-
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Studi Pustaka
Sebelumnya telah dilakukan penelitian oleh Indra Saputra,
Lukmanul Hakim
dan Sri Ratna S. mengenai perancangan Water Level Control
menggunakan PLC
OMRON Sysmac C200H. Perancangan ini digunakan untuk sistem
kendali dan
pemantauan dalam pengisian dan pengosongan tangki penampungan
air (Feed
Water Tank). Dalam perancangan water level control ini bertujuan
agar level air
pada feed water tank harus tetap dijaga agar tidak terjadi
kekosongan saat proses
pengisian air ke boiler. Selama ini operator masih memantau
secara langsung level
air pada feed water tank, sehingga diperlukan sistem otomasi
water level control
yang dapat membantu operator dalam mengontrol dan memantau level
air pada feed
water tank. Sistem yang dirancang dapat bekerja secara manual
maupun otomatis
[1].
1.2. Landasan Teori
Pada landasan teori ini, akan diterangkan teori-teori pendukung
yang
berhubungan dengan penelitian yang akan dilakukan. Adapun
teori-teori yang
digunakan adalah sebagai berikut:
2.2.1. Mesin Curing
Mesin curing adalah mesin yang digunakan untuk menjalankan
proses curing
atau proses pemasakan greentire menjadi ban. Mesin curing di
plant A ini
menggunakan teknologi molding press atau biasa disebut dengan
mesin curing
BOM yang mempunyai ciri housing-nya berbentuk seperti cangkang
dan proses
open-close-nya digerakkan oleh motor listrik 3 fasa [2].
Mesin curing di Plant A diberi identitas nama ATC dengan jumlah
197 mesin
yang dibagi 12 line, adapun jenis mesin curing ini terdiri dari
2 tipe yaitu tipe Platen
(Undirect Heating) dan tipe Dome (Direct Heating), perbedaan
dari kedua tipe
-
tersebut adalah masing-masing tipe memiliki step proses cure
yang berbeda, untuk
tipe Platen mempunyai 6 step cure (HW Uncir HW Cir HW Uncir
HW
Rec/CW In CW Cir Drain) sedangkan tipe Dome mempunyai 10 step
cure (HW
Uncir HW Cir (4x) HW Uncir HW Rec/CW In CW Cir (2x) Drain)
[2].
Komponen mekanik utama dari mesin ini yaitu bag o-matic press,
vertical
hoist loader dan postcure inflator, sedangkan komponen elektrik
utama yaitu panel
kendali, motor ac 3-fasa, solenoid dan sensor-sensor
mekanis-elektrik. Mesin
curing ATC ini dibuat oleh beberapa vendor, adapun vendor mesin
curing yang ada
di Plan A adalah [2]:
1. Repiquet (Platen dan Dome)
2. Kobe (Platen)
3. Sanming (Platen)
4. Aubo (Platen)
5. MC Neil USA (Platen)
2.2.2. Sistem Kontrol
Sistem kontrol (Control System) merupakan suatu kumpulan cara
atau metode
yang dipelajari dari kebiasaan-kebiasaan manusia dalam bekerja,
dimana manusia
membutuhkan suatu pengamatan kualitas dari apa yang telah mereka
kerjakan
sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan yang diharapkan
pada mulanya [3].
Dalam aplikasinya, suatu sistem kontrol memiliki tujuan/sasaran
tertentu.
Sasaran sistem kontrol adalah untuk mengatur keluaran (Output)
dalam suatu
sikap/kondisi/keadaan yang telah ditetapkan oleh masukan (Input)
melalui elemen
sistem kontrol [3].
Masukan Keluaran
Gambar 2.1. Diagram umum sistem kontrol [2].
Sistem Kontrol
-
Aktuator (Actuator), adalah suatu peralatan atau kumpulan
komponen yang
menggerakkan plant. Karakteristik sistem kontrol terbagi menjadi
dua [3], yaitu:
1. Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System)
Suatu sistem kontrol yang mempunyai karakteristik dimana nilai
keluaran
tidak memberikan pengaruh pada aksi kontrol, disebut Sistem
Kontrol Loop
Terbuka (Open-Loop Control System).
masukan keluaran
Gambar 2.2. Sistem Kontrol Loop Terbuka [2].
Sistem kontrol loop terbuka ini memang lebih sederhana, murah,
dan mudah
dalam desainnya, akan tetapi akan menjadi tidak stabil dan
seringkali memiliki
tingkat kesalahan yang besar bila diberikan gangguan dari
luar.
2. Sistem Kontrol Loop Tertutup (Closed-Loop Control System)
Sistem kontrol loop tertutup adalah identik dengan sistem
kontrol umpan
balik, dimana nilai dari keluaran akan ikut mempengaruhi pada
aksi kontrolnya.
masukan keluaran
+ -
Gambar 2.3. Sistem Kontrol Loop Tertutup [3].
Dibandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka, sistem kontrol
loop
tertutup memang lebih rumit, mahal, dan sulit dalam desain. Akan
tetapi tingkat
kestabilannya yang relatif konstan dan tingkat kesalahannya yang
kecil bila terdapat
Kontroler Plant
Kontroler Plant
Sensor
-
gangguan dari luar, membuat sistem kontrol ini lebih banyak
menjadi pilihan para
perancang sistem kontrol.
2.2.3. Programmable Logic Controllers (PLC)
Programmable Logic Controllers (PLC) adalah perangkat yang
digunakan
untuk melaksanakan fungsi kendali dan juga monitor yang dapat
diprogram [4].
Mula-mula PLC digunakan untuk mengganti logika relai, tetapi
dari peningkatan
lingkup fungsi didapatkan pada banyak aplikasi yang lebih
kompleks. Karena
struktur PLC didasarkan pada struktur yang sama seperti struktur
yang dipakai pada
arsitek komputer, maka PLC tidak hanya mampu melakukan tugas
pensaklaran
relai, tetapi juga aplikasi lain misalnya pencacahan,
perhitungan, perbandingan dan
pemrosesan dari sinyal analog [5].
Gambar 2.4. PLC MELSEC Mitsubishi [6].
2.2.3.1. Komponen dasar PLC
Pada umumnya, sebuah sistem PLC memiliki lima komponen dasar
[7],
yaitu:
1. Unit processor atau Central Processing Unit (CPU) adalah unit
yang berisi
mikroprosesor yang menginterpresentasikan sinyal-sinyal input
dan
-
melaksanakan pengontrolan, sesuai dengan program yang disimpan
di dalam
memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang
diambilnya
sebagai sinyal-sinyal kontrol ke interface output.
2. Unit catu daya diperlukan untuk mengkonversi tegangan AC
sumber menjadi
tegangan rendah DC (5V dan 24V) yang dibutuhkan oleh prosesor
dan
rangkaian-rangkaian di dalam modul-modul antarmuka input dan
output.
3. Perangkat pemrograman dipergunakan untuk memasukan program
yang
dibutuhkan ke dalam memori. PLC sekarang kebanyakan sudah
menggunakan
program melalui software untuk memasukan program yang dibuat ke
dalam
PLC.
4. Unit memori adalah tempat program yang digunakan untuk
melaksanakan
tindakan-tindakan pengontrolan oleh mikroprosesor disimpan.
5. Bagian input dan output adalah antarmuka dimana prosesor
menerima
informasi dari dan mengkomunikasikan informasi kontrol ke
perangkat-
perangkat eksternal.
2.2.3.2. PLC Mitsubishi
Pada PLC Mitsubishi terdapat modul-modul sebagai berikut
[8]:
1. PLC Mitsubishi CPU Q02H
Modul CPU Q02H Mitsubishi merupakan modul utama yang berguna
untuk
menyimpan program dan menjalankannya. Pada modul ini terdapat
dua slot untuk
berkomunikasi, yaitu slot RS-232 dan slot USB. Pemrograman
ladder diagram-nya
dapat menggunakan perangkat lunak GX Developer [8].
2. PLC Mitsubishi Digital Input QX40
Modul Digital Input QX40 Mitsubishi merupakan modul yang
dapat
digunakan untuk memberikan nilai masukan ke CPU. Modul ini hanya
mempunyai
dua nilai, yaitu 1 atau 0, QX40 mempunyai 16 pin masukan dan
membutuhkan
tegangan masukan 24 VDC [8].
-
3. PLC Mitsubishi Digital Output QY10
Modul Digital Output QY10 Mitsubishi merupakan modul yang
dapat
menerima hasil keluaran instruksi yang diberikan oleh CPU untuk
mengontrol
perangkat lunak. Modul ini hanya dapat memberikan dua nilai
keluaran, yaitu 1
atau 0. QY10 mempunyai 16 pin keluaran dan dapat langsung
dihubungkan dengan
beban yang membutuhkan tegangan 240 VAC karena tegangan masukan
ke modul
ini 240 VAC [8].
4. Based Unit Mitsubishi Q35B
Base Unit Q35B Mitsubishi merupakan modul utama PLC yang
berbentuk
seperti papan PCB yang berguna untuk meletakkan power supply
(Catu Daya),
CPU, modul I/O [8].
2.2.3.3. Bahasa Pemrograman
Bahasa pemrograman yang digunakan dalam PLC Mitsubisi adalah
Ladder
Diagram dan Mnemonic. Penulisan dengan Ladder Diagram bertujuan
untuk
menampilkan urutan-urutan kerja dari sinyal-sinyal listrik.
Melalui diagram ini
dapat diperlihatkan hubungan antar peralatan aktif atau tidak
aktif (hidup atau mati)
sesuai dengan urutan yang ditentukan [8].
Ladder Diagram terdiri dari dua garis vertikal yang
merepresentasikan rel-rel
daya, satu sisi merepresentasikan fasa dan satu sisi lainnya
merepresentasikan
netral. Gambar 2.5. memperlihatkan simbol-simbol baku yang
digunakan pada
Ladder Diagram [8].
-
Gambar 2.5. Simbol-simbol pada Ladder Diagram [8].
2.2.3.4. GX Depeloper
GX Developer merupakan perangkat lunak (Software) bawaan untuk
PLC
Mitsubishi yang mendukung komunikasi antar PLC dengan PC
[8].
Gambar 2.6. Tampilan Antarmuka GX Developer [8].
-
GX Depelover digunakan untuk membuat perintah-perintah kontrol
dalam
bentuk Mnemonic ataupun Ladder Diagram yang nantinya akan
dikirim ke PLC
[7]. GX Developer mempunyai simbol-simbol dasar [8], antara
lain:
1. X digunakan untuk menunjukan simbol input PLC.
Menggunakan
penomoran Oktal, misalnya; X00 - X0F, X10 - X1F.
2. Y digunakan untuk menunjukan simbol output PLC.
Menggunakan
penomoran Oktal, misalnya; Y20 Y2F, Y30 Y3F.
3. T digunakan sebagai simbol timer PLC. Menggunakan penomoran
desimal,
misalnya; T0, T1. Basis waktu yang digunakan adalah 100
msec.
4. C digunakan sebagai simbol counter PLC. Menggunakan
penomoran
desimal, misalnya; C0, C1.
5. M dan S merupakan relay internal yang ada pada PLC.
Menggunakan
penomoran desimal.
6. INC adalah perintah penambahan angka satu pada data register
(D),
misalnya; INC D1 [15].
7. DEC adalah perintah pengurangan angka satu pada data register
(D),
misalnya; DEC D1 [15].
8. P digunakan sebagai perintah PULSA (PLS) Perintah Pulsa akan
membuat
Device ON, hanya satu kali scan pada saat input berubah dari OFF
menjadi
ON [15].
10. MOV perintah mov (transfer data) digunakan untuk memindahkan
data dari
satu data register ke data register lain, misalnya; mov D1 D2
[15].
11. BMOV adalah Block Transfer Instruction digunakan untuk
memindahkan
data secara berurutan dan data yang sebelumnya masih tersimpan
pada data
register yang lain sesuai dengan jumlah konstanta, misalnya;
BMOV D1 D2
K3 [16].
12. D digunakan sebagai simbol data register [15].
13. K digunakan sebagai simbol konstanta [15].
14. Comparator digunakan sebagai pembanding, misalnya; = (sama
dengan), >
(lebih dari), < (kurang dari), (tidak sama dengan), = (lebih
dari sama dengan) [15].
-
2.2.4. Relai Pengendali Elektromekanis
Relai pengendali elektromekanis (an electromechanical relay =
EMR)
merupakan saklar magnetis yang dapat menghubungkan rangkaian
beban ON atau
OFF dengan pemberian energi elektromagnetis, yang membuka atau
menutup
kontak pada rangkaian. Relai biasanya hanya mempunyai satu
kumparan, tetapi
relai dapat mempunyai beberapa kontak. Relai elektromagnetis
berisi kontak diam
dan kontak bergerak. Kontak yang bergerak dipasangkan pada
Plunger. Kontak
pada relai disebut Normally Open (NO) dan Normally Close (NC).
Apabila
kumparan diberi tenaga maka akan terjadi medan elektromagnetis.
Aksi dari medan
menyebabkan Plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan
membuka
kontak NC [5].
Kontak Normally Open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir
pada
kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan
menghantarkan arus atau
diberi tenaga. Kontak Normally Close akan tertutup apabila
kumparan tidak diberi
daya dan membuka ketika kumparan diberi daya [5].
Gambar 2.7. Relai elektromekanis ( an electromechanical relay =
EMR) [5].
2.2.5. Proximity
Sensor proximity yaitu sensor atau saklar yang dapat mendeteksi
adanya
target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak fisik, sensor
jenis ini biasanya
-
terdiri dari alat elektonis solid-state yang terbungkus rapat
untuk melindunginya
dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang
berlebihan. Sensor ini
dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang
dianggap terlalu
kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Prinsip
kerjanya adalah
dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu lingkungan medan
frekuensi
tinggi [9].
Mengapa digunakan sensor proximity, ada beberapa hal atau
kondisi
digunakannya sensor ini, antara lain [9]:
a. Objek yang dideteksi terlalu kecil
b. Respon cepat dan kecepatan switching diperlukan
Contoh: Dalam menghitung atau eject control application.
c. Objek yang dideteksi harus diindera atau check dengan adanya
pembatasan non
metalik (Non Logam) seperti kaca, plastik dan karton kertas.
d. Lingkungan yang berbahaya, dimana lingkungan tersebut tidak
diijinkan
adanya kontak mekanik.
2.2.5.1 Jenis sensor proximity
a. Sensor kedekatan induktif, jika objeknya adalah logam.
Terdiri dari kumparan,
osilator, rangkaian detektor dan output elektronis. Kelemahannya
sensor ini
tidak sensitif terhadap kelembaban, debu dsb. Induktif proximity
sensor terdiri
dari empat elemen yaitu Sensor coil (Ferrite Core), Oscillator
Circuit,
Detection Circuit dan Solid State Output Circuit [9].
b. Sensor kedekatan kapasitif. Objeknya dapat konduktif atau non
konduktif.
Sensor ini dapat diaktifkan dengan bahan non konduktif seperti
kayu, tepung,
gula, dsb [9].
c. Sensor Photoelectric, prinsip kerja sensor ini yaitu
mengkonversikan sinyal
yang dibangkitkan oleh emisi cahaya menjadi sinyal listrik
[9].
d. Sensor Ultrasonic, Gelombang ultrasonik adalah gelombang yang
dipancarkan
dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara [9].
-
2.2.5.2 Jarak Deteksi
Jarak diteksi adalah jarak dari posisi yang terbaca dan tidak
terbaca sensor
untuk operasi kerjanya, ketika obyek benda digerakkan oleh
metode tertentu [9].
Gambar 2.8. Jarak Deteksi Proximity [9].
Pengaturan jarak, mengatur jarak dari permukaan sensor
memungkinkan
penggunaan sensor lebih stabil dalam operasi kerjanya, termasuk
pengaruh suhu
dan tegangan. Posisi objek (standar) sensing transit ini adalah
sekitar 70% sampai
80% dari jarak (nilai) normal sensing [9].
Gambar 2.9. Sensing Transit Proximity [9].
Nilai output dari Proximity Switch ada 3 macam, dan bisa
diklasifikasikan
juga sebagai nilai NO (Normally Open) dan NC (Normally Close).
Persis seperti
fungsi pada tombol, atau secara spesifik menyerupai fungsi limit
switch dalam
-
suatu sistem kerja rangkaian yang membutuhkan suatu perangkat
pembaca dalam
sistem kerja kontinyu mesin [9].
Gambar 2.10. Output dua kabel VDC [9].
Gambar 2.11. Output tiga dan empat kabel VDC [9].
Gambar 2.12. Output dua kabel VAC [9].
Dari gambar diatas kita dapat mengenali tipe sensor Proximity
Switch ini,
yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Tipe inilah yang nanti bisa
dikoneksikan dengan
berbagai macam peralatan kontrol semi digital yang membutuhkan
nilai-nilai
logika sebagai input untuk proses kerjanya [9].
Tabel 2.1 Simbol Terminal [9].
Fungsi Warna Simbol
Positive Supply Voltage (+) Brown BN
Negative Supply Voltage (-) Blue BL
Switch Output Black BK
Antivalent Switch Output White WH
-
Pada prinsipnya fungsi Proximity Switch dalam suatu rangkaian
pengendali
adalah sebagai kontrol untuk ON dan OFF suatu sistem interlock
dengan bantuan
peralatan semi digital untuk sistem kerja berurutan dalam
rangkaian kontrol [9].
2.2.6. Solenoid Valve
Solenoid valve adalah suatu perangkat otomasi yang digunakan
untuk
membuka maupun aliran baik berupa cairan maupun gas, dalam
sistem ini solenoid
valve digunakan sebagai kran keluaran oli dari tangki sentral
menuju gearbox mesin
[11].
Gambar 2.13. Solenoid Valve [10].
Prinsip kerja solenoid valve tidak jauh berbeda dengan cara
kerja sebuah
relay. Jika pada relay medan yang ditimbulkan dari aliran arus
pada kumparan
digunakan untuk menarik lidah kontaktor, namun pada medan magnet
yang
ditimbulkan untuk menggerakkan katup atau klep sehingga solenoid
valve
berfungsi sebagai kran oli dalam kondisi terbuka [11].
Jadi pada saat kumparan dialiri arus listrik terjadi medan
magnet di sekitar
solenoid dan diantara dua solenoid ini diberi inti yang dapat
bergerak bebas ke atas
dan ke bawah, inti atau core terbuat dari bahan yang dapat
ditarik oleh magnet
sehingga ketika terjadi medan magnet disekitar kumparan inti
tersebut tertarik ke
-
atas. Inti yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah ini
dihubungkan dengan katup
atau klep sehingga jika inti tertarik ke atas klep juga ikut
tertarik ke atas yang berarti
solenoid valve dalam keadaan terbuka [11].
Sebaliknya, jika arus dalam kumparan dimatikan maka medan magnet
di
sekitar kumparan juga akan hilang dan inti besi bergerak turun
karena tertekan oleh
gaya pegas yang dipasang berlawanan dengan arah gaya medan
magnet kumparan.
Gaya pegas ini mendorong klep tertutup dan menyumbat laju
aliran, sehingga
solenoid valve akan tertutup [11].
Solenoid valve merupakan gabungan dari dua unit fungsional [11],
yaitu:
a. Solenoid (elektromagnet) beserta inti dan Plunger.
b. Badan kran yang berisi lubang mulut pada tempat piringan dan
stop kontak
untuk membuka dan menutup aliran cairan.
1. Valve body
2. Inlet port
3. Outlet port
4. Coil/Solenoid
5. Coil winding
6. Lead wires
7. Plunger or piston
8. Spring
9. Orifice
Gambar 2.14. Bagian-bagian Solenoid Valve [12].
2.2.7. Human Machine Interface (HMI)
Human Machine Interface (HMI) merupakan suatu sistem penghubung
antara
manusia dengan mesin sehingga manusia dapat berkomunikasi dengan
mesin.
Dalam HMI ditampilkan proses-proses yang sedang terjadi pada
mesin melalui
-
simbol-simbol grafik. Pada sistem otomasi, HMI pada umumnya
tersusun oleh
beberapa komputer. Ada dua jenis HMI berdasarkan kegunaannya
[8], yaitu;
1. Stasiun Operasi (Operating Station), berupa konsul komputer
yang
mempunyai fungsi pendukung pengoperasian.
2. Stasiun Perencanaan (Engineering Station), berupa komputer
yang mendukung
fungsi (Engineering) sistem otomasi yang meliputi fungsi
konfigurasi dan
pemrograman.
2.2.8. Sistem Hidrolik
Hidrolik adalah sebuah sistem untuk mentransfer dan mengontrol
tenaga
dengan menggunakan media cairan. Sistem hidrolik memanfaatkan
sifat fisik cairan
sehingga memungkinkan untuk merubah gaya yang relatif kecil
menjadi gaya yang
sangat besar. Tipe-tipe pompa hidrolik, antara lain [13]:
1. Gear Pump. Pompa jenis gear ini adalah jenis pompa yang
paling umum
digunakan. Memiliki karakteristik sebagai berikut :
- Tekanan yang dihasilkan sedang (moderate).
- Hanya memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) minimal.
- Tidak terlalu sensitif terhadap kontaminan.
Gambar 2.15. Gear Pump [13]
2. Vane Pump. Sistem hidrolik dengan pompa tipe ini memiliki
karakteristik
sebagai berikut:
- Tekanan yang dihasilkan menengah sampai tinggi.
-
- Memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) yang maksimal.
- Sangat sensitif terhadap kontaminasi.
Gambar 2.16. Vane Pump [13]
3. Piston Pump. Sistem hidrolik dengan pompa tipe ini, memiliki
desain yang
kompleks. Memiliki karakteristik sebagai berikut:
- Tekanan yang dihasilkan sangat tinggi.
- Memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) sedang.
- Sangat sensitif terhadap kontaminasi.
Gambar 2.17. Piston Pump [13]
2.2.9. Motor Induksi 3 Fasa
Motor induksi 3 fasa adalah alat listrik yang mengubah energi
listrik menjadi
energi mekanik. Motor induksi sering juga disebut motor tidak
serempak atau motor
asinkron [14].
-
Gambar 2.18. Penampakan Motor Listrik Tiga Fasa [14]
Kontruksi motor induksi secara detail terdiri atas dua bagian
stator dan bagian
rotor. Stator adalah bagian motor yang diam terdiri : badan
motor, inti stator,
belitan stator, bearing dan terminal box. Bagian rotor adalah
bagian motor yang
berputar terdiri atas rotor sangkar, poros rotor [14].
Motor induksi akan berputar pada kecepatan konstan saat
dihubungkan pada
tegangan dan frekuensi yang konstan, kecepatannya sangat
mendekati kecepatan
sinkronnya. Bila torsi beban bertambah, maka kecepatannya akan
sedikit
mengalami penurunan, sehingga motor induksi sangat cocok
digunakan untuk
menggerakkan sistem yang membutuhkan kecepatan konstan [14].
Penggunaan motor listrik di industri terkadang dikehendaki juga
adanya
pengaturan kecepatan. Pengaturan kecepatan sebuah motor induksi
memerlukan
biaya yang relatif mahal. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan
dengan beberapa
cara seperti dengan mengubah jumlah kutub, mengatur frekuensi
yang ditunjukkan
pada persamaan (2.1) [14].
= 120
(2.1)
Ns : kecepatan sinkron medan stator (rpm)
f : frekuensi (Hz)
P : jumlah kutub