BAB II LANDASAN TEORI Dalam pembuatan tugas akhir ini peralatan yang kami gunakan adalah sebagai berikut : 2.1 Sensor pendeteksi objek Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Enam Tipe Isyarat Sensor 1) Mechanical, contoh: panjang, luas, mass flow, gaya, torque, tekanan, kecepatan, percepatan, panjang gel acoustic, dll 2) Thermal, contoh: temperature, panas, entropy, heat flow 3) Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi, dll 4) Magnetic, contoh: intensitas medan, flux density, dll 5) Radiant, contoh: intensitas, panjang gelombang, polarisasi, dll 6) Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, ph, kecepatan reaksi, dll Pada tugas akhir ini kami menggunakan sensor GTE-6 yaitu sensor yang menggunakan infrared. Sensor memiliki jarak deteksi max 30 cm dan memiliki setting sensitivikasi.
Gambar 2.1 Sensor Gte-6 ( Sumber : www.sick.com ) Gambar 2.2 Data Sheet ( Sumber : www.sick.com )
Gambar 2.3 Data Sheet ( Sumber : www.sick.com ) Keterangan : 1. Objek dengan pengurangan 90 % (berdasarkan standar warna putih DIN 5033). 2. Kisaran lama penggunaan 100 jam pada T A = + 25 0 C. 3. Nilai batas reverse-polarity perlindungan operasi kerja dengan jaringan pelindung konsleting max 8 A. 4. Jangan melebihi atau kurang dari tegangan toleransi V s. 5. Tanpa Beban. 6. Waktu signal pemindahan dengan beban resistive. 7. Rasio terang/gelap 1 : 1. 8. Jangan ditempatkan dibawah suhu 0 0 C
Gambar 2.4 Jarak Deteksi Objek ( Sumber : www.sick.com ) Keterangan : 1. Jarak deteksi objek hitam, refleksi 18 %. 2. Jarak deteksi objek putih refleksi 90 %. Gambar 2.5 Grafik Sensitivitas ( Sumber : www.sick.com ) Keterangan : Berdasarkan grafik sensitivitas sensor terhadap jarak, terlihat bahwa semakin jauh jarak sensitivitas semakin berkurang. Sensitivitas tertinggi berdasarkan grafik diatas, sensitivitas tertinggi berada pada jarak 50 mm atau 1,9 inc. 2.1.1 Gangguan Yang Terjadi Pada Sensor
Sebuah sensor akan bekerja optimal, andaikata tidak terdapat beberapa sebab yang dapat mengganggu kinerja sensor tersebut, gangguan tersebut bisa dari luar atau dari dalam, namun umumnya gangguan tersebut berasal dari luar sensor. Maka dari itu diperlukan perawatan agar sensor tersebut selalu dalam keadaan baik/berfungsi dengan semestinya, dengan cara menghilangkan masalah-masalah yang dapat mempengaruhi sensor. Ada beberapa macam gangguan yang menyebabkan sensor tidak bekerja antara lain: Sensor off center, artinya antara pengirim dan penerima tidak center sehingga sinar yang dipancarkan oleh pengirim tidak sampai ke penerima Sensor kotor, ini sering terjadi pada area dimana kandungan debunya sangat banyak, sehingga menutupi bagian permukaan sensor. Usia pakai sensor, terkadang usia pakai yang cukup lama menyebabkan sensor berkurang tingkat efisiensinya. Kabel putus, ini dapat disebabkan oleh kondisi wiring yang tidak rapih, sehingga kabel tertarik benda lain. Sensitivitas kurang, pengaturan sensitivitas yang tidak sesuai dengan jarak yang dibutuhkan menyebabkan sensor tidak bekerja dengan baik. Dengan cara mengontrol kondisi sensor kemudian melakukan tindakantindakan yang diperlukan, maka dengan sendirinya masalah-masalah yang dapat mengganggu kinerja sensor akan hilang. 2.2 Level Switch / Level Sensor Level switch adalah alat yang mendeteksi ketinggian atau level dari suatu volume benda cair pada suatu tabung atau tangki, kita ambil contoh, misalkan level switch dipasang pada tangki air untuk mendeteksi jumlah atau volume air yang masuk kedalam tangki, kemudian alat ini dihubungkan dengan mesin pompa
air, pada saat volume air didalam tabung sudah mencapai level tertentu (high) dan terdeteksi oleh sensor, maka sensor level switch akan bekerja sebab bagian depan dari level switch terendam oleh air, ketika itu pula level switch akan memerintahkan mesin pompa air untuk berhenti berputar, dalam artian level switch akan memutuskan aliran arus yang ke mesin pompa air. mesin pompa air akan bekerja kembali manakala volume air yang ada didalam tangki berkurang akibat pemakaian, dan terdeteksi oleh sensor level switch yang dipasang dibagian bawah tangki ( low ) pada saat itu pula sensor akan memerintahkan mesin pompa air untuk bekerja atau berputar agar mengisi tangki, demikian seterusnya. Sensor level air (Otoelektrod) adalah sensor level air multifungsi yang dipakai untuk aplikasi pengisi galon, tandon air, bak mandi, maupun bak wudhu otomatis. Alat ini bekerja menggunakan stik elektroda stainless steel anti karat sehingga aman untuk depot air minum, tandon maupun bak air. Dengan meniadakan unsur mekanis (seperti bandul, pelampung dan sebagainya), Maka dijamin alat ini anti macet dan sangat presisi dalam mendeteksi level air dengan 3 level deteksi (low medium high). Untuk pengisian galon stik elektrodra dari alat ini dipasang pada mulut galon dan output dari alat ini dihubungkan dengan solenoid valve. Ketika stik stainless steel posisi low dan high tidak mendeteksi air saat galon kosong maka Solenoid Valve akan on. Ketika stik stainless steel posisi low dan high mendeteksi air saat galon penuh maka solenoid valve akan off. LOW HIGH Gambar 2.6 Stik Otoelektrod
Gambar 2.7 Otoelektrod sensor level air multifungsi ( Sumber : http://otosensing.blogspot.com/2010/11/prinsip-kerja-sensor.html ) Gambar 2.8 Skema Kerja Alat Sumber : (www.sick.com ) Cara kerja alat ini yaitu naik-turunnya level air ada di antara ujung elektroda high dan low, artinya ketika level air turun di bawah elektroda low maka pompa
akan ON, dan ketika level air naik sampai menyentuh ujung elektroda high maka pompa akan OFF. 2.3 Solenoid Valve Solenoid Valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakkan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC. Solenoid Valve atau katup solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan, dan lubang exhaust. Lubang masukan berfungsi sebagai tempat cairan masuk, lalu lubang keluaran berfungsi sebagai tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Prinsip kerja dari solenoid valve yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil mendapat supplay tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakkan piston pada bagian dalamnya. Ketika piston berpindah posisi maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar cairan yang berasal dari supplay. Pada umumnya solenoid valve mempunyai tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja DC. Gambar 2.4 solenoid valve
Gambar 2.9 Struktur Fungsi Solenoid Valve (Sumber : http://meriwardana.blogspot.com/2011/11/solenoid-valve.html) Keterangan Gambar : 1) Valve Body 2) Terminal masukan (Inlet Port) 3) Terminal keluaran (Outlet Port) 4) Koil / koil solenoid 5) Kumparan gulungan 6) Kabel suplai tegangan 7) Plunger 8) Spring 9) Lubang / exhaust Katup Listrik / Solenoid valve atau sv adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai koil sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, sv mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan diberi kode P, berfungsi sebagai terminal / tempat udara masuk atau supply, lalu lubang keluaran, diberi kode A dan B, berfungsi sebagai terminal atau tempat udara keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust diberi kode R, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan udara terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika sv ditenagai atau bekerja. Cara kerja Solenoid valve adalah salah satu alat atau komponen kontrol yang salah satu kegunaannya yaitu untuk menggerakan tabung cylinder, sv adalah katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya yang mana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka pada lubang keluaran A atau B dari sv akan keluar udara yang berasal dari P atau supply, pada umumnya sv mempunyai tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja DC.
Solenoid valve dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu sv single coil (satu kumparan) dan sv double coil (dua kumparan) tapi mempunyai cara. 2.4 Relay Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : 1) Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar. 2) Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Dalam pemakaian biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya. NO (normally open) dan NC (normally close) adalah penamaan kondisi atau keadaan switch saat switch belum dipasang atau belum in-service atau belum ada aksi dari parameter yang dideteksinya. Selain NO(normally open) dan NC(normally close) ada istilah lain untuk dunia per-switch-an, NE (Normally Energize) dan ND (Normally De-energize) adalah istilah lain tersebut. NE adalah keadaan switch yang close ketika parameter yang dideteksinya sedang dalam keadaan normal, switch akan open jika parameter
yang dideteksinya menjadi tidak normal (pressure low atau high, sebagai contohnya). Sedangkan ND adalah keadaan switch yang open ketika parameter yang dideteksinya sedang dalam keadaan normal, switch akan close jika parameter yang dideteksinya menjadi tidak normal (pressure low atau high, sebagai contohnya) perhatikan gambar berikut : A Gambar 2.10 NO dan NC B Pada gambar diatas sebuah LS (level switch) dipasang untuk mendeteksi ketinggian cairan yang berada di dalam sebuah tangki. LS tersebut misalnya dipakai untuk mendeteksi level high (LSH=Level Switch High). Gambar A menunjukkan level dalam keadaan normal atau dalam keadaan tidak high. Terminal Common (C) akan terhubung ke terminal NC, atau C-NC dalam keadaan energize, dan C-NO dalam keadaan deenergize. Gambar B menunjukkan level dalam keadaan tidak normal atau dalam keadaan high. Terminal Common (C) akan terhubung ke terminal NO, atau C-NO dalam keadaan energize, dan C-NC dalam keadaan deenergize. Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman. Relay jenis lain ada yang namanya reedswitch atau relay lidi. Relay jenis ini berupa batang kontak terbuat dari besi pada tabung kaca kecil yang
dililitkan kawat. Pada saat lilitan kawat dialiri arus, kontak besi tersebut akan menjadi magnet dan saling menempel sehingga menjadi saklar yang on. Ketika arus pada lilitan dihentikan medan magnet hilang dan kontak kembali terbuka (off). Gambar 2.11 Relay ( Sumber : http://meriwardana.blogspot.com/2011/11/prinsip-kerja-relay.html ) Prinsip Kerja Relay Relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : 1) Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar. 2) Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada
tegangan (+). Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya. Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu: 3) Normally Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu. 4) Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup, tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan kontak-kontak yang lain. Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada bodi relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu menswitch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman. Relay jenis lain ada yang namanya reedswitch atau relay lidi. Relay jenis ini berupa batang kontak terbuat dari besi pada tabung kaca kecil yang dililitkan kawat. Pada saat lilitan kawat dialiri arus, kontak besi tersebut akan menjadi magnet dan saling menempel sehingga menjadi saklar yang on. Ketika arus pada lilitan dihentikan medan magnet hilang dan kontak kembali terbuka (off). Gambar 2.12 Prinsip Kerja Relay
( Sumber : http://meriwardana.blogspot.com/2011/11/prinsip-kerja-relay.html ) 2.5 Power Supply ( adaptor ) Adaptor adalah pengganti batteray maupun aki dengan alat ini disebut adaptor karena berasal dari kata to adapt yang berarti menyesuaikan dari tegangan bolak-balik (AC) kepada suatu pesawat elektronika yang memerlukan tegangan searah (DC). Jadi adaptor adalah suatu alat yang berfungsi merubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) dengan tegangan tertentu. Gambar 2.13 Gambar Adaptor 12 volt Gambar 2.14 Rangkaian Power Supply Keterangan : 2. Trafo Engkel = 1 Ampere Transformator atau sering disebut trafo adalah alat untuk mentransfer tegangan AC dari gulungan kawat ke gulungan kawat lainya.
Kawat yang dipakai biasanya menggunakan kawat email, sedangkan untuk inti besi biasanya menggunakan lapisan-lapisan pelat besi. Selain itu trasformator juga berfungsi untuk menaikan tegangan listrik. Trafo jenis ini disebut trafo step up. Dan yang menurunkan tegangan listrik disebut Trafo step down. Komponen yang dihubungkan dengan tegangan input disebut komponen primer, sedangkan komponen yang dihubugnkan dengan tegangan output disebut komponen sekunder. Adapun tegangan untuk satu daya cenderung kecil, yaitu sekitar 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 12 maka trafo ini disebut trafo step down. 3. Didoda 4 buah = 1 ampere Diode berfungsi sebagai penyearah yang dapat mengubah tegangan AC menjadi DC. Rangkaian penyearah dapat digolongkan menjadi 2 kelompok, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. 4. Resistor (R 1 ), (R 2 ) = 561 Ω, 1 kω Sebuah resistor adalah terminal dua komponen elektronik yang menghasilkan tegangan pada terminal yang sebanding dengan arus listrik melewatinya sesuai dengan hukum Ohm R 1 R 2 R total = R 1 + R 2 = 561 Ω + 1 kω = 562 kω 5. Kapasitor = 1000 mf. 25 volt
Kapasitor atau kondensator adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik), Tiap konduktor disebut keping. Simbol yang digunakan untuk menampilkan sebuah kapasitor dalam suatu rangkaian listrik adalah Dalam pemakaian normal, satu keping diberi muatan positif dan keping lainnya diberi muatan negatif yang besarnya sama. Antara kedua keping tercipta suatau medan listrik yang berarah ke keping positif menuju keping negatif C = 1000 = 40 mf/volt 25 C = Q V C = kapasitas kapasitor satuannya dalam SI (Farad disingkat F), 1 Farad = 1 Coulomb/Volt. satuan lain μf (microfarad) 1 μf = 10-6 F. Q = muatan listrik sataunnya Coulomb, dan -V = beda potensial satunnya Volt. V = tegangan listrik 6. Saklar Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik.