BAB 4 IMPLEMENTASI DAN EVALUASI 4.1 Spesifikasi Sistem Spesifikasi pada sistem ini terbagi menjadi 2 (dua) bagian, yaitu spesifikasi perangkat keras untuk mengoperasikan rangkaian DC servo pada mesin CNC dan perangkat lunak untuk memberi perintah ke modul. 4.1.1 Spesifikasi Perangkat Keras Untuk menjalankan driver motor servo DC dan programnya dibutuhkan beberapa perangkat keras, antara lain: PC, mesin CNC, pengendali motor servo DC, Schmitt Trigger, Differential driver, Power Supply, paralel port dan serial port. 4.1.1.1 PC atau Computer Computer yang digunakan pada sistem ini memiliki spesifikasi sebagai berikut : Processor : Intel Core2Duo, 2.00 GHz. Memory : 2 GB. Port : Parallel dan Serial atau USB 2.0. 4.1.1.2 Mesin CNC Mesin CNC yang digunakan adalah mesin CNC yang memiliki 3 sumbu (axis), sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z. Pengendali motor servo DC yang kami gunakan akan mengendalikan motor pada sumbu X. 38
39 Gambar 4.1 Mesin CNC Gambar 4.2 Sumbu X, Y dan Z mesin CNC
40 4.1.1.3 Pengendali Motor Pengendali motor servo DC menggunakan mikrokontroler ATMEGA8 sebagai otak dari pengendali motor servo DC, menggunakan 4 buah MOSFET IRFP260 untuk H- Bridge, MOSFET driver IR2184 dan optocoupler HCPL2631. Gambar 4.3 Layout PCB
41 Gambar 4.4 Modul Pengendali Motor Servo DC 4.1.1.4 Schmitt Trigger Schmitt Trigger mendapatkan input dari encoder dan menghasilkan output ke modul pengendali motor servo DC. Input dari encoder akan diperjelas oleh Schmitt trigger untuk memperjelas posisi motor.
42 Gambar 4.5 Modul Schmitt Trigger 4.1.1.5 Differential Driver Differential driver digunakan untuk menghilangkan noise yang dapat terjadi pada sinyal STEP dan DIR yang dikirim oleh komputer ke pengendali motor servo DC. Differential driver menggunakan 2 IC, AM26LS31 menerima 2 input dari komputer, STEP dan DIR, kemudian membagi setiap input menjadi 2 dan AM26LS32 menerima input dari IC sebelumnya dan menghasilkan output berupa STEP dan DIR tanpa noise.
43 Gambar 4.6 Modul Differential AM26LS31 dan AM26LS32 4.1.1.6 Power Supply Pengendali motor servo DC memerlukan 2 (dua) buah power supply, 1 (satu) untuk mengaktifkan rangkaian elektronik dan 1 (satu) lagi sebagai sumber tegangan motor servo DC. Power supply yang digunakan adalah sebagai berikut: Power Supply Driver Motor Servo DC : Tegangan = 13,8 V, Arus = 10 A Power Supply Motor : Tegangan = 36 V, Arus = 10 A
44 Gambar 4.7 Power Supply Driver Motor Servo DC Gambar 4.8 Power Supply Motor 36V
45 4.1.1.7 Paralel Port Untuk memberi perintah STEP dan DIR dari program EMC2 di komputer ke driver motor servo DC diperlukan komunikasi melalui paralel port. Untuk melakukan komunikasi melalui paralel port diperlukan kabel parallel DB-25 dengan header 6-pin. Gambar 4.9 Kabel Paralel 4.1.1.8 Serial Port Serial port digunakan untuk melakukan tuning driver motor servo DC untuk mendapatkan nilai Kp, Ki dan Kd dari program Servo Tuning.
46 Gambar 4.10 Kabel Serial 4.1.2 Spesifikasi Perangkat Lunak Spesifikasi perangkat lunak terbagi menjadi 2 (dua). Spesifikasi perangkat lunak untuk melakukan burning program dan tuning, kemudian spesifikasi perangkat lunak untuk menjalankan motor pada mesin CNC. Untuk melakukan burning dan tuning memerlukan spesifikasi perangkat lunak sebagai berikut: Sistem Operasi : Windows 7. Perangkat Lunak : AVR Studio (untuk burning) dan Servo Tuning (untuk tuning). Untuk menjalankan motor pada mesin CNC diperlukan spesifikasi perangkat lunak sebagai berikut: Sistem Operasi : Ubuntu
47 Perangkat Lunak : EMC2 4.2 Kriteria Percobaan Percobaan yang dilakukan dibagi menjadi 2 (dua) bagian, percobaan pertama untuk menentukan nilai Kp dan Ki yang akan digunakan dan percobaan kedua untuk menguji ketelitian pengendali motor pada mesin CNC. 4.2.1 Nilai Kp dan Ki Di dalam coding yang dimasukkan ke dalam driver sudah terdapat setting yang dibuat khusus untuk motor dengan spesifikasi sesuai dengan motor pada percobaan ini. Oleh karena itu, data yang akan diambil adalah data yang dihasilkan apabila nilai-nilai tersebut diubah. Hasil tersebut akan dianalisa untuk menentukan nilai terbaik untuk digunakan driver tersebut. Tabel di bawah ini menunjukkan kombinasi nilai Kp dan Ki yang akan kami gunakan pada percobaan pertama:
48 Index Kp Ki Index Kp Ki 1 1 0,25 11 4 0,1 2 1 0,025 12 4 0,01 3 1 0,0025 13 5 1,25 4 2 0,5 14 5 0,125 5 2 0,05 15 5 0,0125 6 2 0,005 16 6 1,5 7 3 0,75 17 6 0,15 8 3 0,075 18 6 0,015 9 3 0,0075 19 7 1,75 10 4 1 20 7 0,175 Tabel 4.1 Kombinasi nilai Kp dan Ki 4.2.2 Menggambar di Mesin CNC Percobaan kedua dilakukan dengan membuat gambar bintang, persegi, spiral, garis 10 cm, dan garis 5 cm secara berturut-turut dan diukur panjang sisi / garis nya. Sesuai dengan target yang diinginkan atau tidak.
49 Gambar 4.11 Gambar bintang, persegi, dan spiral pada program EMC2 Gambar 4.12 Gambar garis 10 cm pada program EMC2
50 Gambar 4.13 Gambar Garis 5 cm pada program EMC2 Pada percobaan menggambar bintang, persegi, dan spiral kami menggambar sebanyak 25 buah dengan panjang sisi masing-masing 4 cm. Pada percobaan menggambar garis 10 cm dan 5 cm, kami menggambar sebanyak 40 buah. 4.3 Data Hasil Percobaan 4.3.1 Data Hasil Percobaan Kp dan Ki Grafik berikut menampilkan hasil untuk percobaan pertama, saat melakukan tuning menggunakan program servo tuning. Pada grafik terdapat dua buah sinyal yang dibedakan berdasarkan warna. Warna hijau menggambarkan sinyal respon dari sistem saat dijalankan dan warna merah menggambarkan data yang dibaca encoder saat membaca kecepatan motor berputar.
51 Gambar 4.14 Cara membaca Grafik Untuk selengkapnya dapat dilihat di lampiran. Grafik 4.1 Hasil Percobaan
52 4.3.2 Data Hasil Percobaan Gambar 4.3.2.1 Percobaan menggambar bintang, persegi, dan spiral Pada bintang, kami mengukur salah satu panjang sisinya yang digambar oleh kombinasi sumbu X dan sumbu Y. Tabel hasil percobaan. Gambar 4.15 Gambar Bintang Bintang Bintang Bintang Bintang Bintang 1 1.4 6 1.4 11 1.4 16 1.4 21 1.4 2 1.4 7 1.4 12 1.4 17 1.4 22 1.4 3 1.4 8 1.4 13 1.4 18 1.4 23 1.3 4 1.4 9 1.4 14 1.4 19 1.4 24 1.4 5 1.4 10 1.4 15 1.4 20 1.4 25 1.4 Tabel 4.2 Tabel pengukuran gambar bintang
53 sumbu X. Pada persegi, kami mengukur panjang salah satu sisi nya yang digambar oleh Tabel hasil percobaan. Gambar 4.16 Gambar persegi Persegi Persegi Persegi Persegi Persegi 1 4 6 4 11 4 16 4 21 4 2 4 7 4.1 12 4 17 4 22 4 3 4 8 4 13 4 18 4.1 23 4 4 4.1 9 4 14 4 19 4 24 4.1 5 4 10 4 15 4 20 4 25 4 Tabel 4.3 Tabel pengukuran gambar persegi Pada spiral, kami mengukur panjang salah satu sisi nya yang digambar oleh gabungan dari sumbu X dan sumbu Y.
54 Tabel hasil percobaan. Gambar 4.17 Gambar spiral Spiral Spiral Spiral Spiral Spiral 1 2.4 6 2.4 11 2.4 16 2.4 21 2.4 2 2.4 7 2.4 12 2.4 17 2.4 22 2.4 3 2.4 8 2.4 13 2.4 18 2.4 23 2.4 4 2.4 9 2.4 14 2.4 19 2.4 24 2.4 5 2.5 10 2.4 15 2.4 20 2.4 25 2.4 Tabel 4.4 Tabel pengukuran gambar spiral
55 4.3.2.2 Percobaan menggambar garis 10 cm dan 5 cm Pada percobaan ini, kami menggambar garis sepanjan 10 cm dan 5 cm berturutturut sebanyak 40 kali. Percobaan pengambilan garis 10 cm. Gambar 4.18 Gambar garis 10 cm
56 Tabel hasil percobaan Garis Garis Garis Garis ke- ke- ke- ke- 1 10.1 11 10.1 21 10.1 31 10.1 2 10.1 12 10.1 22 10.1 32 10.1 3 10.1 13 10.1 23 10.1 33 10.1 4 10.1 14 10.1 24 10.1 34 10.1 5 10.1 15 10.1 25 10.1 35 10.1 6 10.1 16 10.1 26 10.1 36 10.1 7 10.1 17 10.1 27 10.1 37 10.1 8 10.1 18 10.1 28 10.1 38 10.1 9 10.1 19 10.1 29 10.1 39 10.1 10 10.1 20 10.1 30 10.1 40 10.1 Tabel 4.5 Tabel pengukuran panjang garis 10 cm
57 Percobaan pengambilan garis 5 cm. Gambar 4.19 Gambar garis 5 cm
58 Tabel hasil percobaan Garis Garis Garis Garis ke- ke- ke- ke- 1 5.1 11 5.1 21 5.1 31 5.1 2 5.1 12 5.1 22 5.1 32 5.1 3 5.1 13 5.1 23 5.1 33 5.1 4 5.1 14 5.1 24 5.1 34 5.1 5 5.1 15 5.1 25 5.1 35 5.1 6 5.1 16 5.1 26 5.1 36 5.1 7 5.1 17 5.1 27 5.1 37 5.1 8 5.1 18 5.1 28 5.1 38 5.1 9 5.1 19 5.1 29 5.1 39 5.1 10 5.1 20 5.1 30 5.1 40 5.1 Tabel 4.6 Tabel pengukuran panjang garis 5 cm 4.4 Analisa Hasil Percobaan 4.4.1 Analisa Hasil Percobaan Kp dan Ki Dari hasil percobaan pertama dapat dilihat kriteria nilai Kp dan Ki yang menghasilkan sinyal yang lebih stabil. Nilai Kp yang besar, lebih besar dari 5 (lima), memiliki sinyal yang tidak stabil. Nilai Kp yang besar memerlukan nilai Ki yang besar pula. Tetapi nilai Ki yang besar dapat mengakibatkan respon sistem semakin lama dan
59 bahkan membuat sinyal semakin tidak stabil sehingga nilai Kp di atas 5 (lima) tidak digunakan. Dari semua kombinasi nilai Kp dan Ki yang diuji, dapat dilihat sinyal yang paling stabil merupakan sinyal dengan nilai Kp = 4. Settling time yang dihasilkan dengan semua kombinasi nilai Ki hampir sama sehingga lebih stabil dibandingkan nilai Kp yang lain. Grafik 4.2 Nilai Kp = 4 4.4.2 Analisa Hasil Percobaan Gambar 4.4.2.1 Penggunaan Rangkaian Differensial Pada percobaan membuat garis 10 cm, kami membuat 2 kali percobaan. Percobaan pertama dimana kami langsung menghubungkan driver motor servo DC dengan mesin CNC. Percobaan kedua dengan menambahkan rangkaian differensial. Saat melakukan percobaan pertama, hasil nya adalah garis tidak linier, tetapi miring.
60 Gambar 4.20 Garis 10 cm miring ke kiri Hai ini karena saat motor diperintahkan untuk kembali ke posisi semula, motor tidak bisa berhenti di posisi semula, melainkan cenderung lebih ke kiri. Karea perintah dari Step dan Dir tidak terbaca dengan sempurna oleh mikrokontroller ATmega. Saya menambahkan rangkaian differensial pada bagian parallel port yang menghubungkan antara komputer dengan driver motor servo DC. Setelah kami menambahkan rangkaian tersebut sehinga hasil nya lebih presisi dan tepat. Gambar 4.21 Garis 10 cm setelah menambahkan rangkaian differensial
61 4.4.2.1 Percobaan Membuat Bintang Pada percobaan membuat gambar Bintang, kami mengukur panjang salah satu sisinya adalah 1.4 cm. Namun pada percobaan ke 23 panjang sisi nya hanya 1.3 cm. Ketidak sesuai an ini karena spidol pada ujung mesin CNC tidak 100% presisi, namun bisa berubah karena pergerakan dari mesin CNC yang menyebabkan proses penggambaran tidak tepat. Total hasil pengukuran : ( Pengukuran 1 Pengukuran 25 ) = 34.9 Rata-rata pengukuran : = = 1.396 cm. Selisih perbedaan pengukuran hasil dengan pengukuran seharusnya : Pengukuran seharusnya Rata-rata pengukuran pengujian 1.4 1.396 = 0.004 Presentase Error : x 100 % = x 100% = 0.285% 4.4.2.2 Percobaan Membuat Persegi Pada percobaan gambar persegi, seharusnya panjang sisi adalah 4 cm. Namun pada kenyataannya, pada percobaan ke 4, 7, 18, dan 24 hasilnya adalah 4.1 cm. Hal ini karena pada saat ujung spidol menyentuh kertas, tejadi pelebaran tinta yang membuat panjang sisi menjadi tidak 4cm, melainkan ada lebih beberapa millimeter.
62 Total hasil pengukuran : ( Pengukuran 1 Pengukuran 25 ) = 100.4 Rata-rata pengukuran : = = 4.016 cm. Selisih perbedaan pengukuran hasil dengan pengukuran seharusnya : 4.016 4 = 0.016 Presentase Error : x 100 % = x 100% = 0.4% 4.4.2.3 Percobaan Membuat Spiral Pada percobaan menggambar spiral, kami mengukur jarak titit tengah spiral ke titik terakhir dari spiral. Hasilnya rata-rata menunjukan 2.4 cm. Tetapi pada percobaan ke 5 menujukan 2.5 cm. Hal ini karena terjadi perubahan pada ujung spidol yang menyebabkan proses pengambaran menjadi tidak presisi. Total hasil pengukuran : ( Pengukuran 1 Pengukuran 25 ) = 60.1 Rata-rata pengukuran : = = 2.404 cm. Selisih perbedaan pengukuran hasil dengan pengukuran seharusnya : 2.404 2.4 = 0.004
63 Presentase Error : x 100 % = x 100% = 0.16% 4.4.2.4 Percobaan Membuat Garis 10cm Pada pengambilan data pengukuran panjang garis 10 cm, hasil yang didapat adalah 10.1 cm. Hal ini disebabkan karena spidol pada ujung mesin CNC tidak bisa berada pada posisi yang diam, melainkan bisa berubah sesuai dengan kecepatan motor saat bergerak. Total hasil pengukuran : ( Pengukuran 1 Pengukuran 40 ) = 404 Rata-rata pengukuran : = = 10.1 cm. Selisih perbedaan pengukuran hasil dengan pengukuran seharusnya : 10.1 10 = 0.1 Presentase Error : x 100 % = x 100% = 0.1% 4.4.2.5 Percobaan Membuat Garis 5cm Pada pengambilan data pengukuran panjang 5 cm, hasil yang didapat adalah 5.1 cm. Hal ini disebabkan karena spidol pada ujung mesin CNC tidak bisa berada pada posisi yang diam, melainkan bisa berubah sesuai dengan kecepatan motor saat bergerak.
64 Total hasil pengukuran : ( Pengukuran 1 Pengukuran 40 ) = 204 Rata-rata pengukuran : = = 5.1 cm. Selisih perbedaan pengukuran hasil dengan pengukuran seharusnya : 5 5.1 = 0.1 Presentase Error : x 100 % = x 100% = 2%