Prototipe Sistem Pewarnaan Pupuk Berbasis Programmable Logic Control (PLC)

Transkripsi

1 Prototipe Sistem Pewarnaan Pupuk Berbasis Programmable Logic Control (PLC) Caroline 1*, Zainal Husin 1, Harlan Patriatama 1, Doni Pebrian 1 1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Sriwijaya, * caroline.herry@yahoo.com ABSTRACT Staining of fertilizer is done to distinguish the prices of subsidized and non-subsidized fertilizer that have been set by the government. During this time, staining of fertilizer is done manually by operator in the plant. Staining manually fertilizer has a problem that is the clotting of fertilizer. Thus, it is require system of automatic fertilizer staining that can resolve the issue. This paper describes the prototype of automatic fertilizer staining system using Programmable Logic Controller (PLC). The experimental result for this prototype was 4 ml for conveyor upper and lower conveyor 3 ml for every 250 grams with fertilizer. Prototype of automatic fertilizer staining showed good performance. Keywords: automatic fertilizer staining, PLC, clotting 1. PENDAHULUAN Pupuk merupakan suatu kebutuhan yang mutlak diperlukan oleh petani untuk tanaman produksi pada lahan-lahan mereka. Namun terkadang keberadaan mereka sangat sulit didapatkan, andaikata didapatkan namun harganya pun cukup melambung tinggi. Hal ini terkait oleh adanya proses produksi yang juga memerlukan dana yang cukup besar dan juga penimbunan yang dilakukan oleh oknum. Namun sesuai dengan Undang-undang no 23 tahun 2013 tentang APBN 2014, Peraturan Presiden No 15 tahun 2011 tentang penetapan pupuk bersubdisi sebagai barang pengawas dan Peraturan Mentri Keuangan No 209/PMK 02/2013 tentang tata cara penyedian, pencairan dan pertanggungjawaban dana subdisi pupuk [1], pemerintah akan menyediakan pupuk bersubsidi untuk membantu petani dalam memenuhi kebutuhan akan pupuk. Dalam upaya untuk menjalankan peraturan yang telah ditetapkan oleh pemerintah tersebut, maka perusahaan produsen pupuk yang ada di Indonesia berusaha untuk membedakan pupuk bersubsidi dan non subsidi dengan memberikan warna yang berbeda. Pemberian warna yang berbeda ini menimbulkan permasalahan yang cukup rumit karena sangat sulit untuk memberikan warna secara merata pada pupuk terutama dalam kondisi conveyor yang berjalan terutama jika dilakukan secara otomatis. Hal ini disebabkan saat cairan warna disemprotkan pada pupuk maka akan terjadi penggumpalan sehingga pupuk tidak lagi bersifat butiran seperti ketika diproduksi dari pabrik. Inilah yang menjadi salah satu permasalahan pada paper ini. Dalam otomatisasi industri biasanya dilakukan dengan menggunakan suatu pengendali yang dikenal dengan Programmable Logic Controller (PLC). PLC ini telah banyak digunakan secara luas pada dunia industri. Beberapa penelitian yang menggunakan PLC ini diantaranya adalah : pencampuran warna pada sebuah simulator dengan menggunakan PLC [2], Pengendalian pada protoype konveyor pemisah barang berdasarkan warna menggunakan sensor dt-sense color [3], pengendalian servo posisi dan kecepatan motor [4], Penggunaan PLC untuk lengan robot pemindah benda [5], Pada industri karet pun digunakan sebagai pengendali pengering blanket karet [6], Pengendali suhu pada Stirred Tank Heater [7], dan lain-lain. Dengan adanya penelitian-penelitian yang menggunakan PLC ini, maka PLC tersebut merupakan pengendali yang dapat digunakan pada sistem pewarnaan pupuk bersubsidi oleh karena itu pada paper ini, penulis menggunakan PLC. Pada Jurnal ini pembahasannya akan dibagi atas: latar belakang yang membahas pentingnya proses pewarnaan pupuk untuk membedakan subsidi dan non subsidi dan masalah yang timbul dalam proses otomatisasi pewarnaan tersebut. Kemudian pada bagian kedua akan dibahas tinjauan pustaka mengenai PLC. Berikutnya akan dibahas metode penelitian dilanjutkan dengan hasil dan pembahasan serta yang terakhir adalah kesimpulan. 2. KERANGKA TEORITIS A. Programmable Logic Controller (PLC) PLC pada dasarnya adalah sebuah komputer yang khusus dirancang untuk mengontrol suatu proses atau mesin. PLC secara bahasa berarti pengontrol logika yang dapat diprogram, tetapi pada kenyataannya, PLC secara fungsional tidak lagi terbatas pada fungsi-fungsi logika saja. PLC banyak digunakan pada dunia industri, misalnya proses pengepakan, perakitan otomatis dan lain sebagainya. Oleh karena itu, hampir semua aplikasi pada dunia industri yang menggunakan kendali dengan listrik atau elektronik sudah pasti akan membutuhkan PLC. 82

2 ISSN: Gambar 2. Diagram Sistem Prototipe Sistem Pewarnaan Pupuk Gambar 1. CPU PLC WAGO Oleh karena itu, semakin kompleks proses yang harus ditangani maka penggunaan PLC semakin diperlukan untuk mempermudah proses tersebut. Sistem kendali proses konvensional memiliki beberapa kelemahan, antara lain [5]: 1. Perlu kerja keras saat melakukan pengkabelan.. 2. Kesulitan saat dilakukan penggantian dan perubahan. 3. Kesulitan saat dilakukan pelacakan kesalahan. 4. Saat terjadi masalah, waktu tunggu tidak menentukan dan biasanya lama. Sedangkan kelebihan penggunaan sistem kontrol PLC dibandingkan sistem konvensional, antara lain: 1. Dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional, jumlah kabel yang dibutuhkan bisa berkurang hingga 80%. 2. PLC membutuhkan daya lebih rendah dibandingkan dengan peralatan sistem kontrol konvensional. 3. Fungsi diagnostic pada sebuah kontroler PLC membolehkan pendeteksi kesalahan yang mudah dan cepat. 4. Perubahan pada urutan oprasional atau proses aplikasi dapat dilakukan dengan mudah, hanya dengan melakukan perubahan atau penggantian program, baik melalui terminal maupun komputer. Lebih murah dibandingkan dengan sistem konvensional, khususnya dalam kasus penggunaan instrument I/O yang cukup banyak dan fungsi oprasional prosesnya yang cukup kompleks. Pada paper ini, PLC yang dipergunakan adalah PLC WAGO PLC ini adalah tipe modular, maksudnya adalah perangkat I/O PLC jenis ini berbentuk modul yang jumlahnya bisa ditentukan, sehingga dimungkinkan untuk menambah modul I/O sesuai kebutuhan. PLC tipe ini seperti terlihat pada Gambar 2. PLC tipe ini menggunakan perangkat lunak yang disebut dengan CoDeSys, dimana CoDeSys merupakan Gambar 3. Ladder Diagram kependekan dari Controlled Development System. CoDeSys merupakan salah satu jenis program dari sebuah PLC, dalam hal ini PLC yang dimaksud adalah PLC jenis WAGO. CoDeSys adalah suatu kesatuan lengkap yang membangun sebuah PLC. CoDeSys merupakan suatu bahasa pemograman yang sederhana yang sesuai dengan standar IEC didalam pemograman PLC. Dan biasanya digunakan untuk editor dan debugging sebagai dasar dari membuat suatu program yang nantinya bisa dikembangkan dengan bahasa pemograman yang lain seperti Visual C++. Pada CoDeSys V2.3, ada beberapa jenis bahasa yang bisa digunakan untuk menulis project dari suatu program yang telah memenuhi standar IEC. Bahasa pemograman pada CoDeSys V2.3 yang digunakan dalam paper ini adalah Ladder Diagram ( LD ). B. Ladder Diagram Ladder diagram (diagram tangga) adalah bahasa pemrograman utama yang digunakan dalam PLC. Dibuat secara vertikal dengan menggunakan simbol-simbol dalam bentuk rangkaian menurut prinsip logika. Simbolsimbol tersebut diletakkan diantara dua buah garis vertikal sejajar. Garis vertikal sebelah kiri mewakili hubungan dengan tegangan sumber atau daya masukan positif. Sedangkan garis vertikal sebelah kanan mewakili hubungan netral. 3. METODE RISET Pada bab ini akan membahas tentang perancangan dan proses kerja dari sistem pewarnaan pupuk berbasis PLC. PLC yang digunakan adalah PLC WAGO yang telah digunakan pula sebagai pengendali [5, 6]. Adapun sistem perancangan yang akan dibahas ditunjukan diagram sistem pada Gambar 4. Pada diagram sistem diatas, PLC merupakan otak dari proses kerja prototipe sistem pewarnaan pupuk yang di program melalui komputer. PLC mengedalikan motor 83

3 Jurnal Amplifier Vol. 5 No. 2, Nopember 2015 TABEL 1 PENGALAMATAN DIGITAL INPUT Input Alamat Type Input Micro1 %IX0.0 BOOL Input Micro2 %IX0.1 BOOL Push Button Start %IX0.2 BOOL Push Button Stop %IX0.3 BOOL Limit Switch 1 %IX0.4 BOOL Limit Switch 2 %IX0.5 BOOL Gambar 4. Prototipe Sistem Pewarnaan Pupuk TABEL 2 PENGALAMATAN DIGITAL OUTPUT Output Alamat Type Motor Valve Buka %QX0.0 BOOL Motor Valve Tutup %QX0.1 BOOL Pump Wiper 1 %QX0.2 BOOL Pump Wiper 2 %QX0.3 BOOL Conveyor %QX0.4 BOOL Gambar 5. Diagram Alir Prototipe Sistem Pewarnaan Pupuk DC 12 Volt untuk membuka valve, dan menerima input dari output mikrokontroller untuk menutup valve. PLC juga mengendalikan motor DC 12 Volt power window untuk menggerakkan conveyor, serta menerima input dari limit switch ketika ditekan oleh pupuk yang turun dari penampungan untuk mengendalikan pump wiper sebagai output. A. Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras akan menjelaskan peralatan yang akan digunakan dan prinsip kerja pada prototipe sistem pewarnaan pupuk. Pada prototipe sistem pewarnaan pupuk ini menggunakan pengendalian PLC WAGO , untuk membuka dan menutup valve menggunakan motor DC 12 Volt dan untuk menggerakkan conveyor menggunakan motor DC 12 Volt, sedangkan untuk mewarnai pupuk menggunakan pump wiper. Pada proses kerja dari prototipe sistem pewarnaan pupuk ini, pupuk akan turun melalui sisi sebelah kiri. Untuk menghalangi terdapat 1 buah penampungan pupuk yang mana keluaran dari pupuk dikendalikan oleh sebuah valve dimana valve tersebut digerakkan oleh motor DC 12 Volt untuk mumbuka dan menutup valve. Pada conveyor terdapat 4 buah conveyor yang terdiri dari 2 buah conveyor pewarnaan pupuk dan 2 buah conveyor penimbangan pupuk, 2 buah conveyor pewarnaan pupuk terdiri dari belt conveyor, serta terdapat penambahan berupa penghalang terbuat dari acrylic yang berguna untuk meratakan pupuk pada saat turun dari penampungan dan juga sebagai penghalang agar pupuk jatuh ke tempat penimbangan. Belt conveyor digerakkan oleh motor DC w 12 Volt, yang mana pada 2 buah conveyor tersebut di couple dan dikendalikan oleh satu motor saja. Pewarnaan pupuk menggunakan pump wiper untuk menyemprotkan cairan pewarna di belt conveyor yang mana cairan tersebut akan keluar apabila limit switch tertekan oleh pupuk ketika pupuk keluar dari penampungan. Posisi limit switch terletak pada penghalang untuk meratakan pupuk, setelah pupuk melewati penghalang, limit switch akan tertekan dan pump wiper akan bekerja menyemprotkan ke bagian pupuk. Limit switch berperan sebagai sensor pada pewarnaan pupuk ini. Berikut gambar perancangan prototipe sistem pewarnaan pupuk: Input pada prototipe sistem pewarnaan pupuk ini menggunakan modul digital input. Modul digital input ini memiliki 8 digital input yang dapat dilihat pada Tabel 1. Sedangkan output pada prototipe sistem pewarnaan pupuk ini menggunakan modul digital output. Pada setiap modul digital output memiliki 4 digital output. Prototipe sistem pewarnaan pupuk ini menggunakan 5 digital output yaitu seperti terlihat pada Tabel 2. 84

4 ISSN: Input PLC TABEL 3 DATA HASIL PENGUKURAN TEGANGAN INPUT Input Micro1 Input Micro2 Push Button Start Push Button Stop Limit Switch 1 Limit Switch 2 Tegangan yang Terukur pada Multimeter (Volt) 24.3 VDC 24.3 VDC Gambar 6. Diagram Alir Sistem Pewarnaan Pupuk B. Perancangan Perangkat Lunak Adapun diagram alir pada perancangan lunak dapat dilihat pada Gambar HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengukuran Tegangan pada Input dan Output PLC Pada pengukuran tegangan prototipe sistem pewarnaan pupuk, dapat dilihat hasil pengukuran tegangan dari relay yang terhubung pada PLC WAGO , sehingga didapatkan hasil tegangan Input dan Output yang ditampilkan pada Tabel 3. Input_micro1 dan Input_micro2 adalah output dari mikrokontroller yang tegangannya sebesar 5 Volt sedangkan input pada PLC WAGO membutuhkan tegangan 24 Volt maka diperlukan rangkaian relay untuk mengkondisikan tegangan input pada PLC WAGO Tegangan pada input Push Button Start, Push Button Stop, Limit Switch 1, dan Limit Switch 2 adalah sebesar 24 Volt sehingga tidak perlu menggunkan rangkaian relay lagi. Tegangan output pada PLC WAGO adalah sebesar 24 Volt, sehingga tidak sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh Motor DC 12 Volt untuk valve, Motor DC 12 Volt untuk conveyor, dan pump wiper, maka diperlukan rangkaian relay untuk dapat mengkondisikan tegangan output pada PLC WAGO B. Pengujian Hasil Pewarnaan Pupuk Pada pengujian hasil pewarnaan pupuk, dilakukan pengujian sebanyak 3 kali, untuk membedakan hasil pewarnaan pupuk antara conveyor atas dan conveyor bawah. Data hasil pengujian pewarnaan pupuk pada pengujian pertama, kedua dan ketiga ditampilkan pada Table 5, 6, dan 7. TABEL 4 DATA HASIL PENGUKURAN TEGANGAN OUTPUT Output PLC Motor Valve Buka Motor Valve Tutup Pump Wiper 1 Pump Wiper 2 Conveyor Tegangan yang Terukur pada Multimeter (Volt) 12.2 VDC 12.2 VDC 12.1 VDC 12.1 VDC 12.1 VDC TABEL 5 DATA HASIL PENGUJIAN IPEWARNAAN PUPUK Pupuk/250 gr Conveyor Atas Conveyor Bawah Cairan Pewarna/ml 4 ml 3 ml TABEL 6 DATA HASIL PENGUJIAN II PEWARNAAN PUPUK Pupuk/250 gr Conveyor Atas Conveyor Bawah Cairan Pewarna/ml 4 ml 3 ml TABEL 7 DATA HASIL PENGUJIAN III PEWARNAAN PUPUK Pupuk/250 gr Conveyor Atas Conveyor Bawah Cairan Pewarna/ml 4 ml 3 ml Pada Tabel 5, 6, dan 7 ditunjukkan bahwa sistem pewarnaan ini didapatkan hasil yang konstan dari setiap pengujiannya, yaitu 4 ml untuk conveyor atas dan 3 ml untuk conveyor bawah setiap 250 gr pupuk. C. Pengujian Program Ladder Diagram Pada proses pengujian program Ladder Diagram yang ditunjukkan pada Gambar 7 tombol start merupakan tahapan awal untuk memulai proses pewarnaan pupuk, dimana pada saat tombol start ditekan maka run1 akan menjadi NC (Normally Close). Setelah itu timer3 akan mengaktifkan m(memori) dengan waktu 50 ms. 85

5 Jurnal Amplifier Vol. 5 No. 2, Nopember 2015 Gambar 10. Ladder Diagram Proses Tutup Valve Gambar 7. Ladder Diagram Proses Start Membuka valve Selama 3 Detik Gambar 11. Ladder Diagram Proses Conveyor Berhenti Gambar 12. Ladder Diagram Proses Buka Valve Kembali Gambar 8. Ladder Diagram Proses Buka Valve Gambar 9. Ladder Diagram Proses Conveyor Berjalan Fungsi dari waktu 50 ms pada timer3 adalah untuk memberi impuls terhadap timer1 sehingga mvbuka menjadi NC (Normally Close) dan mvbuka akan aktif. Setelah waktu pada timer3 selesai maka m(memori) akan menjadi NO (Normally Open) dan timer1 akan meneruskan waktu yang sudah diatur dengan waktu 3 s. Setelah waktu pada timer1 selesai maka mvbuka akan menjadi NO (Normally Open) dan valve dalam posisi terbuka. Fungsi pemberian waktu pada timer1 ialah agar motor DC 12 volt tidak memutar valve sampai ketitik habis.. Proses tersebut terlihat pada Gambar 8. Selain memberi impuls terhadap timer1 untuk mengaktifkan mvbuka, m(memori) juga akan memberi impuls untuk mengaktifkan conveyor. Jadi ketika m(memori) dalam keadaan NC (Normally Close), maka conveyor juga akan menjadi NC (Normally Close) dan conveyor akan aktif. Ketika m(memori) dalam keadaan NO (Normally Open), conveyor akan tetap dalam keadaan NC (Normally Close) sehingga conveyor akan tetap aktif, karena fungsi dari m(memori) ialah untuk memberi impuls terhadap conveyor seperti terlihat pada Gambar 9. PLC akan mendapat input pada output mikrokontroller ketika pupuk sudah ditimbang dengan berat 250 gr pada box penimbangan, maka timer2 akan aktif dan mvtutup akan menjadi NC (Normally Close) sehingga valve akan menutup dan conveyor akan berhenti. Sama seperti pada saat membuka valve, pada saat menutup valve timer2 juga diatur dengan waktu 3 s, Fungsi pemberian waktu pada timer2 ialah agar motor DC 12 volt tidak memutar valve sampai ketitik habis. Proses penimbangan ditunjukkan pada gambar 10 dan 11. Setelah pupuk sudah ditimbang dengan berat 250 gr pada box penimbangan, maka pupuk akan mengisi box selanjutnya. PLC akan mendapat input pada output mikrokontroller lagi ketika pupuk dalam keadaan berat 0 gr untuk membuka valve kembali. Ketika input_micro2 menjadi NC (Normally Close) maka mvbuka akan menjadi NC (Normally Close) juga sehingga valve akan membuka kembali dan conveyor berjalan seperti terlihat pada Gambar 12. Ketika ada kesalahan sistem pada pewarnaan pupuk, maka proses tombol stop ini sangatlah penting, dikarenakan sistem yang berjalan terus menerus. Proses ini terlihat pada Gambar 13. Ketika tombol stop ditekan pada saat sistem pewarnaan pupuk ini dalam keadaan berjalan maka akan mengaktifkan timer2 sehingga mvtutup akan menjadi NC (Normally Close) dan valve akan menutup. Pada saat tombol start di tekan maka run1 akan menjadi NC (Normally Close), sehingga pada saat pupuk menekan limit switch1 atau limit switch2 maka limit switch1 atau limit switch2 akan menjadi NC (Normally Close) dan pump wiper juga akan menjadi NC (Normally Close), sehingga pump wiper akan aktif. 86

6 ISSN: PLC WAGO layak digunakan sebagai sistem kontrol yang baik pada proses pewarnaan pupuk, dikarenakan mempunyai tegangan output yang stabil sebesar 24 Volt untuk setiap beban yang dikontrol. Gambar 13. Ladder Diagram Proses Stop Akan Menutup Valve REFERENSI Gambar 14. Ladder Diagram Pewarnaan Pupuk Menggunakan Pump wiper Apabilah limit switch1 atau limit switch2 tidak ditekan oleh pupuk maka limit switch1 atau limit switch2 dalam keaadaan NO (Normally Open), sehingga Pump wiper juga dalam keadaan NO (Normally Open) dan Pump wiper tidak aktif seperti terlihat pada gambar PENUTUP 1. Dengan sistem pewarnaan pupuk menggunakan kontrol pada PLC, didapat hasil yang lebih akurat untuk pewarnaan pupuk yaitu sebesar 4 ml untuk conveyor atas dan 3 ml untuk conveyor bawah. [1] M. Tobing, "Subsidi Pupuk Hingga Akhir 2015," ed, [2] R. Gumelar, A. G. Abdullah, and M. Somantri, "Simulator Sistem Pencampur Warna Otomatis Berbasis PLC Terintegrasi Human Machine Interface." [3] S. Arbye and B. Setiyono, "Pengendalian Pada Protoype Konveyor Pemisah Barang Berdasarkan Warna Menggunakan Sensor DT-SENSE Color dengan Contoller ATMEGA 16 DAN PLC OMRON CPM1-A," TRANSMISI, vol. 16, pp , [4] I. Zakariah and A. N. Husnah, "Sistem Kendali Servo Posisi Dan Kecepatan Motor Dengan Programmable Logic Control (PLC)," FORISTEK, vol. 1, [5] B. Y. Suprapto, "Perancangan Lengan Robot Pemindah Benda Berdasarkan Warna Menggunakan PLC Wago ," Majalah Ilmiah Sriwijaya, vol. 17, pp , [6] B. Y. Suprapto, "Prototipe Monitoring Pengeringan Blanket Karet Menggunakan Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)," [7] I. Bayusari, C. Caroline, R. Septiadi, and B. Y. Suprapto, "Perancangan Sistem Pemantauan Pengendali Suhu pada Stirred Tank Heater menggunakan Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)," Jurnal Rekayasa Elektrika, vol. 10, pp ,