gambar 3.25. Pengkabelan Limit Switch Pintu Oven
Gambar 3.26. Mekanik Oven dan Peletakan Limit Switch
27
3.3
Perancangan perangkat lunak Tabel 3.3. Pengalamatan PLC Alamat XO X1 X4 X5 X6 X7 X10 ID100 Y15 Y17 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 M0 M1 M2 M3 M4 M6 M7 M9 M13 M20 M22 M23 M60 T0 T1 T2 T4 T103 T104 T109 T5 D1 C0
Fungsi Tombol START Tombol STOP Limit Switch Penuang atas Limit Switch Penuang Bawah Limit Switch Pintu Oven Atas Limit Switch Pintu Oven Bawah Sensor Inframerah Masukan Thermocouple Motor Pemotong Adonan Mengaktifkan Sirene Motor Konveyor Motor Pencetak Motor Pencampur Mengaktifkan Kompor Listrik Driver Motor Penuang Driver Motor Penuang Driver Motor Pintu Oven Driver Motor Pintu Oven Alamat Untuk Menyimpan X0 Alamat Untuk Menyimpan T100 Alamat Untuk Menyimpan X4 Alamat Untuk Menyimpan X5 Alamat Untuk Menyimpan T1 Alamat Untuk Menyimpan X10 Alamat Untuk Menyimpan C0 Alamat Untuk Menyimpan T104 Alamat Untuk Menyimpan T0 Alamat Untuk Menyimpan X0 Alamat Untuk Menyimpan X6 Alamat Untuk Menyimpan X7 Alamat Untuk Menyimpan D1 Mengatur waktu nyala Pencampur Adonan Mengatur waktu Proses Penuangan Mengatur waktu tunggu sedikit ada adonan Mengatur waktu konveyor dan extruder untuk berhenti sebentar setelah proses Pencetakan Mengatur waktu gerak motor extruder sesaat Mengatur waktu lama pengovenan Mengatur waktu nyala sirene Mengatur waktu gerak Pemotong Adonan Menyimpan Nilai Decimal saat suhu 1000C Counter sekat loyang
28
Berikut akan dibahas mengenai perancangan perangkat lunak yang dimulai dengan memilih jalur alamat masukan dan jalur alamat keluaran seperti Tabel 3.1. Program yang digunakan untuk merealisasikan pembuatan perangkat lunak adalah XCP-PROV3.3. Perancangan perangkat lunak ini dijelaskan dengan diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.27. PROSES PENCETAKAN
PROSES PENGOVENAN ST AR T
ST AR T
JAL AN K A N M O TOR PEN CA M PU R A D ON A N
K OM PO R M ENYA LA
JA LA NK A N TIM ER PEN C A M PU R APA K AH SU D AH 100 0 C?
TID AK
YA
M EN U AN G AD O NA N YA APA K A H SU D AH 3 M EN IT?
TID A K
PIN TU OVEN T ER B U KA
K OM POR M A TI
A PA K A H SEK A T SU D AH 16?
A PA K A H SU H U M A SIH 100 0 C ?
YA TID A K
JA LA N K AN EXTR U DER 10 D ETIK
YA
TID AK
JA LA NK A N K ON VEYOR
YA
KO M POR M EN YA LA
PIN TU OVEN TER TUT UP
TIDA K A PAK A H TERD ETEKSI SEK A T LOYA N G?
APA K A H A D A PENEK A N AN TO M B OL STOP ?
TID AK
TID A K TID A K
YA
A PA K A H SU D A H 30 M ENIT?
A PA K A H SU D A H 30 M EN IT?
YA YA PIN TU OVEN T ER B U KA
JALA N K A N EXTR U DER
M A TIK A N K O NVEYO R D AN EXT RU D ER 2 D ET IK TIDA K
YA A PAK A H TERD ETEKSI SEK A T LOYA N G?
EN D
N YA LA K A N SIR EN E
APA K A H SU D AH 5 D ETIK ?
TID AK
YA
EN D
(a)
(b)
Gambar 3.27. (a) Diagram Alir Proses pencampuran, penuangan dan pencetakan. (b) Diagram alir Pengovenan Pada saat tombol START (X0) ditekan, PLC akan menggerakkan motor pencampur adonan (Y22 aktif) selama 30 menit dengan cara mengatur nilai K pada T0 sebesar 100 x 600 detik x 30 menit = 1800. Setelah dilakukan
YA
29
pencampuran, kemudian PLC akan menuang adonan ke dalam box pencetak adonan, dengan mengaktifkan driver motor ( Y24 ’ON’dan Y25 ‘OFF’) Saat proses penuangan berhenti (PLC mendeteksi limit switch penuang bawah, X5) pada titik yang ditentukan, driver motor penuang adonan akan berhenti (Y24 ‘OFF’ dan Y25 ‘OFF’) selama 5 menit dengan mengatur nilai K pada T1 sebesar 100ms x 600 detik x 5 menit = 300. Setelah proses penuangan adonan selesai, PLC akan menggerakkan motor extruder (Y21 aktif) selama 10 detik dengan mengatur nilai K pada T103 sebesar 10 x 100 detik = 1000. Setelah menjalankan motor pencetak, PLC akan menggerakkan motor konveyor (Y20 aktif). Saat dideteksi ada sekat loyang (PLC mendeteksi masukan sensor inframerah), PLC akan menggerakkan motor extruder (Y21 aktif) sampai sudah tidak terdeteksi masukan inframerah. Apabila sudah tidak terdeteksi masukan infra merah, motor extruder dan motor konveyor akan berhenti selama 2 detik, dengan mengatur nilai K pada T4 sebesar 100 x 20= 2000. Pada saat motor extruder dan motor konveyor berhenti selama T4, PLC akan menggerakan motor pemotong adonan selama 2 detik dengan cara mengatur nilai K pada T5 sebesar 100 x 20= 2000. Proses tersebut dilakukan berulang sampai ada penekanan tombol STOP (PLC mendeteksi masukan X1) dan sistem berhenti. Pada proses pengovenan, saat ditekan tombol PLC akan mengaktifkan kompor listrik (Y23 ‘ON’) dan mendeteksi suhu oven (cek nilai ID100), apabila sudah mencapai suhu 1000C PLC akan membuka pitu oven dengan cara mengaktifkan driver motor pintu oven (Y26 ‘ON’, Y27 ‘OFF’) dan kompor listrik dimatikan (Y23 ‘OFF’). Proses hidup-mati kompor listrik dilakukan berulang – ulang tergantung pada suhu oven (apabila suhu lebih dari 1000C kompor mati kurang dari 100 kompor hidup). Kemudian apabila sensor infra merah sudah mendeteksi sekat sebanyak 16x (counter C0 bernilai 16), maka pintu oven akan tertutup (Y26 ‘OFF’ , Y27 ‘ON’). Loyang dipanaskan selama 30 menit dengan mengatur nilai T104 sebesar 180000. Apabila sudah 30 menit, pintu oven terbuka dan PLC mengaktifkan sirene/alarm (Y17 ‘ON’) selama 2 detik.
