SKRIPSI
PENGGUNAAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) UNTUK PENGENDALIAN KELEMBABAN UDARA DAN TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI PADA BUDIDAYA TANAMAN HIDROPONIK DENGAN SISTEM EBB AND FLOW
Oleh : HARIATUN KUSYUNARTI SAPTASARI F14103075
2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGGUNAAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) UNTUK PENGENDALIAN KELEMBABAN UDARA DAN TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI PADA BUDIDAYA TANAMAN HIDROPONIK DENGAN SISTEM EBB AND FLOW
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departeman Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : HARIATUN KUSYUNARTI SAPTASARI F14103075
2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENGGUNAAN PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) UNTUK PENGENDALIAN KELEMBABAN UDARA DAN TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI PADA BUDIDAYA TANAMAN HIDROPONIK DENGAN SISTEM EBB AND FLOW SKRIPSI Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departeman Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : HARIATUN KUSYUNARTI SAPTASARI F14103075 Dilahirkan pada tanggal 16 Juni 1985 Di Bantul, Yogyakarta Tanggal Lulus : 17 Januari 2008 Menyetujui, Bogor, Januari 2008
Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, MSc. Pembimbing Akademik Mengetahui,
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS. Ketua Departemen Teknik Pertanian
Hariatun Kusyunarti Saptasari. F14103075. Penggunaan Programmable Logic Controller (PLC) untuk Pengendalian Kelembaban Udara dan Temperatur Larutan Nutrisi pada Budidaya Tanaman Hidroponik dengan Sistem Ebb and Flow. Dibawah bimbingan Herry Suhardiyanto. RINGKASAN Programmable Logic Controller (PLC) adalah suatu peralatan pengendali yang dapat diprogram untuk berbagai keperluan dengan prinsip kerja on/off atau menyambung dan memutus arus listrik pada suatu instrumen. PLC dapat bekerja dengan multi input dan multi output. PLC pada awalnya diciptakan untuk menggantikan control relay dan microcontroler. Dewasa ini PLC telah memegang peranan penting pada sebagian besar sistem kontrol di bidang industri. Aplikasi PLC ini dapat dijumpai di pabrik-pabrik, bahkan di bidang pertanian. Akan tetapi, di Indonesia penggunaan PLC sebagai pengendali otomatis di bidang pertanian masih jarang, hal ini karena tingginya biaya investasi yang dikeluarkan untuk kontrol otomatis tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengaplikasikan PLC sebagai pengendali otomatis di bidang pertanian, serta merancang dan menguji sistem kendali berbasis PLC untuk pengendalian kelembaban udara lingkungan tanaman, pengendalian temperatur larutan nutrisi dan pengendalian pemberian larutan nutrisi secara terjadwal pada tanaman krisan yang dibudidayakan dengan hidroponik sistem ebb and flow. Penggunaan PLC untuk pengendalian suatu proses perlu dimulai dengan terlebih dahulu mengembangkan perangkat lunak sesuai dengan unjuk kerja yang ditetapkan. Pemrograman PLC dibuat menggunakan ladder diagram melalui software PLC CX-Programmer 2.1. Unjuk kerja berfungsinya PLC untuk menjalankan tugas sesuai dengan program yang telah dirancang harus didukung dengan adanya perangkat keras (rancang bangun kelistrikan). Perangkat keras ini merupakan rangkaian komponen-komponen listrik yang menghubungkan peralatan input dan output sebagai instrument unjuk kerja dari program yang telah dirancang. Pada penelitian ini PLC digunakan untuk mengendalikan budidaya tanaman krisan pada umur 4 minggu (fase vegetatif) dan umur 7 minggu (fase generatif). Melalui pengujian unjuk kerja sistem kendali diperoleh hasil bahwa PLC dapat bekerja sesuai dengan program yang dirancang. PLC ternyata dapat menjalankan tugas untuk mengatur pemberian larutan nutrisi ke tanaman secra terjadwal. Pompa sirkulasi larutan nutrisi aktif tepat pada waktu yang telah dirancang dalam program PLC, perendaman tanaman krisan dengan larutan nutrisi sesuai dengan lama waktu perendaman yang ditetapkan. PLC mengaktfkan katup solenoid sebagai saluran keluaran larutan nutrisi jika perendaman telah selesai dilakukan. Untuk pengendalian kelembaban udara PLC mengaktifkan pompa pengkabut jika sensor kelembaban udara mengukur kelembaban udara di bawah setpoint yang ditetapkan yaitu 70 %. Pompa pengkabut akan off jika kelembaban udara meningkat menjadi 70 %. Prinsip kerja sistem kendali temperatur larutan nutrisi hampir sama dengan sistem kendali kelembaban udara. PLC mengaktifkan mesin pendingin jika termokopel mengukur temperatur larutan nutrisi di atas setpoint yaitu 25 oC dan membuat mesin pendingin off jika temperatur larutan nutrisi turun menjadi 25 oC. Selain itu program yang dirancang juga difungsikan
untuk menyimpan data durasi waktu pengaktifan peralatan output dan menghitung on/off peralatan tersebut. Pemberian larutan nutrisi untuk tanaman krisan fase vegetatif dilakukan sebanyak dua kali sehari pada pukul 08.00 dan 15.00 dengan perendaman selama 10 menit. Durasi rata-rata pengaktifan pompa sirkulasi larutan nutrisi dengan level penuh 3 cm adalah 1 menit 16 detik dan durasi rata-rata pengaktifan katup solenoid selama 30 menit 19 detik. Pada tanaman krisan fase generatif, pemberian larutan nutrisi dijadwalkan setiap dua hari sekali pada pukul 10.00 dengan perendaman selama 15 menit. Durasi rata-rata pengaktifan pompa sirkulasi larutan nutrisi dengan level penuh 5 cm adalah 2 menit dan durasi rata-rata pengaktifan katup solenoid selama 33 menit 31 detik. Untuk pengendalian kelembaban udara, jumlah on/off dan durasi rata-rata pengaktifan pompa pengkabutan dipengaruhi oleh kondisi cuaca. Pada saat cuaca cerah, pompa pengkabutan akan lebih sering aktif dan durasi pengaktifannya akan lebih lama dibanding pada saat cuaca mendung atau hujan. Untuk pengendalian temperatur larutan nutrisi, jumlah on/off dan durasi pengaktifan mesin pendingin juga berbeda-beda setiap harinya. Perubahan temperatur larutan nutrisi kemungkinan disebabkan oleh reaksi kimia yang terjadi dalam larutan nutrisi tersebut. Selain itu juga dipengaruhi oleh temperatur udara di sekitar mesin pendingin.
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bantul, Yogyakarta pada tanggal 16 Juni 1985 dari pasangan R. Suharjiyono (Alm) dan Wuryanti. Penulis merupakan anak ke tujuh dari tujuh bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Negeri Pundung 1 Imogiri Bantul pada tahun 1997, kemudian melanjutkan sekolah di SMP Negeri 1 Imogiri Bantul dan lulus pada tahun 2000. Penulis kemudian melanjutkan pendidikan di SMU Negeri 7 Yogyakarta dan lulus pada tahun 2003. Penulis diterima menjadi mahasiswa Institut Pertanian Bogor pada tahun 2003 melalui jalur USMI (Ujian Seleksi Mahasiswa Institut Pertanian Bogor) dan diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama kuliah penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai staf Departemen Informasi dan Komunikasi Himateta-IPB periode 2004-2005. Pada tahun 2006, penulis praktek lapangan di PT. Saung Mirwan, dengan topik ”Evaluasi Sistem Pemberian Larutan Nutrisi pada Budidaya Mawar (Rosa Hybrida L) dalam Greenhouse di PT. Saung Mirwan, Megamendung, Bogor, Jawa Barat”. Penulis juga menjadi finalis pada Program Kreatifitas Mahasiswa (PKM) 2006 yang diselenggarakan di Malang, Jawa Timur. Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis melakukan penelitian dengan judul ” Penggunaan Programmable Logic Controller (PLC) untuk Pengendalian Kelembaban Udara dan Temperatur Larutan Nutrisi pada Budidaya Tanaman Hidroponik dengan Sistem Ebb and Flow”.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan laporan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini disusun berdasarkan penelitian yang berjudul ” Penggunaan Programmable Logic Controller (PLC) untuk Pengendalian Kelembaban Udara dan Temperatur Larutan Nutrisi pada Budidaya Tanaman Hidroponik dengan Sistem Ebb and Flow”. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingan sehingga penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan. Ucapan terima kasih penulis haturkan kepada : 1. Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, MSc. sebagai dosen pembimbing akademik yang selalu memberikan bimbingan yang tak terhingga. 2. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, MAgr. dan Yudi Chadirin, STP, MAgr. sebagai dosen penguji atas masukan dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak (Alm) atas kasih sayang dan dukungan selama Bapak mendampingi Ananda. Semoga Bapak beristirahat dengan tenang di sisi Allah SWT. 4. Ibu dan Kakak-kakak penulis serta Mas Dede yang telah mendoakan, memberikan kasih sayang dan dukungan berupa moral dan materi. 5. Bapak Ahmad, Mas Yani dan Mas Iwan atas bantuan teknisnya selama penelitian. 6. Indra Retnowati, Try Ryantini dan Rini Susilowati. Semoga persahabatan dan kebersamaan kita selalu terjalin dan menjadi bagian yang indah dalam hidup kita. 7. Dewi Nurna, Murniwaty dan teman teman TEP 40 serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang secara langsung maupun tidak langsung terlibat dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan tugas akhir ini masih ada kekurangan. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi perkembangan Ilmu Pengetahuan. Bogor, Januari 2008 Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................................... i DAFTAR ISI.................................................................................................... ii DAFTAR TABEL............................................................................................ iv DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... v DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... vi I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 A. Latar Belakang ...................................................................................... 1 B. Tujuan ................................................................................................... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA............................................................................ 3 A. Programmable Logic Controller (PLC)............................................... 3 1. Komponen PLC................................................................................ 5 2. Pemrograman PLC ........................................................................... 8 3. Timer dan Counter ........................................................................... 11 B. Greenhouse........................................................................................... 12 1. Temperatur ....................................................................................... 13 2. Kelembaban Relatif Udara ............................................................... 14 C. Hidroponik ........................................................................................... 15 D. Tanaman Krisan (Chrysanthemum sp.)................................................ 17 III. METODE PENELITIAN.......................................................................... 19 A. Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 19 B. Bahan dan Alat ..................................................................................... 19 C. Prosedur Penelitian............................................................................... 20 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 26 A. Rancang Bangun Perangkat Lunak PLC............................................... 26 B. Rancang Bangun Perangkat Keras ........................................................ 28 C. Sistem Kendali Pemberian Larutan Nutrisi........................................... 32 D. Sistem Kendali Kelembaban Udara Lingkungan Tanaman.................. 36 E. Sistem Kendali Pendinginan Larutan Nutrisi........................................ 40
V. KESIMPULAN DAN SARAN.................................................................. 43 A. Kesimpulan ........................................................................................... 43 B. Saran ..................................................................................................... 43 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 44 LAMPIRAN..................................................................................................... 46
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Terminal I/O yang digunakan pada sistem kendali..........................
28
Table 2. Alokasi memori PLC OMRON seri CPM1-20CDR-A....................
29
Tabel 3. Fungsi sakelar pada panel instrument ..............................................
32
Tabel 4. Hasil monitoring operasi pompa larutan nutrisi pada umur tanaman 4 minggu ..........................................................................................
34
Tabel 5. Hasil monitoring operasi katup solenoid pada umur tanaman 4 minggu ..........................................................................................
34
Tabel 6. Hasil monitoring operasi pompa larutan nutrisi pada umur tanaman 7 minggu ..........................................................................................
35
Tabel 7. Hasil monitoring operasi katup solenoid pada umur tanaman 7 minggu ..........................................................................................
36
Tabel 8. Hasil monitoring operasi pompa pengkabutan pada umur tanaman 4 minggu ..........................................................................................
37
Tabel 9. Hasil monitoring operasi pompa pengkabutan pada umur tanaman 7 minggu ..........................................................................................
38
Tabel 10. Hasil monitoring operasi mesin pendingin pada umur tanaman 4 minggu ..........................................................................................
41
Tabel 11. Hasil monitoring operasi mesin pendingin pada umur tanaman 7 minggu ..........................................................................................
41
