BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Motor Stepper Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah : Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran) Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.

2 6 Pada dasaranya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu: Motor stepper tipe Variable reluctance (VR) Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberienergi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR): Gambar 2.1. Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR)

3 Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM) Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tincan) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan (perhatikan gambar 2.9). Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor Gambar 2.2. Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet (PM) Motor stepper tipe Hybrid (HB) Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari keduatipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigigigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini

4 8 paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid: Gambar 2.3. Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan

5 9 Gambar 2.4. Motor stepper dengan lilitan unipolar Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubahubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya (perhatikan gambar 1.5). Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama. Gambar 2.5. Motor stepper dengan lilitan bipolar

6 Driver ST11 Motor Stepper tidak bisa bergerak sendiri, melainkan bergerak secara per step. Motor stepper tidak merespon sinyal clock dan mempunyai beberapa lilitan dimana lilitan-lilitan tersebut harus dicatu (tegangan) dahulu dengan suatu urutan tertentu agar dapat berotasi. Membalik urutan pemberian tegangan tersebut akan menyebabkan putaran motor stepper yang berbalik arah. Jika sinyal kontrol tidak terkirim sesuai dengan perintah maka motor stepper tidak akan berputar secara tepat, mungkin hanya akan bergetar dan tidak bergerak. Untuk mengontrol motor stepper digunakan suatu rangkaian driver yang menangani kebutuhan arus dan tegangan Gambar 2.6 Rangkaian Driver motor stepper Secara teoritis motor stepper dapat digerakkan langsung oleh rangkaian pengendali seperti mikrokontroller ataupun PLC. Tetapi pada kenyataanya output

7 11 yang didapat motor stepper sangatlah kecil. Tegangan yang dihasilkan berkisar 2 sampai 2,5 volt. Sementara itu untuk menggerakkan motor stepper butuh tegangan antara 5 sampai 24 vilt dc. Driver ST11 ini memiliki input pulse mode yang dapat diatur. System ini dapat mengatur putaran motor berdasarkan pulsa yang di setting melalui switch. Putaran motor akan diatur oleh frekuensi pulsa yang dikeluarkan oleh driver motor stepping ST11. Rangkaian driver motor merupakan rangkaian open collector dimana output rangkaian ini terhubung dengan ground untuk mencatu llitan motor stepper. Gambar 2.7 Gambar Driver Motor Stepper ST PLC KEYENCE PLC KEYENCE KV16DT PLC (Programmable Logic Controller) adalah suatu sarana pendukung otomasi terutama pada sistem kontrolnya. Sifatnya yang bisa diprogram dan

8 12 disesuaikan dengan kebutuhan membuat PLC menjadi suatu hal yang popular dan terkenal di dunia industri. Salah satu jenis PLC yang banyak digunakan pada industri adalah PLC KEYENCE.. Gambar 2.8. PLC KEYENCE KV 16DT Pada PLC KEYENCE pemrograman dapat dilakukan dengan menggunakan komputer melalui software kv studio. Kv studio merupakan software yang khusus untuk pemograman diagram ladder pada PLC Keyence, khususnya sebagai alat untuk mengubah, memasukkan dan memantau PLC di lapangan. PLC merupakan Komputer khusus untuk aplikasi dalam industri, untuk memonitor proses, dan untuk menggantikan hard wiring control dan memiliki bahasa pemrograman sendiri. Akan tetapi PLC tidak sama akan personal computer karena PLC dirancang untuk instalasi dan perawatan oleh teknisi dan ahli listrik di industri yang tidak harus mempunyai skill elektronika yang tinggi dan memberikan fleksibilitas kontrol berdasarkan eksekusi instruksi logika. Karena itulah PLC semakin hari semakin berkembang baik dari segi jumlah input dan output, jumlah memory yang tersedia, kecepatan, komunikasi antar PLC dan cara atau teknik pemrograman. Hampir segala macam proses produksi di bidang

9 13 industri dapat diotomasi dengan menggunakan PLC. Kecepatan dan akurasi dari operasi bisa meningkat jauh lebih baik menggunakan sistem kontrol ini. Keunggulan dari PLC adalah kemampuannya untuk mengubah dan meniru proses operasi di saat yang bersamaan dengan komunikasi dan pengumpulan informasiinformasi vital. LOGIC TIMING COUNTER PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER SEQUENCE DATA CONTROL Gambar 2.9. Fungsi PLC Pada prinsipnya sebuah PLC melalui modul input bekerja menerima datadata berupa sinyal dari peralatan input luar (external input device) dari sistem yang dikontrol. Peralatan input luar tersebut antara lain berupa sakelar, tombol, sensor. Data-data masukan yang masih berupa sinyal analog akan diubah oleh modul input A/D (analog to digital input module) menjadi sinyal digital. Selanjutnya oleh prosesor sentral (CPU) yang ada di dalam PLC sinyal digital itu diolah sesuai dengan program yang telah dibuat dan disimpan di dalam ingatan

10 14 (memory). Seterusnya CPU akan mengambil keputusan dan memberikan perintah melalui modul output dalam bentuk sinyal digital. Kemudian oleh modul output D/A (digital to analog module) dari sistem yang dikontrol seperti antara lain berupa kontaktor, relay, solenoid, heater, alarm dimana nantinya dapat untuk mengoperasikan secara otomatis sistem proses kerja yang dikontrol tersebut KV STUDIO ver6 Pada PLC Keyence software yang digunakan adalah KV Studio. Software ini sangat mudah digunakan. Berikut merupakan jendela tampilan dari software KV Studio ver6. Gambar Tampilan Software KV Studio Versi Catu Daya Sumber energi yang berupa catu daya dibutuhkan dalam setiap rangkaian elektronika, baik itu sumber energi arus searah ataupun arus bolak-balik. Sumber energi searah dapat diperoleh dari accu, batere, atau dari tegangan AC yang

11 15 disearahkan menjadi tegangan DC, sedangkan sumber energi arus bolak-balik diperoleh dari generator ataupun tegangan jala-jala PLN. Pada proyek akhir ini, catu daya diperoleh dari tegangan jala-jala listrik sebesar 220VAC 50Hz yang nantinya akan diubah menjadi tegangan yang besarnya 24 volt. Istilah Catu Daya berarti suatu sistem penyearah yang mengubah tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Direct Current). Pada rancang bangun ini, output catu daya adalah 24 Volt. Dalam catu daya, terdapat bagianbagian penting, yaitu : a. Transformator b. Penyearah input dan filter input c. Regulator d. Filter output Transformator (Trafo) digunakan untuk menurunkan tegangan. Karena tegangan yang masuk ke transformator adalah tegangan dari jala jala PLN, maka pada bagian output dari transformator akan menghasilkan tegangan AC dengan nilai sebesar yang tertera pada output transformator. Dioda digunakan untuk penyearah tegangan. Karena tegangan yang masuk ke dioda adalah tegangan AC, dan tegangan yang keluar dari dioda penyearah adalah tegangan DC, tetapi tegangan DC tersebut memiliki tegangan ripple maka dipasang kapasitor sebagai filter tegangan.

12 16 Regulator digunakan sebagai penstabil tegangan output dari penyearah, tegangan keluaran dari regulator sesuai dengan nilai yang tertera pada IC Regulator. Untuk tegangan input digunakan tegangan DC dari keluaran penyearah yang sudah di lewatkan di kapasitor, besarnya tegangan yang mampu mengaktifkan regulator adalah minimal 2 Volt lebih dari output Regulator. Sebagai filter output dipasang kapasitor Transformator Komponen utama yang digunakan untuk merubah nilai tegangan adalah transformator. Transformator terdiri dari dua buah lilitan yaitu lilitan primer (Np) dan lilitan sekunder (Ns), yang dililitkan pada satu inti yang saling terisolasi, atau terpisah antara satu dengan lainnya. Besar tegangan pada lilitan primer dan sekunder ditentukan oleh jumlah lilitan yang terdapat pada bagian primer atau sekundernya, dengan demikian transformator digunakan untuk mentransfer daya dari lilitan primer ke lilitan sekunder, tanpa adanya perubahan daya (daya tetap). Gambar 2.11 Simbol Transformator Pada transformator berlaku persamaan sebagai berikut :

13 17 Keterangan : Vp : tegangan primer (volt) Vs : tegangan sekunder (volt) Np : lilitan primer Ns : lilitan sekunder Transformator ideal apabila daya masukan pada gulungan primer sama dengan daya keluaran pada gulungan sekunder. P = P V. I = V. I = Keterangan : Pp : daya primer (watt) Ps : daya skunder (watt) Ip : arus primer (ampere) Is : arus skunder (ampere) Dari persamaan persamaan (2.1) dan persamaan (2.4) dapat dinyatakan hubungan di antara ketiganya dengan persamaan sebagai berikut : = =

14 18 Berdasarkan persamaan (2.5) dapat disimpulkan bahwa besarnya tegangan yang muncul pada lilitan berbanding lurus dengan banyaknya lilitan, sedangkan besarnya arus berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan Rangkaian Penyearah Penyearah dibagi menjadi dua, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Pada penyearah setengah gelombang, sinyal bolak balik yang disearahkan adalah ½ (setengah) dari perioda sinyal yaitu pada perioda positif sinyal. Pada penyearah gelombang penuh, sinyal bolak balik yang disearahkan adalah ½ (setengah) perioda positif dan ½ (setengah) perioda negatif dari sinyal. Rangkaian penyearah dibentuk dari satu atau lebih dioda tergantung dari jenis penyearah yang digunakan. Untuk penyearah setengah gelombang menggunakan 1 buah diode menggunakan trafo non CT. Dan untuk penyearah gelombang penuh menggunakan 2 buah dioda untuk masukan dari trafo CT (center tap) atau 4 buah dioda untuk masukan dari trafo non CT. Gambar 2.12 Penyearah Gelombang Penuh 4 Dioda

15 Kapasitor Sebagai Filter Meskipun telah disearahkan oleh dioda, tegangan keluaran yang dihasilkan merupakan tegangan DC yang belum rata sehingga perlu diratakan atau ditapis dengan menggunakan perata (filter). Komponen yang digunakan sebagai perata tegangan adalah kapasitor, hal ini dikarenakan kapasitor mempunyai sifat dapat menyimpan muatan. Dan pada rangkaian perata, bekerja berdasarkan pada pengisian dan pengosongan muatan. Walaupun telah diratakan oleh kapasitor tegangan tersebut belumlah rata sempurna seperti tegangan DC murni dan masih muncul tegangan riak (ripple tegangan). Semakin kecil tegangan riaknya maka tegangan searahnya semakin baik, seperti terlihat pada gambar dibawah : Gambar 2.13 Bentuk Gelombang Ripple Tegangan Dari gambar 2.13 dapat dilihat V = V V V = V

16 Regulator Regulator tiga terminal adalah Integrated Voltage Regulator Circuit yang dirancang untuk mempertahankan tegangan outputnya tetap dan mudah untuk dirangkai. Keuntungannya adalah : a. Membutuhkan penambahan komponen luar yang sangat sedikit, ukuran kecil. b. Mempunyai proteksi terhadap arus hubung singkat. c. Mempunyai automatic thermal shutdown. d. Mempunyai tegangan output yang sangat konstan. e. Mempunyai arus rendah. f. Mempunyai ripple output yang sangat kecil. g. Pembiyaan rendah Gambar 2.16 memperlihatkan contoh IC regulator Tegangan Positif tiga terminal MC7824. Gambar 2.14 Bentuk IC Regulator dan Simbol Rangkaian

17 21 Seri LM 78XX adalah regulator dengan tiga terminal, dapat diperoleh dengan berbagai tegangan tetap. Beberapa IC regulator mempunyai kode yang dibuat oleh pabrik pembuat komponen, sebagai contoh : IC LM.7824 AC Z yang artinya sebagai berikut: LM Linear Monolithic 78L Bagian nomor dasar yang menyatakan tegangan positip 24 Tegangan output AC Standart ketepatan Z Tipe pembungkus, ZTO-92 Plastic Seri LM 78XXC dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 alamunium, arus keluaran (output) 1A, boleh lebih asalkan IC regulator dilengkapi dengan pendingin (heatsink). Regulator LM 78XXC mudah dipakai dan tambahan komponen-komponen lain tidak banyak. Sifat-sifat IC regulator LM 78XX adalah sebagai berikut : a. Arus keluaran melebihi 1A b. Pengamanan pembebanan lebih termik c. Tidak diperlukan komponen tambahan d. Ada pengamanan untuk transistor keluaran ( output ) e. Dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 aluminium

18 22 Rangkaian catu daya menggunakan regulator tiga terminal IC 7824 untuk tegangan output 24 volt konstan ditunjukkan pada gambar Gambar 2.15 Rangkaian Catu Daya dengan IC Regulator 7824 Arus maksimum regulator IC yang dikirim ke beban tergantung pada tiga faktor, yaitu: a. Temperatur. b. Perbedaan antara tegangan input dan output atau disebut diferensial input output. c. Arus beban. Uraian lengkap mengenai parameter IC regulator dapat dilihat dari data sheet yang dibuat oleh pabrik pembuat komponen. Contoh IC 7805 C mempunyai output nominal 5 volt. Dari data sheet Motorolla didapat temperatur juntion 250 C (Tj C), tegangan output antara low 4,8 volt atau high 5,2 volt ; arus output > 100 ma.

19 MICROSOFT VISUAL BASIC Sekilas Tentang Visual Basic Visual Basic atau yang sering disebut dengan VB software atau sarana (tool) untuk menghasilkan program program aplikasi berbasis windows. Beberapa keutamaan dari VB antara lain : 1. Untuk membuat program aplikasi berbasis windows 2. Untuk membuat objek objek pembantu program lain. Seperti internet, PLC, kontrol ActiveX dll 3. Menguji program (debugging) dan menghasilkan program akhir berakhiran EXE yang bersifat executable, atau dapat langsung dijalankan Menjalankan Visual Basic Visual Basic juga merupakan sebuah program aplikasi windows. Oleh sebab itu, program ini harus dijalankan oleh program windows. 1. Klick tombol mouse pada menu start 2. Pilih menu program> Microsoft Visual Basic 6.0>Microsoft Visual Basic Sebuah kotak dialog akan keluar seperti gambar 1.9 akan muncul saat akan memulai Visual Basic

20 24 Gambar Tampilan Kotak dialog New Project Lingkungan Visual Basic Setelah Visual Basic dijalankan, akan muncul sebuah layar seperti gambar 1.13 berikut ini. Gambar 2.17 Lingkungan Visual Basic

21 25 Komponen komponen dari lingkungan Visual Basic antara lain : Control Menu Control Menu adalah menu yang digunakan terutama untuk memanipulasi jendela Visual Basic. Dari menu ini kita bisa mengubah ukuran, memindahkan, atau menutup jendela Visual Basic atay jendela windows lainnya Menu Menu Visual Basic berisi semua perintah Visual Basic yang dapat dipilih untuk melakukan tugas tertentu. Isi dari menu ini sebagian hampir sama dengan program program windows pada umumnya Toolbar Toolbar adalah tombol tombol yang mewakili suatu perintah tertentu dari Visual Basic. Setiap simboltersebut dapat langsung diklik untuk melakukan perintah tertentu Form Window Form Window atau jendela form adalah daerah kerja utama, dimana kita akan membuat program program aplikasi Visual Basic. Jendela Form inilah yang nantinya akan menjadi latar belakang dari aplikasi yang kita buat Toolbox Toolbox adlah sebuah kotak peranti yang mengandung semua objek atau kontrol yang dibutuhkan untu membentuk suatu

22 26 program aplikasi. Kontrol adalah suatu objek yang akan menjadi interface (penghubung) antara program aplikasi dan user-nya, dan kesemuanya harus diletakkan didalam jendela form Project Explorer Jendela Explorer adalah jendela yang mengandung semua file didalam aplikasi Visual Basic. Setiap aplikasii didalam Visual Basic disebut dengan istilah project (proyek), dan setiap proyek bisa mengandung lebih dari satu file Jendela Properties Jendela Properties adalah jendela yang mengandung semua informasi mengenai objek yang terdapat pada aplikasi Visual Basic. Properties adalah sifat dari sebuah objek, misalnya seperti namanya, warna, ukuran, posisi,dan sebagainya Form Layout Window Form Layout Window adlah jendela yang menggunakan posisi dari form yang ditampilkan pada layar monitor. Posisi form pada Form Layout Window inilah yang merupakan petunjuk dimana aplikasi akan ditampilkan pada layar monitor saat dijalankan Jendela Code Jendela Code adalah satu jendela yang penting di dalam Visual Basic. Jendela ini berisi kode kode program yang merupakan instruksi instruksi untuk aplikasi Visual Basic.

23 Pemrograman Visual Basic Program adalah kata, ekspresi, pernyataan atau kombinasinya yang disusun dan dirangkai menjadi satu kesatuan prosedur yang berupa urutan langkah untuk menyelesaikan masalah yang diimplementasikan dengan menggunakan bahasa pemrograman sehingga dapat dieksekusi oleh komputer. Bahasa pemrograman merupakan prosedur/tata cara penulisan program. Pada bahasa pemrograman terdapat dua faktor penting, yaitu syntax dan semantic. Syntax adalah aturanaturan gramatikal yang mengatur tata cara penulisan kata, ekspresi dan pernyataan, sedangkan semantic adalah aturan-aturan untuk menyatakan suatu arti. Pemrograman merupakan proses mengimplementasikan urutan langkah untuk menyelesaikan suatu masalah dengan menggunakan suatu bahasa pemrograman (Sutedjo dan Michael, 1997). Bahasa Basic pada dasarnya adalah bahasa yang mudah dimengerti sehingga pemrograman di dalam bahasa Basic dapat dengan mudah dilakukan meskipun oleh orang yang baru belajar membuat program. Hal ini lebih mudah lagi setelah hadirnya Microsoft Visual Basic, yang dibangun dari ide untuk membuat bahasa yang sederhana dan mudah dalam pembuatan scriptnya (simple scripting language) untuk graphic user interface yang dikembangkan dalam sistem operasi Microsoft Windows. Visual Basic merupakan bahasa pemrograman yang sangat mudah dipelajari, dengan teknik pemrograman visual yang memungkinkan penggunanya untuk berkreasi lebih baik dalam menghasilkan suatu program aplikasi. Ini terlihat dari dasar pembuatan dalam visual basic adalah form, dimana pengguna dapat

24 28 mengatur tampilan form kemudian dijalankan dalam script yang sangat mudah (Setyadi, 2010). Dalam pemrograman berbasis obyek (OOP), perlu dipahami istilah object, property, method dan event. Object merupakan komponen di dalam sebuah program. Property adalah karakteristik yang dimiliki object. Method merupakan aksi yang dapat dilakukan oleh object. Event adalah kejadian yang dapat dialami oleh object. Implementasinya dalam sebuah aplikasi misalnya anda membuat form, maka form tersebut memiliki property, method, dan event. Sebagaimana pemrograman visual lain seperti Delphi dan Java, VB juga bersifat event driven progamming. Artinya anda dapat menyisipkan kode program pada event yang dimiliki suatu obyek (Octovhiana, 2003). Properties window adalah jendela untuk melihat dan mengubah properti yang dimiliki sebuah objek. Ada dua pilihan tampilan properties window, yaitu Alphabetic (urut berdasarkan abjad) dan Categorized (urut berdasarkan kelompok) (Ramadhan, 2004). Pemahaman dasar visual basic bisa dimulai dari pengenalan terhadap objek, properties, event, dan methode. Objek dapat diartikan kepada sebuah benda dalam hal ini anggap saja objek adalah textbox, label dan commandbutton. Properties adalah sesuatu yang dipunyai oleh objek. Misalnya textbox mempunyai property nama atau property text. Event adalah suatu kejadian terhadap objek pada saat tertentu.

25 29