BAB III PERANCANGAN ALAT. Sistem pengendali tension wire ini meliputi tiga perancangan yaitu perancangan

Transkripsi

1 31 BAB III PERANCANGAN ALAT Sistem pengendali tension wire ini meliputi tiga perancangan yaitu perancangan mekanik alat, perancanga elektronik dan perancangan perangkat lunak meliputi program yang digunakan, penentuan alamat input dan output. 3.1 Blok Diagram Sistem Pada perancangan prototype sistem pengendali tension wire berbasis arduino Uno menggunakan 1 sensor yaitu sensor load cell. Sebelum merancang perangkat lunak, yang perlu diketahui lebih utama yaitu susunan sistem alat. Adapun blok diagram tersebut adalah sebagai berikut : Power supply unit (PSU) Sensor load cell Relay_1_Naik Motor HX711 Module Tension ARDUINO Relay_1_Turun Limit switch 1 UNO Relay_2_Tarik Motor Penarik Limit switch 2 Buzzer LCD Gambar 3.1 Blok diagram kerja alat

2 Perancangan Mekanik Mekanik Alat Pada perancangan mekanik, bahan dasar yang digunakan adalah jenis papan kayu triplek berukuran 1000 mm x 250 mm x 20 mm (p x l x t) sebagai base line tempat bertumpunya alat, roll berbahan material nilon dengan diameter 20 mm dan bobbin tempat gulungan wire dengan material nilon berukuran diameter 30 mm serta lebar 50 mm. Prototype sistem pengendali tension wire berbasis arduino menggunakan 1 buah motor DC dan 1 buah motor AC. Motor DC digunakan untuk menggerakan roll dancer naik dan turun sedangkan motor AC digunakan untuk menarik wire. Pada alat ini ada 6 buah roll dimana 5 roll digunakan dalam kondisi fixed (diam) dan 1 buah roll dalam kondisi bergerak naik dan turun dengan maksimal jelajah masing-masing naik dan turun 300 mm, sementara dari 4 buah roll dalam kondisi diam ada 1 buah roll yang terpasang diatas sensor load cell Roll Dancer Pada perancangan roll dancer bahan yang digunakan adalah nilon berukuran 20 mm dengan rangka penggerak berbahan material besi berukuran 100 mm x 200 mm x 300 mm (p x l x t) berfungsi untuk menggerakan wire naik dan turun. Berdasarkan ukuran rangka penggerak jarak jelajah roll dancer maksimal naik dan turun adalah 300 mm. Bentuk sketsa roll dancer dan rangka penggerak bisa dilihat pada gambar 3.2

3 33 Gambar 3.2 Sketsa roll dancer Roll pathline Pada perancangan roll pathline bahan yang digunakan adalah keramik berukuran diameter 20 mm dengan tinggi 100 mm yang berfungsi sebagai guide sehingga wire tetap lurus tidak bergeser ketika ditarik. Ada 4 buah roll pathline yang digunakan roll pathline 1 diletakan diantara roll dancer disebelah kiri dan roll pathline 2 diletakan sebelah kanan dengan jarak antara roll 300 mm dan sementara roll pathline 3 dan 4 diletakan diantara sensor load cell dengan jarak antara roll 120 mm. Bentuk sketsa roll pathline bisa dilihat pada gambar 3.3. Dia. 20 mm 100 mm

4 34 Gambar 3.3 Sketsa roll pathline Roll load cell Pada perancangan roll load cell bahan yang digunakan adalah nilon berukuran diameter 15 mm dan tinggi 40 mm yang diletakan diatas sensor load cell dengan total tinggi dari base adalah 130 mm. Roll load cell diletakan pada posisi center diantara roll pathline 3 dan 4. Bentuk sketsa roll load cell bisa dilihat pada gambar mm 60 mm 60 mm L load cell roll path line 3 roll load cell roll path line 4 Gambar 3.4 Sketsa roll load cell Bobbin Pada perancangan bobbin bahan yang digunakan adalah nilon berukuran diameter 30 mm dengan lebar 50 mm. Ada 2 buah bobbin yang digunakan sebagai tempat gulungan kabel yaitu diletakan pada start proses dan akhir proses. Untuk bobbin pada start proses diletakan 200 mm dari roll pathline 1 dan

5 35 untuk bobbin akhir proses diletakan 150 mm dari roll pathline 4mm. Bentuk sketsa bobbin bisa dilihat pada gambar mm 50 mm Gambar 3.5 Sketsa bobbin 3.3 Perancangan Elektronik Miktrokontroler Arduino Uno Perancangan perangkat elektronik meliputi perancangan modul mikrokontroller Arduino Uno yang mendukung sistem kerja alat ini. Pada input terdiri dari sensor load cell dan dua buah Limit switch. Load cell berfungsi sebagai sensor pembaca tekanan yang dihubungkan dengan penguat modul hx711 dan limit switch digunakan sebagai saklar untuk batas atas dan bawah pada roll dancer. Pada output terdiri dari relay yang dihubungkan pada satu buah motor DC dan satu buah motor AC, selain relay ada juga buzzer sebagai output

6 36 yang berfungsi untuk memberikan tanda. Gambar rangkaian keseluruhan alat ini bisa dilihat sebagai berikut : Gambar 3.6 Rangkain keseluruhan mikrokontroler arduino uno Sensor Load Cell Dan Hx711 Load cell yang digunakan adalah load cell dengan kapasitas maksimal 10 kg yang dihubungkan dengan modul hx711, modul ini berfungsi penguat output yang dihasilkan oleh sensor load cell sehingga bisa terbaca oleh kontrol arduino.

7 37 Gambar 3.7 Rangkain load cell dan modul hx711 Adapun penerapan sensor load cell pada sistem kontrol ini yaitu merubah gaya tekan yang dihasilkan wire kemudian dikonversi menjadi besaran tension. Seperti sudah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa yang mempengaruhi besarnya tension pada wire adalah gaya tekan dan diameter wire itu sendiri Relay Pengendali Motor AC Rangkaian pengendali Motor AC menggunakan relay. Relay digunakan mengendalikan Motor AC untuk menarik wire. Rangkaian pengendali Motor penarik wire ini menggunakan satu buah modul relay tipe satu chanel. Rangkaian pengendali Motor AC dapat dilihat pada gambar 3.8. GND 220 volt Gnd 5 volt Input dari arduino Gambar 3.8 Rangkaian pengendali motor AC Relay Pengendali Motor DC Rangkaian pengendali Motor DC menggunakan relay. Relay digunakan mengendalikan Motor AC untuk mengontrol tension wire dengan cara

8 38 memberikan tekanan pada wire. Rangkaian pengendali Motor DC ini menggunakan dua buah modul relay tipe satu chanel. Rangkaian pengendali Motor DC dapat dilihat pada gambar 3.9. GND input 5 volt input 5 volt 24 volt Gambar 3.9 Rangkaian pengendali motor DC Pada saat rangkaian mendapat tegangan 24 VDC pada salah satu koil pada relay, apabila input arduino dalam kondisi ambang dimana belum ada masukan berupa perintah eksekusi dari program maka common relay belum bisa bekerja mengalirkan arus listrik pada Motor DC. Jika perintah eksekusi berupa Pushbutton start ataupun stop yang telah diaktifkan maka rangkaian mendapat ground dari arduino maka koil relay bekerja sehingga common relay dapat bekerja mengalirkan arus listrik pada Motor DC Saklar Saklar digunakan untuk menghidupkan dan mematikan alat dengan cara menghubungkan langsung secara parallel ke sumber tegangan 5 volt dan 24 volt. Saklar juga digunakan untuk tombol Start dan Stop untuk menjalankan Alat

9 39 dengan cara memutus koneksi dari relay ke motor AC. Selain itu saklar digunakan juga untuk mengontrol motor DC secara manual dengan cara memutus koneksi ke relay dan menghubungkan ke sumber tegangan 24 volt.. Skema saklar dapat dilihat pada Gambar volt S1 24 volt dan 5 volt Motor AC Motor DC S2 S2 Relay Relay Gambar 3.11 Rangkaian saklar Limit Switch Limits witch digunakan sebagai batas apabila roll tension bergerak lebih dari jarak yang sudah ditentukan baik ketika posisi naik dan turun ketika limit switch aktif maka roll tension akan berhenti. Pada alat ini digunakan dua buah limit switch yang diletakan pada posisi atas dan bawah pada rangka penggerak roll. Fungsi utama dari limitswitch adalah dapat memutus dan menyambungkan arus listrik, putus ketika limitswitch tidak ditekan dan menyambung ketika limitswitch ditekan. Skema limitswitch dapat dilihat pada Gambar 3.7. To arduino To arduino

10 40 Gambar 3.12 Rangkaian limit switch 3.4 Prinsip Kerja Alat Cara kerja alat ini adalah berdasarkan gaya tekan yang diberikan oleh wire terhadap sensor load cell kemudian dikonversi menjadi besaran tension oleh mikrokontroler arduino UNO. Dimana ketika proses rewinding wire ditarik oleh motor AC penggerak, wire akan memberikan gaya tekan terhadap sensor kemudian diterima oleh arduino sebagai input dan dikonversi dirubah menjadi besaran tension. Kemudian sistem kontrol akan mengirimkan perintah ke motor DC penggerak melalui pengendali relay untuk menggerakan roll dancer dan hasil pembacaan besaran tension oleh sensor ditampilkan melalui LCD. Apabila tension wire terlalu besar atau diatas batas maksimum maka roll dancer akan bergerak turun fungsinya adalah untuk menstabilkan tension. Namun apabila tension wire terlalu rendah dengan sendirinya dancer akan bergerak naik agar tension wire kembali stabil. Apabila ketika proses pembacaan nilai tension oleh sensor diluar spesifikasi maka buzzer akan aktif high dan low. Namun apabila ketika proses rewind terjadi kondisi putus atau kondisi suplay wire sudah habis dengan otomatis motor AC penarik wire akan berhenti dan aktif high atau dapat dikatakan buzzer akan berbunyi terus menerus. Tabel. 3.1 Prinsip Kerja Alat

11 41 Jika kita perhatikan pada tabel 3.1 sensor load cell bekerja pada 5 kondisi yaitu sebagai berikut: 1. Ketika tension wire berada pada posisi diatas 200 gf maka roll dancer akan bergerak turun kemudian motor penarik akan aktif dan buzzer akan aktif (high low) posisi ini bisa dikatakan pada posisi diluar standard tension. 2. Ketika tension wire berada pada posisi dibawah 100 gf maka roll dancer akan bergerak naik kemudian motor penarik akan terus aktif dan buzzer akan aktif (high low) posisi ini bisa dikatakan pada posisi diluar standard tension. 3. Ketika tension wire berada pada posisi diatas 600 gf maka roll dancer akan stop kemudian motor penarik akan stop dan buzzer akan aktif ( low) posisi ini bisa dikatakan pada posisi diluar standard tension. 4. Ketika tension wire berada pada posisi dibawah 50 gf maka roll dancer akan stop kemudian motor penarik akan stop dan buzzer akan aktif ( low) posisi ini bisa dikatakan pada posisi diluar standard tension. 5. Ketika tension wire berada pada posisi diantara 100 gf dan 600 gf maka roll dancer akan stop kemudian motor penarik akan aktif dan buzzer akan aktif (high) posisi ini bisa dikatakan pada posisi standard tension.

12 42 6. Namun dari kelima kondisi tersebut apabila ada salah satu dari limit switch yang aktif baik untuk limit atas maupun limit bawah sistem tidak akan bekerja atau bisa dikatakan stop proses. Untuk memulai kembali proses rubah posisi saklar roll dancer pada posisi manual kemudian tekan saklar sampai roll dancer satu level tingginya dengan roll pathline 1 dan roll pathline Penentuan Alamat Penentuan alamat yang akan dipakai sangat penting sebelum membuat program, yang bertujuan untuk mengklasifikasikan perangkat input seperti sensor dan limitswitch sebagai input mikrokontroler arduino UNO dan perangkat output seperti pengendali Motor DC, pengendali motor AC dan buzzer sebagai output mikrokontroler arduino UNO Alamat Input Arduino Tabel 3.2 Alamat Input Arduino UNO Alamat Input Keterangan Pin. A2 dan A3 Sensor Load Cell/modul hx711 Pin. 1 Limit Switch 1 Pin. 2 Limit Switch 2 Tabel 3.2 adalah alamat input yang digunakan pada mikrokontroler arduino UNO, yaitu sebanyak 4 alamat input mulai dari alamat Pin A2 dan Pin A3 yang dihubungkan dengan modul hx711/sensor load cell serta Pin 1 dan Pin 2 sebagai alamat input untuk limit switch 1 dan limit switch Alamat Output Arduino

13 43 Tabel 3.3 Alamat Output Arduino UNO Alamat Output Keterangan Pin. 11 Motor Roll Dancer Naik Pin. 12 Motor Roll Dancer Turun Pin. 13 Motor AC Penarik Pin. 10 Buzzer Pin. 4 Pin. 9 LCD Tabel 3.3 adalah alamat output yang digunakan pada mikrokontroler arduino UNO, yaitu sebanyak 10 alamat output mulai dari alamat Pin 4 sampai Pin 13. Untuk Pin 4 sampai Pin.9 digunakan untuk LCD dan Pin 11 sampai Pin 13 digunakan untuk relay sertta Pin. 10 digunakan untuk buzzer. 1.6 Perancangan Perangkat Lunak (Software) Perancangan perangkat lunak pada sistem kendali tension wire ini menggunakan bahasa pemograman C untuk perintah mikrokontroler arduino Uno yang menerima input dari sensor load cell dan selanjutnya akan memerintah output motor dan buzzer. Untuk mengetahui proses cara kerja alat diperlukan flowchart sebagai garis besar ruang lingkup alat. Adapun gambar flowchart pada alat sebagai berikut : Mulai Sensor load cell Limit switch 1 dan 2 Arduino membaca masukan dari LS 1 dan LS 2 Arduino membaca nilai tekanan Nilai tekanan dikonversi menjadi besaran tension Tidak Tidak Nilai tension ditampilkan pada lcd Jika salah satu LS tertekan Jika Nilai tension < 100 Jika Nilai tension > 200 Jika Nilai tension < 0 Jika Nilai tension > 600 Jika Nilai 200<tension < 100 Tidak Ya Ya Ya Ya YA Ya Roll dancer naik, motor penarik aktif (high low) Roll dancer stop, motor penarik stop (low) Roll dancer turun, motor penarik aktif (high low) Roll dancer stop, motor penarik aktif (low) Roll dancer stop, motor penarik stop (low) Roll dancer stop, motor penarik stop (low) Roll dancer stop, motor penarik stop (low) Tidak Tidak Tidak Roll dancer stop, motor penarik stop (low) Roll dancer stop, motor penarik aktif Roll dancer stop, motor penarik aktif (low) Tidak

14 44 Gambar 3.13 Flow chart sistem Konversi Gaya Tekan Menjadi Besaran Tension Pada alat ini ada proses pengkonversian gaya tekan yang diterima oleh sensor load cel dirubah menjadi besaran tension melalui perhitungan kemudian direalisasikan dan diprogram oleh mikrokontroler arduino. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab 2 bahwa gaya tekan wire dan sudut pembentuk tension berpengaruh terhadap besarnya tension. Wire Arah tension F 57 0 Roll Pathline 3 Load 57 0 cell Roll Pathline 3 Gambar 3.14 Prinsif gaya tekanan Pada gambar 3.14 yaitu prinsip gaya tekan wire alat ini dengan sudut α dan β pembentuk tekanan disetting sebesar masing-masing 57 0 dengan arah tekanan dilambangkan F (force). Untuk mencari besar gaya tension dapat dihitung secara matematis sebagai berikut: F = σ Cos α + σ.cosβ Jika kondisi sudut α = β, maka. F = 2 σ. Cos α

15 45 σ = σ = σ = Jika nilai dari α adalah 57, maka untuk mencari besaran tension. F 2 Cos α F 2 Cos 57 F 1,08 Untuk melihat konversi besaran tension oleh mikrokontroler arduino bisa dilihat seperti pada list program berikut: float areading = 192.0; // put the value of the lowest rate here. 192 is a sample value float aload = 500; // your lowest load value for example 500 grams or use no laod and take that value as lowest. float breading = 144.0; //put the value of the highest rate here. 344 is a sample value. float bload = 1500; // your highest load value for example 1000 grams Pada list program diatas dapat dilihat inisialisasi untuk pembacaan tekanan oleh sensor load cell dimana untuk memaksimalkan tingkat keakuratan pembacaan ada dua jenis pembacaan yaitu untuk tipe areading dan breading semua nilai yang didapat dari kedua pembacaan itu berdasarkan sampling dan hasil pembacaan nilai tekanan dibandingkan dengan data aktual. Setelah itu hasil dari

16 46 pembacaan besaran tekanan dikonversi menjadi besaran tension oleh mikrokontroler arduino. float tension = ((bload - aload)/(breading - areading)) * (newreading - areading) + aload))/1,08; Pada list program diatas dapat dilihat bahwa besarnya tension adalah hasil pembacaan tekanan oleh sensor load cell dibagi dengan besarnya kedua sudut pembentuk tekanan.