BAB III REALISASI DAN PERANCANGAN
3.1.
Pendahuluan Rancangan yang baik dan matang dari sebuah sistem amat sangat diperlukan. Sebelum melakukan pembuatan alat, maka langkah awal adalah membuat suatu rancangan atau sketsa untuk memudahkan dalam praktek pembuatannya. Perancangan yang baik dan matang dilakukan dengan membuat suatu diagram blok, dimana setiap blok mempunyai fungsi tertentu dan secara keseluruhan membentuk sistem dari alat yang dibuat sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Pada tahap perancangan juga memperhatikan pemilihan komponen yang tepat sehingga alat yang dibuat dapat bekerja secara maksimal. Setelah diagram blok dibuat maka setiap blok dibuat sketsa rangkaian sesuai dengan fungsinya. Dengan sistem blok ini maka akan memudahkan pengecekan bila terjadi kesalahan dalam rangkaian.
3.2.
Diagram Blok Sistem Perancangan prototype robot auto spray ini dikontrol menggunakan robot ABB tipe IRC5-M2004 yang memiliki pergerakan sumbu enam aksis yang telah memiliki kontrol input dan output yang dapat disesuaikan dengan program yang telah diinstruksikan.
40
SELECTOR SWITCH (MANUAL)
OUTPUT SERVO (ARM ROBOT MOVEMENT)
SELECTOR SWITCH (AUTO)
OUTPUT (SOLENOID VALVE SPRAY GUN)
PUSH BUTTON (START AUTO) PUSH BUTTON (START MANUAL)
ROBOT CONTROLLER IRC 5 – M2004
INPUT SENSOR PROXIMITY 1 INPUT SENSOR PROXIMITY 2
OUTPUT (SOLENOID VALVE INDEXER)
OUTPUT (SOLENOID VALVE SILINDER)
INPUT SENSOR PROXIMITY 3
Gambar.3.1. Diagram blok sistem. Dari diagram blok diatas, dapat dilihat bahwa sistem pada alat ini dapat dikelompokkan menjadi beberapa bagian, antara lain: 1. Bagian input, input yang digunakan terdiri dari push button sebagai saklar starting jalannya robot, dan selector switch digunakan sebagai input pemilihan mode pengoperasian yang terdiri dari mode auto dan mode manual, serta sensor proximity switch sebagai detektor. Jenis proximity switch yang digunakan pada sistem ini menggunakan proximity switch induktif. Proximity jenis induktif ini digunakan sebagai pendeteksi kerja dari indexer table apakah indexer posisi stop ataupun pada posisi lock (mengunci) dan juga digunakan untuk mendeteksi posisi silinder maju ataupun mundur.
41
2. Bagian pusat pengendali, pada prototype ini menggunakan robot tangan dengan kemampuan gerakan enam axis. Robot ini memiliki tipe IRC5-M2004 yang dibuat oleh ABB. Robot ini dapat diprogram langsung menggunakan FlexPendant control movement yang langsung terintegrasi dengan panel controller dan program yang telah dibuat dapat digunakan sebagai pusat kendali semua sistem yang telah dibuat. 3. Bagian output, terdiri dari tiga buah solenoid valve. Satu unit solenoid valve 3/2 sebagai pengatur angin spray gun dan dua unit solenoid 5/2 yang masing-masing digunakan sebagai pengatur angin untuk memutar rotary indexer dan pendorong silinder untuk maju/mundur mengunci penjepit paint mask, serta motor servo yang berada didalam tubuh robot yang berfungsi untuk menghasilkan gerakan tiruan tangan manusia.
3.3.
Perancangan Desain Perangkat Keras Sebelum terbentuknya prototype auto spray painting robot ini, spray painting yang berjalan pada saat ini masih dengan cara manual spray yaitu menggunakan tenaga manusia (buruh) yang dimana sistem distribusi materialnya menggunakan sushi line conveyor. Seiring dengan banyaknya proses spray yang dibutuhkan, maka banyak pula jumlah operator yang dibutuhkan untuk melakukan spray painting secara manual. Dengan banyaknya jumlah operator yang dibutuhkan dalam melakukan proses spray painting, maka dibuatlah sebuah inovasi otomasi yang dapat mengatasi masalah terhadap banyaknya jumlah operator, oleh karena itu dibuatlah prototype auto spray painting robot.
42
Desain perangkat keras yang digunakan dalam pembuatan prototype ini adalah menggunakan rotary indexing table yang terintegrasi dengan robot 6 axis. 3.3.1
Rotary Indexing Table Rotary indexing table yang digunakan pada perancangan prototype ini memiliki konfigurasi perputaran 4 posisi yang berarti memiliki sudut putar sebesar 90° untuk sekali putarannya. Rotary indexing table ini yang akan digunakan menjadi pemutar utama pada meja putar, dimana untuk memutar rotary indexer 4 posisi ini cara kerjanya yaitu dikontrol menggunakan sistem pneumatik.
Gambar.3.2. Rotary indexing table.
3.3.2.
Paint Mask Paint mask pada dasarnya adalah sebuah mask/topeng penutup yang digunakan sebagai masking/penutup bagian permukaan yang tidak boleh terkena semprotan cat. Paint mask yang digunakan terbuat dari bahan dasar plat tembaga yang dicetak dan disesuaikan dengan permukaan yang akan dijadikan sebagai area masking. 43
Gambar.3.3. Paint mask.
3.3.3.
Konstruksi Alat Desain konstruksi alat ini terdiri dari potongan-potongan balok berbahan aluminium yang dibentuk menjadi meja putar, dimana aluminium ini memiliki kekerasan yang cukup keras namun memiliki bobot yang relatif ringan. Meja putar ini dapat berputar dengan adanya rotary indexer 4 posisi yang cara kerjanya dikontrol menggunakan sistem pneumatik dan kemudian diintegrasikan dengan menggunakan robot 6 axis. Pada konstruksi alat yang dirancang, juga diberikan sebuah exhaust yang berfungsi sebagai penghisap partikel-partikel kecil yang dihasilkan oleh semprotan cat agar partikel-partikel tersebut tidak mengotori sekitar area spray. Berikut ini merupakan konstruksi protoype yang dirancang.
44
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar.3.4. Desain konstruksi prototype robot auto spray.(a) exhaust; (b) loadingunloading table; (c) kerangka prototype; dan (d) konstruksi alat keseluruhan.
45
3.3.4.
Panel Kontrol Listrik Perancangan prototype robot auto spray ini memiliki panel kontrol listrik yang terintegrasi dengan power supply PLN (220VAC) dan juga power supply internal robot (24VDC). Panel ini difungsikan sebagai sumber suplai power untuk robot dan juga panel kontrol didalamnya. Panel ini memiliki tombol ON dan OFF sebagai saklarnya yang disertai dengan indikator berupa lampu dan pada panel ini terdapat pengatur mode pengoperasional robot menggunakan selector switch sebagai pengatur mode auto dan manual.
POWER ON
ON
220 V
AUTO
POWER OFF
MAN
AUTO START
OFF
STOP AUTO
MANUAL START
EMERG. STOP
(b) AUTO SPRAY RUN
(a) Gambar.3.5. (a) Panel kontrol listrik utama dan (b) control desk operator.
3.4.
Perancangan Rangkaian Input dan Output
3.4.1.
Rangkaian Input
46
Rangkaian input pada perancangan prototype ini terdiri dari tujuh buah input yaitu satu buah selector switch tiga posisi (2NO contact), dua buah push button NO contact dan tiga buah inductive proximity sensor.
Gambar.3.6. Koneksi rangkaian listrik proximity Proximity sensor yang digunakan adalah berjenis PNP. Dari gambar diatas terdapat “load” dimana load tersebut merupakan coil relay yang terhubung dengan negatif (-) dan output dari proximity. Contact NO dari relay tersebut kemudian terhubung dengan digital input robot controller. Sensor proximity yang digunakan sebagai tanda kunci (lock) dan stop pada rotary indexer serta digunakan sebagai tanda apabila silinder penjepit paint mask berada pada posisi mundur. 3.4.2.
Rangkaian Output Rangkaian output yang digunakan pada perancangan prototype ini terdiri dari tiga buah solenoid valve 5/2 dengan coil 24VDC. Dalam menghubungkan rangkaian output, kabel keluaran dari digital output beserta kabel negatif (-) dihubungkan dengan coil solenoid.
3.5.
Perancangan Pusat Pengendali Pusat pengendali merupakan inti dari rancangan prototype ini yang mengatur mekanisme kerja alat secara keseluruhan. Untuk mengendalikan semua proses dalam rancangan ini dibutuhkan satu sistem kontrol sederhana. 47
Rancangan sistem kontrol input-output sederhana ini diintegrasikan dengan controller Robot tangan 6 axis IRC5-M2004 yang dikeluarkan oleh ABB sebagai pusat pengendalinya.
Gambar.3.7. Skematik sistem kontrol utama. 48
Untuk memudahkan dalam pengerjaannya, perlu untuk diketahui lokasi pengalamatan dan juga berapa jumlah masukan dan keluaran yang diperlukan. Selain itu juga diperlukan dalam penentuan komponen apa saja yang berfungsi sebagai masukan dan juga komponen yang difungsikan sebagai keluaran. Setelah data yang diperlukan sudah lengkap, maka dalam penyusunan program dapat dilakukan dengan mudah sehingga diagram sistem kerja yang telah dirancang dapat dibuat menjadi lebih efektif dan efisien.
3.5.1.
Rangkaian Input Dibawah ini merupakan input kontroler yang digunakan pada prototype robot auto spray painting. DI.01 Indexer Stop DI.02 Indexer Lock DI.03 Auto mode start DI.04 Manual Mode Start DI.05 Auto selection DI.06 Manual Selection DI.07 Proximity switch
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
Gambar.3.8. Rangkaian digital input robot Dari gambar input diatas, masing-masing input memiliki fungsi yang berbeda, pada tabel berikut ini merupakan fungsi dari masing-masing input tersebut. 49
Tabel.3.1. Digital input dan fungsinya Alamat Input
Jenis input dan fungsinya
DI.01
Indexer proximity 1: sebagai indikator pada saat rotari indexer berhenti berputar
DI.02
Indexer proximity 2: sebagai indikator pada saat rotari indexer pada posisi lock
DI.03
Push button: sebagai pemberi sinyal untuk menjalankan mode otomatis
DI.04
Push button: sebagai pemberi sinyal untuk menjalankan mode manual
3.5.2.
DI.05
Selector switch: sebagai pemberi sinyal pilihan mode otomatis
DI.06
Selector switch: sebagai pemberi sinyal pilihan mode manual
DI.07
Proximity 1: sebagai pemberi sinyal pengunci paint mask
Rangkaian Output Dibawah ini merupakan output kontroler yang digunakan pada prototype robot auto spray painting. Pada rangkaian output, terdapat keluaran berupa tiga unit solenoid valve yaitu satu unit solenoid tipe 3/2 dan dua unit solenoid 5/2. DO.01 SV1 SPRAY GUN DO.02 SV2 INDEXER RUN DO.03 SV3 SILINDER GO 1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
Gambar. 3.9. Rangkaian digital output robot Dari gambar output diatas, masing-masing output memiliki fungsi yang berbeda, pada tabel berikut ini merupakan fungsi dari masing-masing output tersebut. 50
Tabel. 3.2. Digital output dan fungsinya
Alamat output
Jenis output dan fungsinya
DO.01
Solenoid valve 3/2: sebagai pengatur angin untuk spray gun
DO.02
Solenoid valve 5/2: sebagai pengatur angin untuk memutar indexer table
DO.03
Solenoid valve 5/2: sebagai pengatur angin untuk mendorong silinder maju-mundur
3.5.3.
Komponen Elektrik Prototype robot auto spray ini dirancang menggunakan komponenkomponen berikut:
51
Tabel.3.3. Komponen kontrol listrik Kode
Nama Komponen
Fungsi
L1
Lampu hijau 220V
Indikator tegangan 220V
L2
Lampu merah 24V
Indikator panel ON
L3
Lampu hijau 24V
Indikator panel OFF
L4
Lampu merah 24V
Indikator spray running
PB1
Emergency push button
Emergency stop
PB2
Push button NO contact
Tombol ON
PB3
Push button NC contact
Tombol OFF
PB4
Push button NO contact
Tombol Start Auto
PB5
Push button NC contact
Tombol Stop Auto
PB6
Push button NO contact
Tombol Manual Start
SA1
Selector switch 3 posisi (2NO contact)
Pilihan mode (manual / auto)
X1
Indexer table
Power indicator indexer
X1A
indexer proxomity 1
Indicator indexer stop
X1B
indexer proxomity 2
Indicator indexer lock
X2
proximity capacitiv 1
Material detector
PS24A
Power supply 220v/24v 4,5 A
Power supply external
XS10
Power supply 24v
Power supply internal robot
SV1
Solenoid valve
Spray gun solenoide
SV2
Solenoid valve
indexer rotating
SV3
Solenoid valve
silinder push/pull
QS1
MCB 2P 2A
Circuit breaker 220V
QS2
MCB 2P 2A
Circuit breaker 24V
52
3.5.4.
Rangkaian Pneumatik
Gambar.3.10. Rangkaian pneumatik
3.5.
Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang digunakan untuk menunjang kelancaran pergerakan robot ini adalah menggunakan program RAPID merupakan bentuk program bawaan yang telah tersedia dalam internal robot yang dibuat oleh ABB dimana pada program ini di dalamnya terdapat instruksi-instruksi untuk memudahkan programmer untuk memberikan tugas kepada robot.
3.5.1. Proses Awal Memprogram Penginisialisasian merupakan proses awal perangkat keras dan perangkat lunak untuk memberikan definisi atau pengenalan/penyesuaian variabel-variabel, port-port maupun peripheral lain yang digunakan selama perangkat lunak tersebut bekerja dengan perangkat keras. 53
Sebelum membuat instruksi program, programmer hanya perlu menentukan titik yang harus dituju oleh robot (set point) menggunakan joystick yang terdapat pada FlexPendant.
Gambar.3.11. Contoh penentuan titik tuju (set point).
Tabel.3.4. Instruksi penentuan titik tuju (set point).
A
Titik point awal
B
Kecepatan pergerakan robot (mm/s); v1000 = 1000mm/s
C
Zona (mm); z50 = (50mm)
Setelah programmer menentukan titik tujuan (set point) programmer dapat memasukkan instruksi-instruksi yang akan dikerjakan oleh robot menggunakan fungsi “Add Instruction” yang letaknya ada pada ujung kiri bagian bawah jendela program RAPID.
54
Gambar.3.12. Instruksi-instruksi pemrograman RAPID. Dari gambar diatas, terdapat fungsi “Add Instruction” yang fungsinya adalah menambahkan instruksi-instruksi yang harus dikerjakan oleh robot. Sebagai contoh, untuk menambahkan instruksi “MoveL”, programmer harus mengarahkan robot ke titik point yang dituju menggunakan FlexPendant control, apaliba programmer telah menentukan titik point tersebut, programmer harus menambahkan fungsi “MoveL” yang ada pada menu “Add Instruction”.
Gambar.3.13. Program RAPID. 55
Secara otomatis, layar LCD akan memunculkan instruksi beserta informasi lainnya seperti urutan titik point yang dituju, kecepatan robot, zona sudut dan juga referensi gerakan.
Gambar.3.14. Fungsi debug pada pemrograman RAPID. Apabila
instruksi-instruksi
telah
dibuat,
programmer
dapat
memasukkan/men-debug instruksi tersebut ke robot untuk mengecek manual gerakan setiap rutin secara satu per satu dengan menggunakan fungsi “Debug PP to Routine” dan bahkan programmer dapat langsung menjalankan keseluruhan program secara otomatis dengan menggunakan “Debug - PP to Main”.
3.6.
Flowchart Untuk memudahkan perancangan, maka dibuat flowchart untuk mempermudah memahami prinsip kerja dari prototype robot auto spray ini. Prototype yang dirancang memiliki dua mode pengoperasian yaitu mode auto dan manual. 56
3.6.1. Manual Mode Pada sistem manual (manual mode) ini dioperasikan pada saat operator memerlukan adaptasi dengan sistem loading-unloading material untuk mendapatkan cycle time yang telah ditentukan. Pada mode ini, sistem bekerja secara manual, artinya operator harus menekan tombol (push button) manual start untuk memutar meja putar (rotary indexing table) yang dilanjut dengan pergerakan robot secara otomatis. Adapun langkah kerja dari sistem manual adalah seperti berikut ini.
57
START
A
Tekan tombol ON
Tekan tombol manual start
Pindahkan selector switch ke posisi manual
Solenoid valve no.2 buka (pulse 0,5s)
Injak pedal foot untuk membuka penjepit paint mask
Lampu proximity indexer lock “ON”
Apakah torso sudah di load ke paint mask?
Robot bergerak ke posisi titik awal spray & standby di torso body depan (kanan bawah)
tidak
Solenoid tutup (setelah pulse 0.5s)
Ya
Meja indexer berputar 90°
Lepas pedal foot untuk mengunci penjepit paint mask
Apakah meja indexer berhenti berputar?
A
tidak
Ya Lampu proximity indexer stop “ON” Solenoid valve no.1 buka Tunggu timer 0,5s
B
58
B
C
Robot spray bergerak dari kanan bawah ke titik tengah atas
Robot spray bergerak dari tengah bawah Ke titik tengah atas
Robot spray bergerak dari tengah atas ke titik tengah bawah
Robot spray bergerak dari tengah atas ke titik kiri atas
Robot spray bergerak dari tengah bawah ke titik kiri bawah
Robot spray bergerak dari kiri atas ke titik kiri bawah
Robot spray bergerak dari kiri bawah ke titik kiri atas
Tunggu timer 0,5s Solenoid valve no.1 tutup
Robot selesai spray body torso depan
Robot selesai spray body torso belakang
Solenoid valve no.1 tutup END
Robot spray bergerak ke body torso bagian belakang (kanan atas) Solenoid valve no.1 buka Tunggu timer 0,5s Robot spray bergerak dari kanan atas ke titik kanan bawah Robot spray bergerak dari kanan bawah ke titik tengah bawah C
59
3.6.2. Auto Mode Pada sistem otomatis (auto mode) ini dioperasikan pada saat operator telah mampu beradaptasi dengan cycle time yang telah ditentukan saat loadingunloading material. Pada mode ini, sistem bekerja secara otomatis, artinya operator tidak perlu menekan tombol (push button) start berulang kali untuk memutar meja putar (rotary indexing table) yang dilanjut dengan pergerakan robot secara otomatis. Adapun langkah kerja dari sistem auto adalah seperti berikut ini.
START
Tekan tombol ON Pindahkan selector switch ke posisi auto Tekan tombol start auto Solenoid valve no.3 mendorong silinder membuka penjepit paint mask
Apakah torso sudah di load ke paint mask?
tidak
Ya A
60
A
B
Silinder kembali mengunci penjepit paint mask
Solenoid valve no.1 buka Tunggu timer 0,5s
Tunggu timer 0,5s Robot spray bergerak dari kanan bawah ke titik tengah atas
Solenoid valve no.2 buka (pulse 0,5s)
Robot spray bergerak dari tengah atas ke titik tengah bawah
Lampu proximity indexer lock “ON”
Robot spray bergerak dari tengah bawah ke titik kiri bawah
Robot bergerak ke posisi titik awal spray & standby di torso body depan (kanan bawah)
Robot spray bergerak dari kiri bawah ke titik kiri atas
Solenoid tutup (setelah pulse 0.5s)
Robot selesai spray body torso depan
Meja indexer berputar 90°
Solenoid valve no.1 tutup Apakah meja indexer berhenti berputar?
tidak
Robot spray bergerak ke body torso bagian belakang (kanan atas) Robot spray bergerak ke body torso bagian belakang (kanan atas)
Ya Lampu proximity indexer stop “ON”
Solenoide valve no.1 buka B C
61
C Tunggu timer 0,5s Robot spray bergerak dari kanan atas ke titik kanan bawah Robot spray bergerak dari kanan bawah ke titik tengah bawah Robot spray bergerak dari tengah bawah Ke titik tengah atas Robot spray bergerak dari tengah atas ke titik kiri atas Robot spray bergerak dari kiri atas ke titik kiri bawah Tunggu timer 0,5s Solenoid valve no.1 tutup Robot selesai spray body torso belakang
END
62
