BAB III PERANCANGAN SISTEM...13 BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan dijelaskan tentang perancangan perangkat keras beserta perangkat lunak sistem yang dibuat. 3.1. Gambaran

13

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dijelaskan tentang perancangan perangkat keras beserta perangkat

lunak sistem yang dibuat.

3.1. Gambaran Sistem

Skripsi yang dibuat ini adalah tentang pembacaan rotary encoder untuk mengukur

produktifitas dari mesin forming di PT. Kepuh Kencana Arum. Berikut adalah diagram

blok dari sistem yang dibuat :

Gambar 3.1. Diagram blok sistem

Rotary encoder sudah terpasang pada PLC dan sudah tercatu oleh PLC yang memiliki

tegangan operasi sebesar 24 Volt. Arduino memiliki tegangan operasi sebesar 5 Volt, oleh

sebab itu dibutuhkan rangkaian optocoupler untuk membaca rotary encoder. Rangkaian

optocoupler yang digunakan pada sistem ini merupakan pembeda level tegangan dengan

cara kerja dimana terdapat sebuah komponen LED (Light Emitting Diode) yang

memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor yang

peka terhadap cahaya (Phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk mendeteksi

cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Sistem yang akan dirancang akan

14

mengukur perputaran rotary encoder yang sudah tercatu oleh PLC pada phase A dan phase

B dengan Arduino. Setelah Arduino membaca data pada rotary encoder, push button, limit

switch data yang didapat kemudian ditampilkan pada Serial Monitor yang dimiliki oleh

Arduino kemudian data juga dicatat pada MicroSD dengan tambahan data lain yaitu data

waktu yang didapat dari modul DS3231

3.2. Perancangan Perangkat Keras Sistem

Pada skripsi ini perangkat keras yang digunakan adalah Arduino UNO, rangkaian

optocoupler yang berupa rangkaian pemisah level tegangan operasi rotary encoder, limit

switch dan push button, sensor rotary encoder yang digunakan adalah Omron E6B2-

CWZ6C, modul real-time clock DS3231, trafo CT sebagai suplai daya dan modul SD card

read write. Pada prototipe perangkat keras yang dibuat memiliki dimensi 18 cm × 11.5 cm

× 6 cm. Berikut Foto perangkat keras sistem yang dibuat

Gambar 3.2. Desain perangkat keras sistem luar

15

Gambar 3.3. Desain perangkat keras sistem dalam

3.2.1. Arduino UNO

Pada skripsi ini, Arduino UNO berfungsi sebagai pengontrol utama dimana Arduino

UNO ini bekerja untuk membaca nilai sensor rotary encoder, push button, limit switch,

membaca waktu dari modul SD card read write dan menampilkannya pada serial monitor,

dan menulis data pada MicroSD. Digunakan Arduino UNO karena Arduino UNO memiliki

pin interrupt yang cukup untuk membaca rotary encoder. Pin interrupt ini digunakan

karena rotary encoder harus mengambil data terus menerus dan pembacaannya tidak boleh

tertinggal bila ada program lain yang berjalan. Bila pin interrupt ini terpicu maka program

lain akan dihentikan terlebih dahulu untuk menjalankan program interrupt. Pin interrupt

pada Arduino UNO terletak pada pin digital 2 dan pin digital 3. Untuk mengaktifkan pin

interrupt untuk pembacaan rotary encoder, salah satu kaki keluaran harus disambungkan

pada pin interrupt, sedangkan kaki keluaran yang lain tidak harus sambungkan dengan pin

interrupt. Pada rotary encoder output phase A disambungkan ke rangkaian optocoupler

lalu masuk ke pin digital 2 dan untuk output phase B disambungkan ke rangkaian

optocoupler juga lalu dimasukkan ke pin digital 3. Berikut adalah tabel sambungan dari

pin-pin dari Arduino UNO

16

Tabel 3.1. Koneksi Pin I/O Arduino UNO

No Pin Terhubung ke

1 D2 Terhubung dengan output phase A yang sudah diturunkan tegangannya

2 D3 Terhubung dengan output phase B yang sudah diturunkan tegangannya

3 5V Terhubung dengan rangkaian optocoupler

4 GND Terhubung dengan rangkaian optocoupler

Gambar 3.4. Arduino UNO

3.2.2. Rotary Encoder Omron E6B2-CWZ6C

Rotary encoder yang digunakan pada skripsi ini adalah Omron E6B2-CWZ6C.

Omron E6B2-CWZ6C digunakan karena kemampuannya untuk menahan gangguan berupa

goncangan dan getaran, kemampuan ini sangat berguna bila diterapkan pada mesin pabrik

karena di beberapa pabrik memiliki kondisi lingkungan yang penuh getaran dan goncangan.

Omron E6B2-CWZ6C di skripsi ini dicatu oleh PLC. Output phase A dan phase B

diparalel dari PLC ke Arduino UNO melalui rangkaian optocoupler. Sambungan antara

output rotary encoder dengan Arduino UNO dan PLC harus melalui rangkaian optocoupler

agar Arduino tidak menerima tegangan operasi PLC secara langsung, karena jika menerima

tegangan sebesar 24 Volt dapat merusak Arduino. Berikut adalah Tabel sambungan rotary

encoder dengan PLC dan Arduino melalui rangkaian optocoupler.

17

Tabel 3.2 Sambungan antara rotary encoder, Arduino dan PLC

Rotary Encoder PLC Arduino

Output Phase A X0 D2

Output Phase B X1 D3

Output Phase Z - -

VCC 24V 5V

GND 0V GND

Gambar 3.5 Omron E6B2-CWZ6C

3.2.3. Optocoupler

Komponen yang terpasang pada mesin produksi galvalum sudah terpasang dengan

PLC sehingga memiliki tegangan operasi 24 Volt. Sedangkan pada Arduino UNO memiliki

tegangan operasi 5 Volt, oleh sebab itu dibutuhkan pemisah level tegangan operasi dari

tegangan operasi 24 Volt yang dimiliki oleh PLC ke tegangan operasi yang dimiliki

Arduino UNO yaitu 5 Volt tanpa mengganggu kinerja dari PLC dan mesin forming. Pada

skripsi ini digunakan IC optocoupler. Untuk memisahkan tegangan operasi output rotary

encoder, limit switch dan push button dari 24 Volt menjadi 5 Volt digunakan IC

optocoupler CT 817B

3.2.3.1 Rangkaian optocopler

Untuk mengatasi perbedaan tegangan operasi antara Arduino UNO dan PLC pada

output rotary encoder, push button dan limit switch digunakan rangkaian optocoupler yang

18

bekerja sebagai pembeda level tegangan dari 24 Volt ke 5 Volt. Berikut adalah rangkaian

optocoupler yang digunakan

Gambar 3.6 Rangkaian optocoupler

Perhitungan If pada kaki anoda :

If = Vsumber − Vfm

𝑅 (1)

= 24𝑣 −3𝑣

10𝑘Ω

= 21𝑣

10𝑘Ω

= 2,1 mA

Perhitungan Ic pada kaki collector :

Ic = Vsumber − 0,7 𝑣

𝑅 (2)

= 5𝑣 −0,7𝑣

10𝑘Ω

= 4,3𝑣

10𝑘Ω

= 0,43 mA

Ic optocoupler yang digunakan adalan CT 817B. Terdapat empat rangkaian

optocoupler digunakan untuk output rotary encoder (phase A dan phase B), push button

dan limit switch jadi dibutuhkan empat rangkaian optocoupler.

Ic optocoupler memiliki cara kerja sama seperti saklar komponen dimana LED (Light

Emitting Diode) yang memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen

semikonduktor yang peka terhadap cahaya (Phototransistor) sebagai bagian yang digunakan

untuk mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED.

19

3.2.4. Limit Switch

Pada skrispi ini limit switch sudah terpasang pada mesin produksi galvalum pada

bagian pemotong. Limit switch dicatu oleh PLC dengan tegangan 24 Volt dan terhubung

pada pin input PLC juga. Oleh sebab itu output limit switch harus disambungkan pada

rangkaian optocoupler terlebih dahulu kemudian barulah dihubungkan pada Arduino UNO.

Berikut adalah tabel sambungan limit switch dengan Arduino UNO dan PLC. Pada

sambungan Arduino dengan limit switch dihubungkan dengan pin D5.

Tabel 3.3 Sambungan limit switch

PLC Limit Switch Arduino UNO

Y4 Normally Open D5

- Normally Close -

24V Common -

3.2.5. Push Button

Pada mesin produksi galvalum terdapat sensor push button yang sudah terhubung

dengan PLC. Push button dihubungkan terlebih dahulu dengan rangkaian optocoupler

kemudian baru dihubungkan dengan Arduino. Push button yang digunakan pada skripsi ini

adalah push button yang berjenis normally open. Jadi saat kondisi push button tidak ditekan

atau kondisi normal, saklar tidak terhubung dan saat kondisi push button ditekan maka

saklar akan terhubung. Berikut adalah sambungan dari push button

Tabel 3.4 Sambungan push button

PLC Push Button Arduino

Y6 Terminal + D6

0V Terminal - -

3.2.6. Suplai Daya

20

Pada sistem yang dibangun suplai yang digunakan bersumber pada trafo. Trafo

yang digunakan pada sistem ini adalah trafo CT karena sumber yang diinginkan adalah

sumber DC. Trafo CT membutuhkan rangkaian penyearah berupa dua dioda. Untuk

membuang gangguan berupa ripple dan sinyal AC yang terbawa, digunakan rangkaian.

Gambar 3.7 Rangkaian penyearah power supply

3.2.7. Pengolahan Data pada MicroSD

Untuk pengolahan data pada MicroSD digunakan modul SD card read write

sebagai reader dan writer MicroSD dan digunakan modul DS3231 untuk mendapatkan data

waktu. Digunakan kedua modul ini adalah karena untuk persamaan data dari yang dikirim

ke database dan yang disimpan di MicroSD. Jadi bila terjadi kesalahan atau gangguan pada

server data produksi tetap tersimpan pada MicroSD.

3.2.7.1. Penggunaan Modul SD Card Read Write

Modul ini digunakan untuk menuliskan dan membaca data yang sudah disimpan.

Pada Arduino data pada MicroSD yang dapat ditulis dan dibaca adalah yang berformat .txt

saja. Pada awal mula pembacaan program nantinya file yang akan ditulis atau dibaca harus

dibuka terlebih dahulu kemudian pada saat terjadi pemotongan ditulis data waktu yang

didapatkan dari modul DS3231 dan data nilai dari rotary encoder. Berikut adalah

sambungan dari modul dengan Arduino

Tabel 3.5 Sambungan modul MicroSD dengan Arduino

21

Modul SD Card Read Write Arduino

MOSI D11

MISO D12

CLK D13

CS D4

3.2.7.2. Penggunaan Modul DS3231

Modul DS3231 atau modul RTC ini digunakan untuk mengetahui waktu

sesungguhnya saat terjadi pemotongan. Data waktu digunakan untuk ketelitian data yang

akan ditulis pada MicroSD. Sehingga bila ada gangguan pada server maka data yang

didapat pada MicroSD sama telitinya dengan data yang dikirim ke server. Pada modul ini

terdapat 6 pin, tetapi yang digunakan dalam pembacaan real-time clock hanya 4 pin saja.

Berikut adalah sambungan modul dengan Arduino

Tabel 3.6 Sambungan DS3231 dengan Arduino

DS3231 Arduino

VCC 5V

GND Ground

SDA SDA

SCL SCL

22

3.3. Perancangan Perangkat Lunak Sistem

Gambar 3.8 Diagram alir sistem

23

Penjelasan dari Diagram alir sistem :

Inisialisasi Variabel sebagai contoh untuk rotary encoder, push button,limit switch

Inisialisasi Variabel untuk modul RTC dan modul SD Card

Mengetahui mesih sedang dalam keaadan ON / OFF , apabila ON akan berlanjut

pada tahan ada bahan atau tidak jika OFF akan langsung menuju END

Ketika sudah terdapat bahan “RUN” kemudian akan dilanjutkan pada pembacaan

rotary encoder , akan tetapi bila tidak akan langsung menuju END

DigitalRead phase A dan phase B mengetahui arah putaran atau pembacaan posisi

oleh rotary encoder

If potong, setelah pembacaan rotary encoder akan dilakukan pemotongan pada

bahan tetapi jika tidak akan langsung menuju END

Pengelompokan berdasar panjang setelah dilakukan pemotongan dan diketahui

panjang produk dari pembacaan rotary encoder akan di mulai pengelompokan

dimana bila pembacaan rotary encoder berada pada <5500 - >6500 akan di

golongkan “real cutting” sedangan bila pembacaan rotary encoder berada pada

>5500 akan di golongkan “trial cutting”

Jumlah potong ++ , akan di lakukan penjumlahan berdasarkan pengelompokan

panjang produk yang telah di kakukan

Melakukan penulisan hasil produksi kedalam Mikro SD

Reset pembacaan rotary encoder menjadi 0 kembali