E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
PERANCANGAN MESIN WEIGH CHECKER OTOMATIS DENGAN SISTEM PNEUMATIK BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) Yasir Ismail, Adi Purwanto, Saiful Huda Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Jl. Kalisahak No. 28 Yogyakarta, Indonesia, 55222 Email:
[email protected] INTISARI Pneumatik dan otomasi pneumatik sudah banyak diterapkan dalam dunia industri dan juga dalam kehidupan seharihari untuk pekerjaan mekanik sederhana bahkan sistem yang sangat kompleks sekalipun. Pada tugas akhir ini akan dirancang bagaimana komponen pneumatik sebagai elemen akhir kontrol mesin weigh checker untuk menimbang berat infus (500ml) jenis soft bag di PT. Otsuka Indonesia-Lawang. Mesin weigh checker merupakan alat penimbang dengan menggunakan prinsip teori dari strain gauge dan wheatstone bridge. Untuk pengontrol digunakan sebuah Programmable Logic Controller atau PLC. Metode kontrol pada tugas akhir ini adalah kontrol ON-OFF. Dari hasil analisa dan perhitungan menunjukan bahwa sistem yang dibuat dapat bekerja dengan baik dan memenuhi syarat batas yang diizinkan. Kebocoran pada silinder tidak terlalu berpengaruh pada aksi silinder tetapi hanya akan menimbulkan rugi-rugi pada suplai udara pneumatik. Kata kunci: pneumatik, weigh checker, infus, PLC, kontrol ON-OFF. a. Komponen pneumatik apa saja yang diperlukan untuk membuat weigh checker dengan sistem pneumatik berbasis PLC. b. Bagaimana merancang weigh checker dengan sistem pneumatik berbasis PLC.
PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Masalah Sistem pengendalian dan pengontrolan berbasis Programmable Logic Controller(PLC) akhir-akhir ini sedang dikembangkan seiring dengan tuntutan industri. Laju perkembangan zaman yang terjadi pada saat ini, sistem kendali suatu mesin tidak menggunakan sistem pengendali konvensional yang menggunakan saklar magnet (Magnetic Controller), tetapi sebagian besar industri menggunakan PLC, dan mempunyai keistimewaan dibandingkan dengan saklar magnet kendali konvensional.
b.
Tujuan dirancangnya weigh checker otomatis dengan sistem pneumatik berbasis PLC adalah : a. Dengan mesin weigh checker otomatis akan meningkatkan kapasitas produksi. b. Dengan mesin weigh checker otomatis akan meningkatkan ketelitian timbangan, mempercepat proses produksi dan mempermudah operator. c. Melatih menjadi seorang manufaktur yang handal.
Alat timbang dalam proses produksi adalah salah satu dari instrumen penunjang yang jamak digunakan. Meskipun bukan alat yang memegang peranan vital tetapi mutlak diperlukan dikarenakan tiap form laporan hasil produksi pasti mencantumkan berat barang hasil produksi.
2. a.
DASAR TEORI Weigh Checker
Kita bisa mengambil teori strain gauge serta teori wheatstone bridge dan kemudian menggunakannya untuk membangun sebuah load cell. Load cell bending beam adalah tipe load cell yang paling sering digunakan. Selama proses penimbangan, beban yang diberikan mengakibatkan reaksi terhadap elemen logam pada load cell yang mengakibatkan perubahan bentuk secara elastis. Gaya yang ditimbulkan oleh regangan ini (positif dan negatif) dikonversikan kedalam sinyal elektrik oleh strain gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada springelement.
Berdasarkan permasalahan tersebut diatas, maka diangkat untuk dijadikan sebagai usulan judul tugas akhir. Perancangan mesin timbangan otomatis dengan sistem pneumatik berbasis PLC. Sistem ini menjadi salah satu solusi untuk lebih meminimalkan peran manusia dan mengoptimalkan peran teknologi otomasi dan mekanik sehingga membantu kerja dari manusia yang pada ujungnya meningkatkan kinerja dan proses produksi.
b. a.
Tujuan Perancangan
Rumusan Masalah
Programmable Logic Controller (PLC)
Sesuai dengan namanya, konsep PLC dapat dijelaskan sebagai berikut :
Berdasarkan uraian latar belakang diatas akan ditulis karya ilmiah tentang perancangan mesin weigh checker dengan sistem pneumatik berbasis PLC. Adapun hal-hal yang harus diperhatikan dalam perencanaan perancangan ini, antara lain :
Programmable : menunjukan kemampuannya yang dapat dengan mudah diubah-ubah sesuai program yang dibuat dan kemampuannya dalam hal memori program yang telah dibuat. 67
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Logic : menunjukan kemampuannya dalam memproses input secara aritmatik (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi dan negasi. Controller : menunjukan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. c.
Pneumatik
Secara umum diagram blok kontrol pneumatik adalah sebagai berikut :
Gambar : Diagram Blok Kontrol Pneumatik Pada tugas akhir ini sistem pneumatik digunakan sebagai penghasil gerakan. Sedangkan sistem pneumatik yang digunakan merupakan gabungan antara sistem elektrik dan sistem pneumatik. Sistem elektrik digunakan sebagai sensor dan penggerak katup, sistem pneumatik digunakan untuk menghasilkan gerak pada lengan atau gripper. d.
Gambar : aktuator jenis gripper SMC MHW2 (open condition) Dalam tugas akhir ini digunakan aktuator jenis gripper dengan konfigurasi silinder kerja ganda untuk memegang benda kerja dan sekaligus untuk menimbang secara mekanik.
Sensor
3. a.
2.4.1 Saklar Magnet (Reed Switch) Kontak saklar magnet (disebut juga sebagai relai buluh). Disusun dari dua plat kontak yang tertutup hermetis (kedap udara) pada tabung gelas yang diisi dengan gas pelindung. Pada saat magnet permanen mencapai saklar magnet, ujung-ujung tab kontak yang saling bertemu menarik satu sama lain dan menjadi kontak.
DESAIN & METODE PERANCANGAN Rangka & Box Panel
Dalam tugas akhir ini dibuat rangka untuk menopang perangkat weigh checker dan pneumatik dengan menggunakan bahan baja St37. Serta box panel untuk rangkaian listrik dari weigh checker.
Pada tugas akhir ini, saklar magnet digunakan untuk mengetahui posisi silinder pneumatik, bila magnet yang terdapat di ujung dalam silinder menginduksi saklar magnet, maka saklar akan kontak dan sinyal akan diteruskan menuju PLC. 2.4.2 Sensor Photoelectric Pada tugas akhir ini digunakan sensor fotolistrik berjenis terdifusi reflektif. Digunakan untuk mendeteksi benda kerja. Bila terdapat benda kerja maka sensor ini akan mengirimkan sinyal ke PLC. e.
Gambar : rangka dan box panel b.
Sistem Pneumatik
3.2.1 Katup 5/2 Solenoida
Aktuator
Dalam perancangan ini digunakan katup pneumatik 5/2 dengan penggerak selenoid, bukan menggunakan kendali pneumatik, katup ini akan bekerja bila ada sinyal masukan elektris selenoidnya. Katup ini digunakan sebagai katup prosesor yang akan memberi masukan kesilinder aktuator.
Unit ini berfungsi untuk menghasilkan transfer daya dari tenaga fluida, berupak gerakan lurus atau putar. Penggerak yang menghasilkan gerakan lurus adalah silinder penggerak, sedangkan yang menghasilkan gerakan putar adalah motor pneumatik.
3.2.2 Kompresor Dalam perancangan kali ini menggunakan kompresor dua tingkat dengan merk Atlas Copco (ZR 75 VSD). 3.2.3 Aktuator
68
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Aktuator dalam perancangan kali ini berfungsi ntuk mencekam infus jenis soft bag sekaligus alat untuk proses menimbang.
Gambar : aktuator jenis gripper SMC MHW2 3.2.4 Gripper atau Chuck
d.
Gripper atau Chuck digunakan untuk menggemgam dan menahan objek dengan memberikan kontak pada objek.
Dalam perancangan ini digunakan PLC merk Mitsubishi melseq-Q. pada PLC ini terdapat 16 input dan 16 output, memiliki catu daya 110~220V AC dan memiliki tegangan keluaran standar 24V DC. Koneksi antara PC dan komputer dilakukan secara serial. e.
Programmable Logic Controller (PLC)
Sensor Beban
Sensor beban yang digunakan adalah Beam Load Cell dengan merk METLER TOLEDO model MTB100.
Gambar : gripper atau chuck Gambar : beam load cell c.
Weigh Checker
Dalam perancangan ini digunakan mesin weigh checker dengan merk A&D (AD-4401) weighing indicator.
f.
Diagram Tangga
Sebelum membuat diagram tangga pada PLC terlebih dahulu membuat diagram alir.
Gambar : weigh checker AD-4401
69
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1 Desember 2014 ISSN:2337-9928
Gambar : diagram alir dan diagram tangga (FESTO 3.6) g.
dinyatakan”ok” sehingga PLC memerintahkan kepada chuck/gripper konveyor untuk menutup dengan dilanjutkan chuck/gripper dari weigh checker membuka, kemudian konveyor berjalan. Namun apabila soft bag dinyatakan “no good” atau tidak memenuhi syarat yang ditentukan weigh checker yakni 500 ml dengan toleransi 5ml maka, PLC akan memerintahkan kepada chuck/gripperweigh checker untuk membuka saat itu juga sehingga soft bag akan terjatuh kedalam box reject, dengan dilanjutkan konveyor berjalan. Dan seterusnya proses seperti itu berjalan.
Ilustrasi Cara Kerja Mesin Weigh Checker
Soft bag dicekam oleh konveyor, kemudian konveyor berjalan sampai terdeteksi oleh sensor photoelectric sehingga inputan dari sensor memerintahkan PLC untuk menghentikan konveyor. Kemudian chuck/gripper dari weigh checker menutup, lalu dilanjutkan chuck/gripper dari konveyor membuka. Load cell yang terpasang dirangkaian pneumatik memberikan input kepada weigh checker, dimana apabila inputan menunjukan 500ml atau dengan toleransinya 5ml maka soft bag tersebut
(a) (b) Gambar : (a) chuck weigh konveyor ‘close’ dan chuck weigh checker ‘open’. (b) Chuck konveyor ‘close’ dan chuck weigh checker ‘close’.
70
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
Gambar : proses menimbang h.
Rangkaian Pneumatik Weigh Checker
Gambar : rangkaian pneumatik weigh checker
4. a. a.
b.
PERHITUNGAN Pneumatik Dari hasil perhitungan didapat data sebagai berikut : Gaya untuk mendorong gripper F = x (m x g) F = 1,1 x (0,4 kg x 9,81 m/s2) F = 4,3164 N Menentukan diameter piston silinder d2 = d2 =
c.
d.
d = 3,47 mm 3,5 mm (diameter minimal) Gaya piston teoritis Fth =AxP Fth = x (0,021mm)2x 500.000 N/m2 Fth = 173,09 N Pemilihan kompresor
Lad = Lad =
x
{( x
b.
Sambungan las temu rangka dengan box panel = = 0,0039 kg/mm2 c. Perhitungan Mur dan Baut Baut (M10 x 1.25) Tekanan dudukan sebesar =
5.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan analisa perhitungan, maka dapat disimpulkan bahwa spesifikasi dari sistem pneumatik, rangka, PLC dan weigh checker cukup baik mekanisme dan cara kerjanya.
- 1}
Adapun dengan perancangan ini akan meningkatkan kapasitas produksi serta ketelitian dalam menimbang. Berikut ini adalah data dan hasil perhitungan yang diperoleh:
Lad = 0,111938 kw = 111,9328 Watt b. a.
=0,125 kg/mm2
= 1,27
- 1} {(
=
Perhitungan Sambungan Las Sambungan las temu rangka baja profil L = (kg/mm2)
71
E-Jurnal Teknik Mesin, Vol. 2 No. 1, Desember 2014 ISSN:2337-9928
a.
Pneumatik
d. PLC 1) Merk = Mitsubishi Programmable Controller 2) Jenis = Melseq-Q (Q06UD(E)HCPU) e. Weigh Checker 1) Merk = A&D, Company limited 2) Seri = AD-4401 Weighing Indicator f. Sensor Beban 1) Merk = Metler Toledo 2) Model = MTB-100
Merk = SMC MHW2-20D Diameter piston silinder = 21 mm Gaya piston teoritis = 173,09 N Daya = 111,9328 Watt b. Sambungan Rangka 1) Sambungan las temu rangka Dengan bahan baja St37 maka, tegangan yang dihasilkan pada sambungan las temu untuk rangka sebesar 0,125 kg/mm2, tidak melebihi tegangan yang diijinkan sebesar 37 kg/mm2. 2) Sambungan las temu rangka dengan box
DAFTAR PUSTAKA Achmad Zainun, 2006, Elemen Mesin I, Refika Aditama Bandung. Bolton William, 2004, Pemrograman Controller, Erlangga: Jakarta.
Dengan bahan baja St37 maka, Tegangan yang dihasilkan pada sambungan las temu rangka dengan box sebesar 0,0039 kg/mm2, tidak melebihi tegangan yang diijinkan sebesar 37 kg/mm2.
Logic
Dr. Ing. Krist Thomas, 1993, Dasar-dasar Pneumatik, Erlangga: Jakarta. Sularso & Tahara Haruo, 2004, Pompa & Kompresor, Pradnya Paramita : Jakarta.
c. Sambungan Mur dan Baut (M10 x 1.25), dengan spesifikasi : 1) Gaya aksial max= 124,5 kg < harga batas mulur sebesar 918,6 kg 2) Tekanan dudukan= 1,27 kg/mm2 Dengan bahan baut adalah S20C batas dudukan sebesar 30 kg/mm2 maka, dinyatakan aman.
Sularso & Suga Kiyokatsu, 1997, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita : Jakarta.
72
