BAB III PERANCANGAN PROTOTIPE 3.1 TUJUAN PERANCANGAN Pada prinsipnya tujuan dari perancangan alat dan program adalah untuk mempermudah didalam merealisasikan perakitan atau pembuatan alat dan program yang sesuai dengan spesifikasi alat yang akan dirakit berdasarkan karakteristik komponen yang mudah didapat dipasaran yang memenuhi karakteristik alat yang diharapkan, dengan didukung analisa dan persamaan yang mengacu pada teori penunjang secara bertahap. Dalam perancangan langkah pertama adalah membuat suatu diagram blok dari sistem yang akan dibuat, dimana setiap blok mempunyai fungsi tertentu dan gabungan dari tiap-tiap blok tersebut akan membentuk suatu sistem. 3.2 PERANCANGAN PERANGKAT KERAS Untuk mempermudah dalam perancangan dan pemahaman cara kerja dari prototipe, maka perancangan dibuat berdasarkan perblok. Dimana tiap perblok nya mempunyai fungsi dan kerja tertentu, dimana blok yang satu dengan yang lain saling berhubungan dan saling mendukung hingga terbentuk suatu prototipe yang mempunyai satu fungsi dan kerja. Diagram blok selengkapnya ditampilkan pada Gambar 3.1 PLC mengatur kinerja output berdasarkan input-input sehingga prototipe bekerja sesuai dengan program yang telah di-download dari PC ke PLC. 26
27 Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Input/Output PLC Penjelasan Tiap Blok: Berikut penjelasan tiap blok berdasarkan gambar 3.1 Tombol Start berfungsi sebagai tombol utama untuk menghidupkan sistem. Tombol Stop berfungsi untuk menghentikan seluruh operasi. Sensor Proximity 1 berfungsi untuk mendeteksi benda yang dibawa oleh konveyor termasuk berbahan dasar logam atau bukan, dan juga berfungsi untuk menjalankan Motor Transverse Kiri. Limit Switch Kiri berfungsi untuk menandakan bahwa konveyor sudah mencapai batas kiri sekaligus untuk menghentikan gerakan motor transverse. Limit Switch Kanan berfungsi untuk menandakan bahwa konveyor sudah mencapai batas kanan sekaligus untuk menghentikan gerakan motor transverse.
28 Sensor Proximity 2 berfungsi mengaktifkan timer untuk menjalankan Motor Transverse Kanan agar konveyor kembali ke posisi awal saat Sensor Proximity 1 tidak mendeteksi. Motor Konveyor adalah keluaran dari channel output yang dihubungkan pada sebuah relay yang fungsinya untuk menjalankan belt konveyor. Motor Transverse Kiri adalah keluaran dari channel output yang dihubungkan pada sebuah relay yang fungsinya untuk menjalankan motor sehingga konveyor dapat bergerak ke kiri. Motor Transverse Kanan adalah keluaran dari channel output yang dihubungkan pada sebuah relay yang fungsinya untuk menjalankan motor sehingga konveyor dapat bergerak ke kanan. Gambar 3.2 Skema pengkabelan keseluruhan
29 3.2.1 Tombol Tekan (Push Button) Satu yang populer dari alat-alat masukan single pole adalah saklar tekan (push button). Saklar tekan bersifat sesaat/sementara, dimana arus yang mengalir hanya selama saklar ditekan. Untuk saklar jenis ini dilengkapi dengan pengunci. Saklar tekan memiliki dua jenis kontak, yaitu: a. Kontak NO (normally open) yang akan menghubungkan rangkaian pada saat saklar ditekan dan akan melepas kembali jika saklar dilepas. b. Kontak NC (normally close) yang akan memutuskan rangkaian pada saat ditekan dan akan menutup kembali pada saat saklar dilepas. Dalam gambar 3.2 (a) menunjukkan simbol skematik untuk saklar tekan single pole NO dan saklar tekan single pole NC ditunjukkan pada gambar 3.2 (b). Contoh dari saklar tekan double pole ditunjukkan pada gambar 3.2 (c). Untuk saklar tekan double pole, ketika saklar ditekan maka dasar dari kontak akan menutup dan bagian atas membuka. Gambar 3.3 Simbol Skematik Saklar Tekan (Push Button) 3.2.2 Limit Switch. Limit switch merupakan saklar yang tidak mempunyai pengunci dan bekerjanya hanya sesaat. Limit switch ini bekerja apabila tuasnya tertekan oleh benda kerja atau peralatan lain. Limit switch mempunyai bagian utama antara lain
30 pengungkit atau roda penyulang. Bagian ini merupakan bagian yang tersentuh oleh mekanisasi lain yang kemudian menggerakkan lengan pengungkit, dan diteruskan ke dalam suatu kontak. Adanya gerakan menyebabkan kontak pada limit switch akan membuka dan menutup. Bila kontaknya NC maka limit switch akan membuka, dan bila kontaknya NO maka limit switch akan menutup. Apabila tekanan dilepas, kontaknya akan kembali ke posisi semula. Gambar 3.3 menunjukkan beberapa macam limit switch. Ada empat konfigurasi dasar limit switch seperti ditunjukkan dalam gambar 3.4. Gambar 3.4 Limit switch dengan berbagai macam bentuk Gambar 3.5 Simbol skematik Limit Switch
31 3.2.3 Motor DC Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/directunidirectional. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Gambar 3.6 Motor DC 3.2.4 Proximity Switch Proximity Switch atau Sensor Proximity adalah alat pendeteksi yang bekerja berdasarkan jarak obyek terhadap sensor. Karakteristik dari sensor ini adalah mendeteksi obyek benda dengan jarak yang cukup dekat, berkisar antara 1 mm sampai beberapa centimeter saja sesuai type sensor yang digunakan. Proximity Sensor terbagi dua macam, yaitu: Proximity Inductive
32 Proximity Capacitive Proximity Inductive berfungsi untuk mendeteksi obyek besi/metal. Meskipun terhalang oleh benda non-metal, sensor akan tetap dapat mendeteksi selama dalam jarak (nilai) normal sensing atau jangkauannya. Jika sensor mendeteksi adanya besi di area sensingnya, maka kondisi output sensor akan berubah nilainya. Sedangkan Proximity Capacitive akan mendeteksi semua obyek yang ada dalam jarak sensingnya baik metal maupun non-metal. Sama seperti fungsi pada tombol, atau secara spesifik menyerupai fungsi limit switch dalam suatu sistem kerja rangkaian yang membutuhkan suatu perangkat pembaca dalam sistem kerja kontinue mesin. Gambar 3.6 memperlihatkan kontak dari proximity, dan gambar 3.7 memperlihatkan berbagai model dari proximity. Gambar 3.7 Kontak Proximity Switch 3 kabel & 4 kabel
33 Gambar 3.8 Proximity Switch dengan berbagai macam bentuk 3.2.5 Relay Relay pada dasarnya adalah sakelar yang membuka dan menutupnya (open dan closenya) dengan tenaga listrik melalui koil relay yang terdapat di dalamnya. Pada awalnya sebuah relay di anggap memiliki koil/lilitan tembaga/cooper yang melilit pada sebatang logam, pada saat koil di beri masukan arus/ tegangan listrik/elektrik maka coil akan membuat medan elektromagnetik yang mempengaruhi batang logam di dalam lingkarannya tersebut untuk menjadikannya sebuah magnet. Kekuatan magnet yang terjadi pada batang logam tersebut menarik lempeng logam lain yang terhubung melalui armature/tuas ke sebuah saklar. Biasanya relay memicu sakelar terbuka dan tertutup, dan hal ini tergantung tipe dan kebutuhan.
34 3.3 PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK PLC bekerja sesuai dengan program yang telah disimpan di memori EPROM, CPM1A menggunakan Programming Console dan Ladder Support Software (SYSWIN, CX-Programmer, Trajexia). Pada sistem ini digunakan CX- Programmer sebagai Ladder Support Software. Program CX-Programmer dapat menggunakan mekanisme pemograman dengan instruction list ataupun ladder diagram. Namun pada kesempatan kali ini, digunakan mekanisme ladder diagram, karena lebih umum untuk digunakan dan juga lebih mudah dalam pelaksanaannya. 3.3.1 Pemograman PLC Pengalamatan I/O digunakan untuk menerjemahkan input dan output ke dalam ladder diagram sehingga memudahkan untuk memogram ladder diagram yang akan didesain ke dalam PLC. Berdasarkan jumlah I/O yang dipakai pada gambar 3.1, maka PLC memiliki 9 I/O. Pengalamatan input dan output dapat dilihat pada Tabel 3.1. Adapun ladder diagram-nya, dapat dilihat pada Lampiran 1. Tabel 3.1 Pengalamatan I/O Input 0000 Tombol Start (PB 1) 0001 Tombol Stop (PB 2) 0002 Proximity Switch Output 1000 Relay 1 (Motor Konveyor) 1001 Relay 2 (Motor Transverse Kiri) 1002 Relay 3 (Motor Transverse Kanan) 0003 Limit Switch Left 0004 Limit Switch Right
35 Tabel 3.1 Pengalamatan I/O (lanjutan) 0005 Proximity Switch 3.4 Kemungkinan Kondisi (State) Untuk cara kerja dari prototipe penyortir barang dapat menggunakan pendekatan kondisi (state) atau juga sering disebut metode Finitie State Machine (FSM). Hal ini dimaksudkan agar lebih mudah dalam mendesain ladder diagram pada PLC. Kemungkinan kondisi (state) yang ada untuk aplikasi penyortir barang dapat dilihat pada tabel 3.2. Tabel 3.2 Kemungkinan State NO STATE Output PLC 10.00 10.01 10.02 1 S0 0 0 0 2 S1 1 0 1 3 S2 1 0 0 4 S3 1 1 0 5 S4 1 0 0 6 S5 1 0 0 Catatan : Hidup bernilai 1 (satu), dan mati bernilai 0 (nol) Keterangan : - S0 = Kondisi Konveyor mati - S1 = Kondisi Konveyor dinyalakan/ berputar ke kanan - S2 = Kondisi Konveyor saat meletakkan benda di kanan - S3 = Kondisi Konveyor dalam proses berputar ke arah kiri - S4 = Kondisi Konveyor saat meletakkan benda di kiri - S5 = Kondisi menunda waktu ON - 10.00 = Relay 1 (Motor Belt Konveyor) - 10.01 = Relay 2 (Motor Transverse ke kiri) - 10.02 = Relay 3 (Motor Transverse ke kanan)
36 3.4.1 State Diagram Setelah didapatkan kemungkinan kondisi (state), yang diperlukan untuk memudahkan dalam pembuatan program adalah perancangan state diagram. Dengan demikian, dapat dibuat state diagram seperti pada gambar 3.8. PB Stop S2 LS R S0 PB Start PB Stop S1 TIM001 S3 S5 S4 Gambar 3.9 State Diagram Program 3.4.1.1 State S0 State S0, yang merepresentasikan kondisi awal ketika sistem mati, dimana konveyor belum ON. State ini juga merupakan kondisi dimana ketika sistem sedang ON berubah menjadi OFF dengan cara menekan Tombol Stop (PB 2). 3.4.1.2 State S1 State S0 akan berpindah ke State S1 apabila mendapat inputan PB 1 yaitu ketika Tombol Start ditekan. Pada State S1 Relay Motor Konveyor dan Relay
37 Motor Transverse Kanan akan ON dan belt konveyor akan berjalan disertai dengan gerakan Konveyor yang berputar ke arah kanan. State S5 pun dapat langsung berpindah ke State S1 jika Sensor Proximity 2 menjadi ON. 3.4.1.3 State S2 State S2 merupakan kondisi dimana konveyor berada dalam posisi yang sejajar dengan Kotak Penampung non-logam (Box A) dan juga bisa dikatakan sebagai home position dari Konveyor. State S1 akan berpindah ke State S2 apabila Limit Switch Kanan terdorong oleh Konveyor yang berputar ke kanan. Sehingga Motor Transverse akan berhenti, namun Motor Konveyor yang menggerakkan belt konveyor akan tetap berjalan. 3.4.1.4 State S3 Dari State S2 akan berpindah ke State S3 bila Sensor Proximity 1 mendeteksi objek benda logam. Pada State 3 ini, Relay Motor Transverse Kiri akan ON dan Konveyor berputar ke arah Kiri. 3.4.1.5 State S4 Dari State S3 akan berpindah ke State S4 saat Konveyor yang berputar ke arah kiri medorong Limit Switch Kiri yang membuat Limit Switch Kiri menjadi ON. Sehingga Motor Transverse Kiri akan OFF. Pada posisi ini, konveyor akan menghadap kotak penampung benda logam (Box B). Namun, Belt konveyor tetap berjalan untuk menjatuhkan benda logam tersebut tepat ke dalam box.
38 3.4.1.6 State S5 State S4 akan menuju ke State S5 jika Sensor Proximity 2 mendeteksi perubahan logika. State S5 akan menjalankan delay selama 2s menggunakan timer TIM001. Apabila TIM001 sudah menunda waktu selama 2s dan Sensor Proximity 1 tidak mendeteksi objek benda logam yang dibawa oleh belt konveyor, maka State S5 akan menuju State S1. Sebaliknya, apabila Sensor Proximity 1 mendeteksi objek benda logam, maka State S5 akan kembali ke State S3.