LANDASAN TEORI. Mesin Power Press adalah peralatan yang mempunyai prinsip kerja

Transkripsi

1 7 `BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Mesin Power Press Mesin Power Press adalah peralatan yang mempunyai prinsip kerja penekanan dengan melakukan pemotongan, pembentukan atau gabungan dari keduanya. Gambar 2.1 Mesin Power Press Mesin power press khususnya jenis hidraulik merupakan mesin yang didesain untuk proses deep drawing dengan bahan plat-plat logam dengan hasil yang akurat. Pada umumnya dimensi ini dapat dikatakan besar dibanding mesin-mesin produksi lain yang ada di perusahaan ini. Dimensi yang penting terletak pada tinggi mesin itu dan biasanya dapat mencapai 3-4 meter. Ketinggian itu tergantung dari besarnya tonase mesin tersebut yang berpengaruh pada produk yang dipress.

2 8 Penggunaan tenaga hidrolik pada mesin power press dapat dikatakan cukup tepat karena pada prinsipnya gerakan dari silinder hidraulik cukup akurat. Hal ini dibuktikan bahwa silinder dapat bergerak dan bekerja dengan tepat pada jarak yang kita kehendaki. Selain itu tenaga yang dihasilkan dalam gerakannya juga cukup besar sehingga dapat melakukan proses press sesuai yang diinginkan Prinsip Kerja Mesin Power Press Pada proses produksi pembuatan komponen-komponen kendaraan, dari raw material sampai keluar menjadi barang jadi, material tersebut harus melewati berbagai tahapan proses. Salah satunya adalah proses pengepresan. Pada dasarnya proses pengepresan atau stamping menggunakan teknik tumbukan yaitu dengan menekan atau menumbuk suatu material (blank material) pada suatu mesin menjadi bentuk yang diinginkan. Yang dimana mesin press adalah mesin yang menompang sebuah landasan dan sebuah penumbuk, sebuah sumber tenaga, dan suatu mekanisme yang menyebabkan penumbuk bergerak lurus dan tegak menuju landasannya. Untuk menghasilkan kualitas pengepresan yang baik, perlu adanya alat-alat pendukung dalam melakukan proses produksi

3 Bagian-bagian Mesin Power Press Gambar 2.2 Bagian-bagian Mesin Power press Gambar 2.3 Bagian-bagian Elektrikal Power press

4 Jenis-jenis Mesin Power Press Mesin power press diklasifikasikan menjadi beberapa macam menurut proses pengerjaan yang dilakukan, yaitu : Step Forming, Combination Forming dan Progressive Forming. 1. Step Forming Prinsip kerja dari mesin ini dijalankan secara manual oleh satu operator. Operator akan meletakkan logam pada dies (cetakan) pada mesin, kemudian menginjak foot step yang berguna untuk menggerakkan mesin satu kali proses. Logam hasil pengepresan akan tertiup angin dari blower yang kemudian akan masuk ke cerobong dan jatuh ke boks. Gambar 2.4 Step Forming

5 11 2. Combination Forming Prinsip kerja dari mesin ini dijalankan secara otomatis. Operator hanya akan mempersiapkan bahan dan boks untuk logam hasil pengepresan. Gambar 2.5 Combination Forming 3. Progressive Forming Prinsip kerja dari mesin ini dijalankan secara otomatis. Operator hanya akan mempersiapkan bahan dan boks untuk logam hasil pengepresan. Gambar 2.6 Progressive Forming

6 Dasar Sistem Kontrol Dalam proses industri, sering dibutuhkan besaran-besaran yang memerlukan kondisi atau persyaratan yang khusus, seperti ketelitian yang tinggi, harga yang konstan untuk selang waktu yang tertentu, nilai yang bervariasi dalam suatu rangkuman tertentu, perbandingan yang tetap antara 2 (dua) variabel, atau suatu besaran sebagai fungsi dari besaran lainnya. Jelas, kesemuanya itu tidak cukup dilakukan hanya dengan pengukuran saja, tetapi juga memerlukan suatu cara pengontrolan agar syarat-syarat tersebut dapat dipenuhi. Karena alasan inilah diperkenalkan suatu konsep pengontrolan yang disebut Sistem Kontrol. Ada beberapa definisi yang harus dimengerti untuk lebih memahami Sistem Kontrol secara keseluruhan, yaitu: Sistem, Proses, Kontrol dan Sistem Kontrol. Definisi dari beberapa istilah tersebut adalah sebagai berikut: SISTEM: Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu. PROSES: Proses adalah perubahan yang berurutan dan berlangsung secara kontiniu dan tetap menuju keadaan akhir tertentu. KONTROL: Kontrol adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu SISTEM KONTROL (Control System): Sistem Kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Contoh variabel atau parameter fisik, adalah: tekanan (pressure), aliran (flow), suhu

7 13 (temperature), ketinggian (level), ph, kepadatan (viscosity), kecepatan (velocity), dan lain-lain. Hubungan sebuah sistem dan proses dapat diilustrasikan seperti terlihat pada Gambar 2.7 di bawah ini. INPUT PROSES OUTPUT Gambar 2.7 Blok Diagram Sistem Kontrol Prinsip Sistem Kontrol Prinsip Sistem Kontrol akan diceritakan seperti contoh di bawah ini. Seorang operator sedang menjaga ketinggian (level) suatu tangki yang akan digunakan untuk sebuah proses kimia. Jika, ketinggian tangki kurang dari yang semestinya, operator akan lebih membuka keran masukan (valve), dan sebaliknya, jika ketinggian melebihi dari yang semestinya, operator akan mengurangi bukaan keran (valve), dan seterusnya. Gambar 2.8 mengilustrasikan cerita sistem kontrol tersebut.

8 14 OPERATOR PABRIK POMPA TANGKI Gambar 2.8 Contoh Sistem Kontrol Manual Dari kejadian ini, dapat dinyatakan bahwa sebenarnya yang terjadi adalah pengukuran terhadap tinggi cairan di dalam tangki, kemudian membandingkannya terhadap harga tertentu dari tinggi cairan yang dikehendaki, lalu melakukan koreksi yakni dengan mengatur bukaan keran masukan cairan ke dalam tangki. Dapat disimpulkan bahwa sebuah sistem kontrol, melakukan urutan kerja sebagai berikut: 1. Pengukuran (Measuring) 2. Perbandingan (Comparison) 3. Perbaikan (Correction) Sistem tersebut dapat berjalan baik, jika dianggap sistem bekerja secara ideal dan sederhana. Namun, masalah akan timbul jika diteliti lebih lanjut, seperti: a. Keadaan proses yang lebih kompleks dan sulit. b. Pengukuran yang lebih akurat dan presisi.

9 15 c. Jarak proses yang tidak mudah dijangkau. maka diperlukan modifikasi terhadap sistem tersebut. Dalam hal seperti inilah diperlukan sebuah Sistem Kontrol Otomatik, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2.9 di bawah ini. POMPA Set Point CONTROLLER TANGKI Level Transducer PABRIK Solenoid Gambar 2.9 Sistem Kontrol Otomatik Terdapat beberapa manfaat pada penggunaan Sistem Kontrol Otomatik pada sebuah proses, yaitu: 1. Kelancaran Proses 2. Keamanan 3. Ekonomis 4. Kualitas

10 Klasifikasi Sistem Kontrol Secara umum, sistem kontrol dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Sistem Kontrol Manual dan Otomatik b. Sistem Lingkar Terbuka (Open Loop) dan Lingkar Tertutup (Closed Loop) c. Sistem Kontrol Kontiniu dan Diskrit d. Menurut sumber penggerak: Elektrik, Mekanik, Pneumatik, dan Hidrolik Penjelasan singkat dari jenis-jenis sistem kontrol diatas akan dibahas berikut ini. Sistem Kontrol Manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator, seperti tampak pada Gambar 2.8. Sedangkan Sistem Kontrol Otomatik adalah pengontrolan yang dilakukan oleh peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia, sebagaimana terlihat pada Gambar 2.9. Sistem Kontrol Manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada pengaturan suara radio, televisi, cahaya layar televisi, pengaturan aliran air melalui keran, pengendalian kecepatan kendaraan, dan lain-lain. Sedangkan Sistem Kontrol Otomatik banyak ditemui dalam proses industri (baik industri proses kimia dan proses otomotif), pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik dan lain-lain. Sistem Kontrol Lingkar Terbuka (Open Loop) adalah sistem pengontrolan di mana besaran keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga variable yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Sedangkan Sistem Kontrol Lingkar Tertutup (Closed Loop) adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga

11 17 yang diinginkan. Selanjutnya, perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dengan harga yang diinginkan digunakan sebagai koreksi yang merupakan sasaran pengontrolan. Open Loop Control System memiliki karakteristik sebagai berikut: a. Tidak terdapat proses pengukuran. b. Variabel yang dikontrol tidak mempengaruhi aksi pengontrolan. c. Banyak didasari oleh waktu atau urutan proses. d. Kurang akurat, lebih stabil, murah. Sedangkan Closed Loop Control System mempunyai karakteristik sebagai berikut: a. Terdapat proses pengukuran. b. Variabel yang dikontrol mempengaruhi aksi pengontrolan (feed back). c. Lebih akurat, dapat terjadi ketidakstabilan. d. Mahal. Gambar 2.10 di bawah ini, mengilustrasikan blok diagram Open Loop Control System dan Closed Loop Control System. Selanjutnya, sebagian besar pembahasan Sistem Kontrol adalah berdasarkan kepada Closed Loop Control System atau lebih dikenal dengan Sistem Kontrol Umpan Balik (Feedback Control System).

12 18 INPUT PROSES OUTPUT (a) Sistem Kontrol Lingkar Terbuka INPUT PROSES OUTPUT (b) Sistem Kontrol Lingkar Tertutup Gambar 2.10 Sistem Kontrol Lingkar Terbuka dan Tertutup Sementara itu, Sistem Kontrol Kontiniu adalah sistem yang memanfaatkan pengendali (controller) berbasis nilai kontinu, seperti: Proportional (P), Integrator (I), dan Differensiator (D), atau kombinasi dari ketiganya (PI, PD, atau PID). Sedangkan Sistem Kontrol Diskrit adalah sistem yang menggunakan pengontrol (controller) dengan nilai diskrit, seperti pengendali ON-OFF atau pengendali posisi ganda (switch selector). Gambar 2.11 PID Controller

13 Karakteristik Sistem Kontrol Otomatik Beberapa karakteristik penting dari Sistem Kontrol Otomatik adalah sebagai berikut: a. Sistem Kontrol Otomatik merupakan sistem dinamik yang dapat berbentuk linear maupun non-linear. b. Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya dan kemudian mengembangkannya. c. Komponen atau unit yang membentuk sistem kontrol ini akan saling mempengaruhi. d. Bersifat mengembalikan sinyal ke bagian masukan (feedback) dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat system. e. Karena adanya pengembalian sinyal ini, maka pada sistem kontrol otomatik selalu terjadi masalah stabilitas. Pemakaian Sistem Kontrol Otomatik banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari, baik dalam pemakaian langsung maupun tidak langsung. Pemakaian dari Sistem Kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut: a. Sistem Kontrol Proses: seperti temperatus, aliran, tinggi permukaan cairan, viskositas, dan lain-lain. Misalnya pada industri kimia, makanan, tekstil, pengilangan, dan lain-lain. b. Sistem Kontrol Energi: seperti pada pengendalian pembangkit tenaga listrik dan pendistribusian tenaga.

14 20 c. Sistem Kontrol Numerik: seperti pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang. Misalnya pada proses pengeboran, pembuatan lubang, pengelasan dan kerja-kerja otomotif. d. Sistem Kontrol Transportasi: seperti elevator, escalator, pesawat terbang, kereta api, conveyor, dan lain-lain. e. Sistem Kontrol Servo Mekanis: sistem yang berhubungan dengan posisi, kecepatan dan pergerakan. f. Bidang non teknis: seperti sistem ekonomi, sistem sosial dan sistem biologi. 2.3 Motor Servo Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Gambar 2.12 Diagram Block Motor Servo

15 21 Karena motor DC servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, maka magnet permanen motor DC servo yang mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua medan magnet. Salah satu medan dihasilkan oleh magnit permanen dan yang satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan dari dua medan magnet tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi yang nilainya konstan Jenis Motor Servo Secara umum terdapat 2 jenis motor servo yaitu motor servo standard dan motor servo continous. Servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat. Motor servo standard sering dipakai pada sistim robotika misalnya untuk membuat Robot Arm ( Robot Lengan ). sedangkan Servo motor continuous dapat berputar sebesar 360 derajat. motor servo Continous sering dipakai untuk Mobile Robot. Pada badan servo tertulis tipe servo yang bersangkutan Prinsip Kerja Motor Servo Motor servo merupakan sebuah motor dc kecil yang diberi sistim gear dan potensiometer sehingga dia dapat menempatkan horn servo pada posisi yang dikehendaki. Karena motor ini menggunakan sistim close loop sehingga posisi horn yang dikehendaki bisa dipertahanakan. Horn pada servo ada dua jenis. Yaitu Horn X dan Horn berbentuk bulat.

16 22 Gambar 2.13 Motor Servo Dengan Horn Bulat Gambar 2.14 Motor Servo Dengan Horn X Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation). Teknik ini menggunakan system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 ms pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa

17 23 OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Gambar 2.15 Metode PWM Motor Servo Untuk menggerakkan motor servo ke kanan atau ke kiri, tergantung dari nilai delay yang kita berikan. Untuk membuat servo pada posisi center, berikan pulsa 1.5ms. Untuk memutar servo ke kanan, berikan pulsa <=1.3ms, dan pulsa >= 1.7ms untuk berputar ke kiri dengan delay 20ms, seperti ilustrasi berikut: Gambar 2.16 Ilustrasi Setting Parameter Motor Servo

18 Robo Cylinder Robo Cylinder merupakan salah satu implementasi dari konsep Mekatronika (Mekanika, Elektronika, dan Informatika) yang digunakan sebagai Alternative untuk Pneumatic Cylinder. Kelebihan Robo Cylinder : 1. Multiple Positioning 2. Programmable Velocity Control 3. Programmable Acceleration & Deceleration 4. Programmable Torque Control mm to 1000 mm Stroke Lenghts 6. 1mm/s to 1000mm/s Speed (Depends on Model) 7. Low Power Consumption Komponen Robo Cylinder Untuk mendukung sistem kontrol dari Robo Cylinder, tentunya part tersebut memiliki komponen pembentuk seperti yang terlihat pada gambar 2.17.

19 25 Gambar 2.17 Komponen Robo Cylinder Robo Cylinder memiliki 5 komponen utama pembentuk yaitu : 1. Actuator 2. Controller 3. Power Supply 4. PC Software 5. PIO Cable

20 Actuator Actuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Actuator diaktifkan dengan menggunakan lengan mekanis yang biasanya digerakkan oleh motor listrik, yang dikendalikan oleh media pengontrol otomatis yang terprogram di antaranya mikrokontroler. Actuator adalah elemen yang mengkonversikan besaran listrik analog menjadi besaran lainnya misalnya kecepatan putaran dan merupakan perangkat elektromagnetik yang menghasilkan daya gerakan sehingga dapat menghasilkan gerakan pada robot. Untuk meningkatkan tenaga mekanik actuator ini dapat dipasang sistem gear box. Actuator dapat melakukan hal tertentu setelah mendapat perintah dari controller. Misalnya pada suatu robot pencari cahaya, jika terdapat cahaya, maka sensor akan memberikan informasi pada controller yang kemudian akan memerintah pada actuator untuk bergerak mendekati arah sumber cahaya. Jenis tenaga penggerak pada actuator Actuator tenaga elektris, biasanya digunakan solenoid, motor arus searah (Mesin DC). Sifat mudah diatur dengan torsi kecil sampai sedang Actuator tenaga hidrolik, torsi yang besar konstruksinya sukar. Actuator tenaga pneumatik, sukar dikendalikan. Actuator ainnya: piezoelectric, magnetic, ultra sound.

21 27 Pada Robo Cylinder sendiri memiliki beberapa jenis actuator dengan penggerak elektrik sebagi komponen utama : 1. Slider Type Pergerakan Slider Type pada aktuator bergerak maju dan mundur untuk melakukan positioning sesuai permintaan. Linear guide dapat membantu mencapai linearitas yang baik dan juga memungkinkan penanganan beban tidak merata saat proses positioning. Actuator dari Robo Cylinder jenis ini sangat cocok untuk Transfer dan positioning dengan jarak yang lebih panjang untuk pemindahan dan penempatan pada sistem yang terdiri dari beberapa titik positioning Gambar 2.18 Actuator Slider Type 2. Rod Type Rod Type Actuator merupakkan salah satu jenis robo cylinder yang digunakan untuk melakukan positioning dan gerakan menekan saat beroperasi. Rod type sendiri memiliki tiga pilihan guide yaitu : No Guide, single guide and double guide. Selain itu actuator jenis tersebut jika dilihat dari spesifikasi instalasi motor terdapat tiga jenis instalasi yaitu including coupling, direct connection dan

22 28 reversing type. Dalam aplikasi didunia industri kebanyakan actuator rod type digunakan untuk menaikkan maupun menurunkan beban ( dalam hal ini item / produk ), mendorong dan menekan beban serta crimping ( mencengkram ). 3. Gripper Type / Rotary Type Gambar 2.19 Actuator Rod Type Actuator Gripper Type dapat melakukan fungsi mencengkeram yang dapat disesuaikan untuk menahan bahkan untuk beban/item produk yang rapuh dengan pergerakan mencengkeram yang lembut. Kemudian untuk Rotary Type merupakan jenis actuator yang menawarkan fleksibilitas dan berfungsi baik sebagai stasiun indeks yang dapat melakukan posisi operasi 360 derajat Gambar 2.20 Gripper Type / Rotary Type

23 29 4. Table Type/ Arm Type/ Flat Type Table Type/ Arm Type/ Flat Type pada slide actuator digunakan untuk melakukan positioning dan gerakan menekan. Build in guide linear dapat membantu pencapaian untuk sebuah linearitas dan penanganan beban yang tidak merata pada sebuah item yang akan di operasikan oleh actuator tersebut. Bila dibandingkan dengan actuator Rod Type, actuator jenis ini lebih mudah dalam hal instalasi perangkat Controller Gambar 2.21 Table Type/ Arm Type/ Flat Type Controller merupakan salah satu perangkat dari IAI Robo Cylinder yang berfungsi untuk mengendalikan actuator dalam hal positioning control, solenoid valve control, pulse-train control, serial communicate field control ( Device Net/ CC-Link / Profibus ) dan pengoperasian program. controller sendiri memiliki beberapa macam tipe yaitu : PCON CA, XSEL, SSEL dan MSEL.

24 30 Gambar 2.22 Controller Robo Cylinder Power Supply Pada rangkaian ini power supply memiliki peranan yang sangat penting, sebab komponen ini yang akan membagi tegangan ke seluruh komponen lainnya. Fungsi utama power supply ini sendiri adalah pengubah arus tegangan AC menjadi arus tegangan DC PC Software Software program controller dapat beroperasi 1,2 sampai 6 AXIS. Semenjak proses interpolasi dimungkinkan, program IAI ini dapat digunakan idealnya untuk operasi dari coating dan palletizing yang membutuhkan gerakan disinkronisasikan dari 2 sumbu. IAI controller memiliki beberapa jenis yaitu PC Interface software for RC type dan dan PC interface software for XSEL PIO Cable Dalam Rangkaian IAI controller PIO Cable merupakan Port input/ output cable yang berfungsi untuk mentransmisikan input/ output dari PLC ke Controller. Dalam proses instalasinya PIO Cable akan dikoneksikan pada Port yang ada di Controller IAI dan dihubungkan dengan Port PLC untuk

25 31 mentransmisikan semua perintah yang sudah di program dalam PLC untuk menjalankan semua output dari program.