BAB III PERANCANGAN ALAT

37 BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Diagram Blok Rangkaian Perancangan Automatic Spray Control ini menggunakan PLC NAiS buatan Panasonic tipe FP0-C14RS, yang berfungsi untuk mengontrol Counter, Relai, Timer, Air Solenoid Valve dan Lampu Pilot pada panel kontrol. Secara kegunaan percobaan ini adalah untuk meningkatkan output hasil produksi dengan cara mengontrol lamanya waktu penyemprotan silicon kedalam cetakan secepat mungkin dan waktu penyemprotan yang tepat sesuai jumlah hasil output produksinya. Pengontrolan pada PLC ini sesuai dengan input masukan yang diperoleh dari photo sensor. Sebuah diagram blok perancangan sistem ditunjukan pada gambar dibawah ini : 37

38 COUNTER 220V AC TIMER 24V DC PHOTO DETECTOR PLC FP0- C14RS AIR SOLENOID SPRAY GUN POWER SUPPLY 24V DC KOMPRESOR 1 HP Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem. 3.2 Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras meliputi semua perangkat atau rangkaian yang digunakan untuk mendukung terwujudnya alat ini secara keseluruhan. Secara garis besar perancangan ini terdiri atas 2 bagian utama, yaitu perancangan perangkat keras (Hardware) dan perancangan perangkat lunak (Software). Perancangan perangkat keras meliputi perancangan rangkaian input photo sensor dan perancangan rangkaian panel kontrol. Rangkaian input photo sensor terdiri dari photo sensor, motor simulator, air solenoid valve dan air spray gun. Sedangkan dalam rangkaian panel kontrol terdapat PLC, power supply, rangkaian lampu pilot, push button, selector switch, counter, timer, relai dan komponen pendukung lainnya yang dirancang dalam

39 satu rangkaian kontrol. Untuk perancangan perangkat lunak adalah perancangan ladder diagram untuk program PLC NAiS FP0-C14RS. Perangkat lunak adalah otak dari pada PLC yang akan menjalankan atau memberikan perintah kepada perangkat keras untuk bekerja sesuai dengan program yang diberikan oleh PLC. 3.2.1 Rangkaian Photo Sensor BROWN WHITE LOAD + 10 30 VDC NPN OUTPUT BLACK BLUE LOAD PNP OUTPUT 0 V Gambar 3.2 Rangkaian Photo Sensor. Photo sensor jenis fotex CDM-2MX memiliki tegangan kerja pada 10-30 VDC dengan dua jenis keluaran tegangan yang bisa dipilih yaitu NPN dan PNP. Ketika sinyal dari reflektor dapat dipantulkan dengan baik dan dapat diterima oleh receiver didalam photo sensor maka akan mengakibatkan tegangan pada transistor drop dibawah 1V, sehingga tidak ada output yang keluar dari photo sensor. Sebaliknya ketika sinar pantul dari reflektor tidak diterima oleh receiver di dalam photo sensor maka tegangan pada transistor akan high dan photo sensor akan

40 mengeluarkan output 1. Output dari photo sensor inilah yang akan diterima sebagai input oleh PLC untuk di proses terhadap rangkaian selanjutnya. Photo Sensor PLC Relai Air Sol. Valve 3.2.2 Cara Kerja Photo Sensor Gambar 3.3 Blok Diagram Proses Kerja Photo Sensor Photo Sensor Benda Reflektor Gambar 3.4 Cara Kerja Photo Sensor Dan Reflektor. Ketika transmitter mengirimkan cahayanya ke bagian receiver dan diterima dengan baik tanpa ada satupun penghalang, maka sensor dalam keadaan standby (tidak ada reaksi dan kontaknya pun tidak terhubung). Tetapi pada saat cahaya yang dikirimkan oleh transmitter terhalang oleh suatu benda padat seperti besi, karet dan lain sebagainya maka receiver tidak dapat menerima cahaya yang dipancarkan dari transmitter karena terhalang. Pada saat itulah sensor akan bekerja dan menghubungkan kontak yang ada didalam sensor tersebut (memberi input 1).

41 Tabel 3.1 Product Description dari Photo Sensor. Type Lead Wire Model DM-1MN CDM-1MR CDM-2MX Output Status NO CDM-2MX- V Sensing Direction Horizontal Vertical Sensing Distance Operating Voltage Current Consumption Output Method 0.1M~1.6M 0.1M~1.6M 0.1M~2.5M 0.1M~2.5M 10~30VDC 20mA max. NPN&PNP 150mA max. Sensitivity Adjuster 270 Trimmer Pada percobaan ini photo sensor yang digunakan adalah model CDM-2MX yang memiliki cara penyensoran secara horizontal, memiliki jarak sensor 0.1m sampai 2.5m. Photo sensor CDM-2MX ini beroperasi pada tegangan input 10 sampai 30 VDC dengan arus maksimal sebesar 20mA. Memiliki dua jenis output yang bisa dipilih sesuai kebutuhan yaitu output NPN dan PNP dengan arus output maksimal sebesar 150mA. Kelebihan photo sensor jenis ini adalah adanya penyetelan sensitifitas dari photo sensor yang dapat di putar sampai 270 derajat. 3.2.3 Perancangan Product Droop Base Product Droop Base atau landasan tempat jatuhnya produk jadi adalah merupakan sebuah bidang miring yang menjadi bagian dari mesin injeksi plastik yang berfungsi untuk membuat jatuhnya hasil produksi menjadi terarah kesisi tertentu, sekaligus merupakan sensor input dari photo sensor bahwa produk telah benar-benar jatuh dan mesin bisa kembali bekerja membuat produk baru selanjutnya. Pada kedua

42 sisi dari product droop base inilah ditempatkan photo sensor dan reflector yang telah dipasang dan diatur sesuai dengan keperluan di kedua sisinya. Sehingga saat barang hasil produksi yang telah selesai diproses jatuh dan melewati photo sensor, maka akan menghalangi photo sensor dan reflector sehingga akan memberikan input 1 terhadap PLC. Pada percobaan ini product droop base dibuat dengan menggunakan besi siku tebal 3 mm dan disambungkan dengan metode pengelasan. Berikut adalah dimensi dan bentuk dari product droop base sesuai dengan percobaan : Air Spray Gun Reflector Tinggi 100 cm Photo Sensor Air Sol. Valve Tinggi 50 cm Lebar 50 cm Motor DC Panjang 90 cm Gambar 3.5 Perancangan Product Droop Base.

43 Gambar 3.6 Product Droop Base Dalam Bentuk Jadi. Pada bagian produk droop base ini selain dipasangkan photo sensor, di pasangkan pula beberapa alat tambahan untuk mendukung percobaan seperti air solenoid valve, motor 24 VDC dan air spray gun pada bagian atasnya. 3.2.4 Perancangan Box Panel Kontrol Pada percobaan ini di gunakan box panel dengan ukuran 80x30x40 cm yang di rancang sesuai dengan kebutuhan. Kemudian melakukan perancangan pola penempatan komponen-komponen seperti PLC, Relai, On/Off Switch, Terminal kabel, Counter, Timer, Push Button, Selektor Switch dan Ducting kabel. Berikut adalah design dari box panel kontrol tersebut :

44 Panjang 40 cm Lebar 40 cm Power ON/OFF Terminal Kabel G Y R TIMER COUNTER Tinggi 40 cm R P L C PS PB SS Gambar 3.7 Box Panel Kontrol. Keterangan gambar : G = Lampu Pilot Warna Hijau Y = Lampu Pilot Warna Kuning R = Lampu Pilot Warna Merah PB = Push Button SS = Selector Switch

45 Gambar 3.8 Box Panel Kontrol Setelah Selesai Dibuat. 3.3 Wiring Diagram Automatic Spray Controller Untuk Wiring Diagram input connections Automatic Spray Controller secara detail dan address I/O dari PLC NAiS FP0-C14RS dalam percobaan ini adalah sebagai berikut : Gambar 3.9 Wiring Diagram Input.

46 Pada gambar 3.9 COM untuk tegangan input PLC adalah -24 VDC dengan address PLC input X0 untuk sinyal counter-up, X1 untuk sinyal timer-up, X2 untuk sinyal dari photo sensor dan X3 untuk sinyal dari push button manual test. Sedangkan untuk wiring diagram PLC output connections automatic spray controller adalah sebagai berikut : Gambar 3.10 Wiring Diagram Output. Pada gambar 3.10 COM yang digunakan pada output adalah V+ sedangkan Tegangan yang keluar dari PLC adalah V-. Konfigurasi output yang digunakan adalah Y0 untuk sinyal counter input, Y1 untuk output timer, Y2 untuk output air solenoid valve dan lampu pilot warna hijau, Y3 untuk lampu pilot warna kuning sebagai indikator sinyal photo sensor dan Y4 sebagai output counter reset. Power supply 24 VDC juga digunakan sebagai supply tegangan untuk PLC. Lampu pilot

47 warna merah dipasang sebagai indikator tegangan supply 24 VDC sudah masuk ke dalam rangkaian (power on). 3.4 PLC Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa PLC yang digunakan dalam percobaan ini adalah PLC Sigma merk National buatan Panasonic dengan tipe NAiS FP0-C14RS yang memiliki delapan input dimulai dari X0 sampai X7 dan enam output dimulai dari Y0 sampai Y5. Gambar 3.11 PLC NAiS FP0-C14RS berikut : Gambaran layout dari input PLC Sigma tipe FP0-C14RS adalah sebagai

48 Gambar 3.12 Layout Terminal FP0-C14RS. Address input PLC FP0-C14RS dimulai dari X0 sampai X7 dengan 1 COM untuk dipakai oleh 8 address tersebut. Input X0 sampai X7 didapat dari limit switch, push button, selektor switch, timer, counter dan lain-lain. COM pada PLC dapat menggunakan COM tegangan positif atau tegangan negatif. Pada gambar 3.12 sesuai dengan percobaan yang dibuat, COM PLC menggunakan COM +24 VDC. Rangkaian input internal PLC adalah sebagai berikut : Gambar 3.13 Rangkaian Input Internal PLC.

49 Pada gambar 3.13 rangkaian input internal PLC ini menggunakan metode isolator coupler optik dengan tegangan input 24 VDC. Resistor 6,8K yang dipasang adalah berfungsi sebagai impedansi input. Rangkaian dapat bekerja dalam batas tegangan kerja 21,6 sampai 26,4 VDC dengan arus input sebesar 3,5 ma. Untuk membuat suatu logika 1 atau high di perlukan adanya tegangan input 24 VDC melalui terminal Xn dan COM. Sedangkan untuk layout terminal output PLC adalah sebagai berikut : Gambar 3.14 Layout Terminal Output. Berdasarkan gambar 3.14 Address output PLC NAiS FP0-C14RS dimulai dari Y0 sampai Y5, dengan output Y0 sampai Y3 memiliki 1 COM yang sama, sedangkan untuk output Y4 dan Y5 memiliki COM masing-masing sehingga dapat bebas menentukan jenis COM yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan beban yang digunakan.

50 Rangkaian output internal PLC adalah sebagai berikut : Gambar 3.15 Rangkaian Output Internal PLC. Berdasarkan gambar 3.15 rangkaian output internal ini menggunakan metode isolator coupler optik. Tipe output transistor NPN dengan metode rangkaian open collector. Tegangan keluaran antara 5-24 VDC dengan batas tegangan keluaran 4,75-26,4 VDC. Arus keluaran maksimal sebesar 0,1 A dan arus kejut maksimal 0,5 A. Rangkaian output internal ini memiliki waktu respon OFF-ON kurang dari 0,2 ms dan waktu respon ON-OFF kurang dari 0,5 ms. Sedangkan untuk catu daya eksternal yang dibutuhkan adalah sebesar 21,6 26,4 VDC dan arus catu daya eksternal sebesar 15 ma. Dioda zener pada rangkaian berfungsi sebagai pengaman untuk peredam kejut. Perlindungan kesalahan fasa yang digunakan adalah perlindungan thermal.

51 3.4.1 Sistem Operasi PLC PLC bekerja dengan cara men-scan program. Berikut adalah diagram alur tiga tahapan scanning : Periksa Status Masukan Eksekusi Program Update Status Keluaran Gambar 3.16 Tahap-tahap Scanning. Penjelasan dari tahap-tahap scanning program adalah sebagai berikut : Tahap 1: Periksa Status Masukan (Input) Pertama, PLC akan melihat status input apakah sedang dalam kondisi ON atau OFF. Sebagai contoh, PLC akan memeriksa kondisi ON atau OFF sensor yang terhubung dengan input pertama. Hasilnya kemudian disimpan dalam memori. Tahap 2 : Eksekusi Program Setelah itu PLC akan mengeksekusi program satu-persatu sesuai instruksi yang di buat. Misalnya program input pertama ON maka output pertama akan di hidupkan. Pada keadaan ini PLC sudah mengetahui dan akan menyimpan hasil eksekusi itu untuk digunakan pada tahap berikutnya.

52 Tahap 3: Update Status Keluaran (Output) Update output ini tergantung input mana yang ON selama tahap 1 dan hasil eksekusi dari tahap 2. Jika input pertama ON maka tahap 2, yaitu tahap eksekusi program, akan menghasilkan output pertama menjadi ON sehingga pada tahap ketiga akan meng-update menjadi ON. 3.5 Switching Power Supply 24 V DC Switching power supply 24 V DC ini digunakan sebagai supply tegangan ke semua rangkaian kecuali ke counter karena counter memiliki tegangan input 220 V AC. Sebuah rangkaian switching power supply ditunjukan seperti pada gambar dibawah ini : Gambar 3.17 Switching Power Supply 15-48V DC 16A.

53 3.6 Lampu Pilot Seperti telah dijelaskan sebelumnya, dalam perancangan ini terdapat tiga buah lampu pilot yang difungsikan sesuai dengan fungsinya. Lampu berwarna merah sebagai indikator untuk memonitor power pada panel kontrol, lampu berwarna kuning sebagai indikator bahwa sinyal input dari photo sensor sedang bekerja dan lampu hijau sebagai indikator bahwa output dari PLC terhadap air solenoid valve sedang bekerja. Sistem berjalan normal, jika lampu led merah, kuning hijau menyala sesuai dengan setting yang telah di tentukan. Gambar 3.18 Lampu Pilot Merah, Kuning dan Hijau. 3.7 Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang direncanakan adalah perangkat lunak untuk mendukung perangkat keras. Perangkat lunak berisi program-program yang akan digunakan untuk memberikan sejumlah perintah yang akan dieksekusi oleh PLC. Sebuah perangkat lunak akan dapat bekerja dengan baik jika sejumlah perintah yang diberikan tepat dan sesuai dengan ketentuan program atau bahasa mesin yang digunakan. Maka, antara perangkat lunak dan perangkat keras harus sinkron, sehingga sistem dapat bekerja

54 dengan baik. Pada gambar dibawah ini menunjukan flowchart dari keseluruhan sistem Automatic Spray Controller. START INISIALISASI PROGRAM PHOTO SENSOR OFF PHOTO SENSOR ON DATA COUNTER TIMER RELAI AIR SOL. VALVE Gambar 3.19 Flowchart Sistem Automatic Spray Controller. Perancangan perangkat lunak merupakan perancangan algoritma program untuk merealisasikan algoritma-algoritma pada sistem perancangan ini. dari gambar flowchart diatas, maka dapat ditentukan alogaritma untuk masing-masing elemen yang meliputi alogaritma relai 24V DC untuk memberi tegangan kepada air solenoid valve dan alogaritma PLC.

55 3.8 Software FPWIN GR V2.00 FPWIN GR merupakan software yang hanya dapat digunakan untuk pemrograman PLC NAiS. Proses dalam menggunakan software FPWIN GR adalah sebagai berikut : 1. Men-Download software FPWIN GR di internet, kemudian melakukan installasi software FPWIN GR 2.00 langkah demi langkah sesuai dengan petunjuk sampai selesai. 2. Setelah selesai proses installasi software FPWIN GR 2.00, Selanjutnya menu NAiS kontrol dan FPWIN GR dapat ditampilkan pada window dan menu pada All Program. Gambar 3.20 Booting Menu FPWIN GR. 3. Kemudian setelah tampilan menu FPWIN GR dipilih, maka akan terbuka menu tampilan seperti yang ditunjukan pada gambar 3.21

56 Gambar 3.21 Tampilan Menu FPWIN GR. Pada menu FPWIN GR terdapat 4 buah pilihan, yaitu New, Open, Upload from PLC dan Cancel. New Open : Digunakan untuk membuat program baru. : Digunakan untuk me-load atau mengedit program yang telah dibuat. Upload from PLC : Digunakan untuk meng-upload program yang telah ada pada PLC. Cancel : Untuk keluar dari tampilan menu. Ketika menu New dipilih maka akan muncul tampilan seperti gambar 3.22. Pada Gambar 3.22, dapat dipilih tipe PLC yang sesuai dengan yang digunakan, misalnya FP Sigma atau tipe PLC lainnya.

57 Gambar 3.22 Menu Tipe PLC. Ketika memilih menu Open, maka akan muncul tampilan file yang dapat dibuka dengan cara ditekan dua kali pada file yang ingin dibuka. Lihat gambar 3.23. Gambar 3.23 Tampilan Menu Open. Ketika memilih menu Upload from PLC maka akan muncul tampilan seperti Gambar 3.24.

58 Gambar 3.24 Tampilan Menu Upload from PLC. Setelah itu akan muncul tampilan FPWIN di mana program dibuat. Tampilan ini dapat dilihat pada Gambar 3.25. Gambar 3.25 Tampilan FPWIN GR. 3.9 Bagian-bagian dan Operasi Dasar FPWIN GR Pada sub-bab ini akan dijelaskan bagian-bagian yang terdapat pada PLC serta operasi-operasi dasar yang terdapat pada FPWIN.

59 3.9.1 Fungsi dan Bagian-bagian FPWIN GR Menu Bar Semua opereasi dan fungsi FPWIN berada pada menu ini. Setiap menu mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Menu bar dapat dilihat pada Gambar 3.26. Gambar 3.26 Menu Bar. Tool Bar Suatu menu yang dapat digunakan hanya dengan menekan tombol sesuai dengan tool yang diinginkan. Tampilan dari Tool Bar ini dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 3.27 Tool Bar. Comment Display Bar Digunakan untuk menampilkan komentar pada instruksi yang digunakan dalam pemrograman PLC seperti keterangan I/O. Gambar 3.28 Comment Display Bar.

60 Program Status Bar Menampilkan tipe PLC yang digunakan, jumlah step dalam program serta status komunikasi antara FPWIN dengan PLC. Gambar 3.29 Program status Bar. Function Bar Untuk memilih instruksi dan fungsi-fungsi dengan cara klik menggunakan mouse ataupun dengan tombol pada keyboard. Gambar 3.30 Function Bar. Entry Bar Tombol Enter, Ins, Delete dan Escape dapat digunakan dengan melakukan klik pada tombol ini. Gambar 3.31 Entry Bar.

61 Ten Key Bar dan Input Field Merupakan nilai numerik yang dapat dipakai dengan menggunakan mouse. Sedangkan Input Field berguna untuk menampilkan kontak yang digunakan beserta simbol-simbol dari kontak tersebut. Gambar 3.32 Ten Key Bar dan Input Field.