Desain dan Pengujian Sistem Kontrol Kedalaman Terprogram Untuk Mole Plow
DESAIN DAN PENGUJIAN SISTEM KONTROL
KEDALAMAN TERPROGRAM UNTUK MOLE PLOW
M. HARIANSYAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Desain dan Pengujian
Sistem Kontrol Kedalaman Terprogram Untuk Mole Plow adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang telah diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir disertasi ini.
Bogor, Juli 2014
M. Hariansyah
NIM F164090041
SUMMARY
M. HARIANSYAH. Design and Testing of Depth-Programming Control
System for Mole Plow. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
ASEP SAPEI. DESRIAL and I. DEWA MADE SUBRATA.
It has been known that land use changes of agricultural land have reached
up to 60.000 ha/year. In order to achieve food self-sufficiency in 2015, Indonesia
government needs to open new farming land. Generally, a new opened-land are a
dry or wet land which locate in low land area. This areas are susceptible to excess
of water during wet season. Water excess in agricultural land could damage the
plants which leading to production loses and financial loses for farmers.
Drainage channel should be created to discharge water excess occurred in
agricultural land. A mole plough could be an alternative to create the drainage
channel. Ussualy, the mole plough is pulled by four wheels tractor through three
point hitch. Problem arises on how to create the drainage channel slope at 0% to
0.2% of the total length to facilitate water flowing over to the irrigation channel.
Therefore, a design and testing of depth-programming control system to control
the ploughing depth and the slope of drainage channel should be developed.
The objectives of this research were to: (a) develop control system used as
hydraulic cylinder actuator to move the mole plough on a laboratory scale using
Arduino ATMega 328 micro-controller, (b) obtain the testing result of control
system, response time (t) of control system to control the hydraulic pressure, and
(c) obtain the mole plough operation performance at 0% to 0.2% slope refresented
20-40 cm depth and obtain error between set-point and the channel‟s elevation
position created by mole plough.
The development of control system on hydraulic-driven mole plough was
carried out in two stages. The first stage consisted of: (a) conducted a study,
designed and constructed the mole plough holder and the mechanical system of
hydraulic which consisted of analyzing the capacity required by electric motor,
analyzing the hydraulic pump needs, analyzing the hydraulic cylinder needs and
its supporting components at laboratory scale; (b) applied Arduino ATMega 328
microcontroller system to control the solenoid valve opening for controlling the
hydraulic pressure and oil flow; (c) conducted laboratory testing to obtain the
time response (t), toward the hydraulic cylinder pressure (p), and time response
(t) toward the hydraulic cylinder velocity (v) to reach ploughing depth at 40 cm
and various valve opening angle ranging from 15o to 90 o.
The second stage as called as outdoor experiment consisted of: (a)
designed and constructed the mole plough including determining the material,
construction drawing to put the hydraulic cylinder and mole plough to be mounted
and pulled by tractor; (b) installing the hydraulic control system device as a result
of indoor experiment including installation of signal transmitter sensor in the
field, installation of signal receiver sensor on tractor and installation of control
system panel; (c) measuring the site soil surface profile which used for the
movement of mole plough pulled by the tractor; (d) created drainage channel
using mole plough at 0%, 0.1% and 0.2 % slope; (e) measuring the ploughing
depth using ultrasound sensor.
At the first stage, the mole plough was driven by the hydraulic system. The
design of hydraulic-driven mole plough system was aimed to obtain preliminary
data test including the hydraulic pressure during the spring push and pull testing,
and time required to reach maximum pressure at different valve opening angle,
and electrical power of the motor to operate the hydraulic pump. It was expected
that this preliminary data could be used as reference to apply the hydraulic pump
to operate the mole plough in order to create drainage channel. The research
activities began with manufacturing a table to place the motor, hydraulic pump
and hydraulic oil tank. Table was made with 80 cm height, 40 cm width and 60
cm length. A gate-made pole with H iron type sized of 10 x 10 cm and 180 cm
height was created to place the hydraulic cylinder. The hydraulic was installed at
the upper side of pillar. The hydraulic piston was coupled with two rounded irons
to draw the mole plough. Digital-pull force and time recording were installed at
the pole side. Table was used to place the electrical motor, hydraulic pump, valve
and cylinder.
The measurement of push and pull test was conducted manually by
opening the pressure valve located at solenoid to control the hydraulic pressure.
Pressure valve was opened at 15o, 30o, 45o, 60o, 75o and 90o position. Distance
was measured using distance sensor which recorded in recorder. Hydraulic
pressure was measured using pressure gate meter. The observed parameter
consisted of correlation between hydraulic pressure and the spring length after
pulled and pushed test, correlation between hydraulic pressure and required
electrical power, and correlation between hydraulic time response and spring
distance changes after pushed and pulled test.
Testing was measured in two conditions i.e. hydraulic used for push and
pull action. Pushing test was carried out by installing the mole plough in series
with a spring and pushed by hydraulic with a pressure ranged from 0 N/m2 to
6,897 kN/m2. Pulling test was carried out by installing the lower end of the spring
to the clamp plate and the upper end to the mole plough. Solenoid was used to
control the fluid flow rate. Solenoid was manually opened and closed by the valve
opening at 15o to 90o.
According to the result of measurement and testing, the correlation
between hydraulic pressure at valve opening 15o to 90o, correlation between
hydraulic pressure and the spring length after pulled and pushed test, correlation
between hydraulic pressure and required electrical power was similar. The
magnitude of required hydraulic pressure was 4,310 kN/m2 with distance 26.4 cm,
and the required electrical power was 5,177 Watt. The best time response
occurred at valve opening angle 90o with hydraulic pressure 5,241 kN/m2,
required time to achieve the pressure was 1.02 second with distance 23.6 cm. The
pressure used to pull the spring was 4,276 kN/m2 at the distance of the spring was
73.8 cm and the required electrical power was 5,200 Watt.
Still at the first stage, an experiment to design and determine the
characteristic of response of electronic control system on hydraulic-driven mole
plough was also conducted. This experiment aimed to obtain the response
characteristic of stepper motor when activating the pressure valve to open the
valve control at range of 15o to 90o and also to obtain the error magnitude between
the analysis against the pressure valve opening. The method used in this
experiment was similar to the method used in the electronic system on hydraulic-
driven mole plough. The differences laid on the uses of motor stepper, solenoid,
microcontroller and ultrasonic sensor as the main supporting part of the hydraulic
control system. A particular testing was carried out to determine the response
characteristic of electronic control system and motor stepper toward the required
time to open the pressure valve at 15o, 30o, 45o,60o,75o and 90o valve opening
angle.
According to the result when the pressure valve was manually opened at
o
90 , the response time was 1.02 second at 23.8 cm stacke or displacement. When
stepper motor was installed as substitution from manual to automatic using
microcontroller, the response of stepper motor became very slow i.e. 2.98 second
which slowing the pressure valve opening. Therefore, stepper motor was not
feasible tobe used for mole plough test in the field. Larger opening angle of the
pressure valve caused longer time response, and vice-versa.
The second stage of the research was started by designing and testing the
transmitter and receiver as input for microcontroller to actuate the hydraulic. The
objective of this stage was to obtain the design of transmitter and receiver system
and obtain data as input for microcontroller to actuate the hydraulic. The research
was carried out by designing transmitter circuit from astable multi vibrator,
photodiode light, chooper transistor and green laser beam. The receiver circuit
was designed from photodiode light sensor, pass filter, signal amplifier, inverter
and nand-gate, as well as microcontroller and program.
IC Oscilator IC 555 run with voltage ranging from + 5 volt dc to +12
volt dc and frequency of 1,206 Hz was set through RC configuration at astable
multi vibrator IC NE 555 and chopper transistor. The level of positive and
negative peak of pulse which used to move the green laser beam was controlled
through potentiometer R3. According to the laboratory testing result, transmitter
consisted of green laser beam which used as input for photodiode sensor which
modified by adding astable multi vibrator and chooper transistor to obtain
frequency 1,206 Hz and the maximum signal that could be transmitted was 50 m.
Receiver circuit which consisted of photodiode sensor was still influenced
by light surrounding the location. Therefore, high pass filter was used and cutoff
frequency was 600 Hz. The output signal which generated from high pass filter
was still weak. Thus, signal was amplified 10 times by applying amplifier circuit
Op-Amp which increased the voltage from 3,200 mV to 4,500 mV at 50 m
distance. The output signal from amplifier was then transmitted to inverter to
convert 1 to 0 or vice-versa that can be used by nand-gate as input for
microcontroller to control the two units of relay.
The next stage was creating the drainage channel using mole plough in
agricultural land which aimed to discharge water excess that can damage plants.
The objective of this stage was to (a) develop programmable control system
device used as hydraulic cylinder actuator to move the mole plough, (b) create
drainage channel with 0%, 0.1% and 0.2 % slope at certain depth.
An agricultural land was used as the field site of this experiment which
then divided into several tracks to create the drainage channel. The field was 30
meter length and 24 meter width which divided into 12 tracks for tractor
movement. The track was created for tractor movement with distance among
tracks was 1,5 m to avoid crossing-over. The width of rear wheel was 1,5 m. After
completing the works at A track, tractor then moved to B track. This position
rotated the right-wheel side into the left-hand side of the tractor. Track number A,
B, C and D were used to create drainage channel without control system. Track
number E, F, G, and H were used to create drainage channel at slope 0% using
control system. Track number I, J, K and L were used to create drainage channel
at slope 0.1% using control system. Track number M, N, O and P were used to
create drainage channel at slope 0.2 % using control system. The profile of the
soil surface was conducted prior creating the drainage channel.
The result on elevation test without controller at A, B, C and D track
showed that set-point was not achieved. This could be due to the mole plough
followed the soil surface profile. The deviation magnitude occurred between the
set-point and the actual position of the mole plough was 4.19 cm , 6.13 cm, 5.94
cm, 6.88 cm at A, B, C, and D track, respectively. The result on elevation test
using controller showed that at 0%, 0.1% and 0.2% slope, could be the position of
the mole plough was maintained close to the designed set-point. However, a
deviation between designed set-point and mole plough position still occurred. The
deviation magnitude of each tracks was as follow: 1.00 cm, at E track 1.13 cm at F
track 0.81 cm at G track 3.06 cm, at H track 1.75 cm, at I track 1,00 cm at J
track 0.49 cm, at K track 0.25 cm, at L track 0.25 cm, at M track 1.25 cm, at N
track 0.56 cm at O track 0.75 cm, and 1.44 cm at P track.
The next stage was to apply ultrasonic sensor and ATMega 328 arduino to
detect the ploughing depth. The objective of this stage was to develop automatic
ploughing depth elevation measurement, and gain the deviation magnitude
resulted from set-point and ploughing depth elevation position.
The first stage on this experiment was to measure the field site which was
designed to create drainage channel using mole plough. The test area was 30 m
length and 6 m width. The width side was divided into 4 tractor‟s tracks i.e. M, N,
O and P. Each track was 1.5 m. The elevation of mole plough was set at 0.2%
using control system. Measuring profile of soil surface was carried out prior
creating the drainage channel. Mole drainage channel was created by activating
the tractor‟s hydraulic lever alongside the track. As the tractor moved forward, the
mole plough was pulled up to 20 cm depth of soil and then stop at the initial
measurement point. Drainage channel was created at four testing tracks i.e. M, N,
O and P with 0.2% slope. The slope of drainage channel was controlled using
hydraulic tractor by activating the hydraulic lever to obtain the desired slope
angle.
The measurement of ploughing depth was conducted by ultrasonic sensor
which is attached to mole plow frame. The sensor sensed moving object (iron
plat) that was attached to the sip of the hydraulic cylinder (moving part). As
cylinder piston pushed or pulled the mole plough, the iron plat eventually moved.
This movement was detected by sensor and the information was sent into Arduino
micro-controller which the result could be directly read at the computer.
Referring to the research result using control system at 0.2% slope showed
that the profile of soil surface still influenced the ploughing depth position. When
the elevation of soil surface increased, the position of mole plough was
maintained close to the specified set-point. Ultrasonic distance sensor was
appropriate to detect the ploughing depth. The deviation magnitude between setpoint and mole plough position occurred at M, N, O and P tracks was 1.07cm,
1.93 cm, 1.54 cm and 1.03 cm respectively.
The first and second stage of the research resulted: (a) electronic control
system on hydraulic-driven mole plough at laboratory scale which consisted of
transmitter, receiver, hydraulic control system. The testing result was: green laser
beam was transmitted for 50 m distance at frequency 1,206 Hz. Green laser beam
receiver used photodiode with the sensor length and width was 45 cm and 10 cm,
respectively. Light beam that received by receiver was still influenced by noise
from light surrounding the location. Therefore, high pass filter was applied and
cutoff frequency was 600 Hz. The output signal which generated from high pass
filter was still weak ranging from 0,3 to 0,45 Volt. Thus, signal was amplified 10
times by applying amplifier circuit Op-Amp using IC 324, microcontroller using
ATMega Arduino 328 which used to control the solenoid valve opening from 2
units relay to transfer hydraulic pressure from tractor to the hydraulic in the mole
plough. Hydraulic pressure at 90o valve opening and 26.4 cm with the fastest time
response (t) 1,02 second was considered able to cut the subsoil to a depth of 40
cm, which had a shear strength of 3,389 kg/cm2.
Keywords: mole plough, depth control, drainage channel, laser sensor
RINGKASAN
M. HARIANSYAH. Desain Dan Pengujian Sistem Kontrol Kedalaman
Terprogram Untuk Mole Plow. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS
SETIAWAN. ASEP SAPEI. DESRIAL dan I. DEWA MADE SUBRATA.
Alih fungsi lahan pertanian mencapai 60.000 ha/tahun, sementara
pemerintah mengupayakan tahun 2015 Indonesia sudah mampu untuk
melaksanakan swasembada pangan. Untuk mencapai upaya tersebut pemerintah
perlu melakukan pembukaan lahan pertanian yang baru. Pembukaan lahan
pertanian yang baru umumnya berupa lahan kering atau lahan basah yang terletak
di dataran rendah. Pada musim penghujan area pertanian tersebut akan mengalami
kelebihan air. Lahan pertanian yang mempunyai tingkat kandungan air yang
tinggi, dapat merusak beberapa jenis tanaman, yang berakibat produksi menurun
dan petani menjadi rugi.
Cara mengatasi kelebihan kandungan air pada lahan tersebut dapat dilakukan
dengan membuat saluran drainase menggunakan bajak mole. Bajak mole ditarik
menggunakan traktor empat roda, menggunakan tiga titik gandeng. Permasalahan
yang perlu dilakukan bagaimana cara membuat kemiringan saluran drainase
mulai 0 % hingga 0.2 % dari panjang lahan agar air dapat mengalir, menuju
saluran irigasi. Sehingga diperlukan desain dan pengujian system control
kedalaman terprogram untuk mengendalikan kedalaman bajak mole, dan
kemiringan saluran drainase.
Tujuan yang ingin diperoleh adalah (a) menghasilkan rancangan sistem
kontrol untuk pengendalian silinder hidrolik sebagai penggerak bajak mole,
pada skala laboratorium, menggunakan mikro kontroller Arduino ATMega 328,
(b) memperoleh hasil penguji sistem kontrol, respon waktu (t) sistem control
untuk mengendalikan tekanan hidrolik, dan (c) memperoleh kinerja bajak mole
saat digunakan untuk membuat saluran dainase mole pada kemiringan 0 % hingga
0.2%, kedalaman 20 hingga 40 cm serta memperoleh simpangan antara setpoint
dengan posisi elevasi saluran bajak mole.
Metode yang dilakukan terkaitan dengan sistim kontrol hidrolik untuk
menggerakkan bajak mole dilakukan dengan dua tahapan, yaitu tahap pertama
penelitian indoor terdiri (a) melakukan kajian dan perancangan serta pembuatan
kontruksi dudukan bajak mole, mekanik hidrolik meliputi penentuan analis
kebutuhan kapasitas motor listrik, analisis kebutuhan pompa hidrolik, analisis
kebutuhan
silinder hidrolik serta komponen pendukungnnya pada skala
laboratorium. (b) menerapkan sistim mikrokontroller Arduino ATMega 328,
untuk mengatur bukaan valve selonoid sehingga dapat mengendalikan tekanan
dan aliran minyak hidrolik. (c) melakukan pengujian laboratorium hingga
memperoleh respon waktu (t) terhadap tekanan silinder hidrolik (p), dan respon
waktu (t) terhadap kecepatan (v) silinder hidrolik untuk mencapai kedalaman 40
cm, pada bukaan valve yang bervariasi, mulai dari 15 o hingga 90 o.
Metode penelitian tahap kedua out door, meliputi (a) melakukan
perancangan dan pembuatan kontruksi meliputi jenis material dan gambar
kontruksi untuk meletakkan silinder hidrolik dan bajak mole, agar dapat
digandengkan dan ditarik oleh traktor, (b) melakukan pemasangan alat sistim
kontrol hidrolik (hasil pengujian in door), meliputi pemasangan sensor pengirim
sinyal disisi lapangan, dan pemasangan sensor penerima yang berada pada
traktor, serta memasang panel sistem kontrol. (c) mengukur profil permukaan
tanah (lahan pertanian) yang akan dijadikan tempat jalur traktor, saat menarik
bajak mole, dan (d) melakukan pembuatan saluran drainase menggunakan bajak
mole, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2 %, (e) serta mengukur hasil kedalaman
bajak mole menggunakan sensor ultrasonic.
Penjelasan penelitian tahap satu terdiri dari sistem hidrolik sebagai penggerak
bajak mole. Sistem hidrolik bajak mole dibuat dengan tujuan menghasilkan data
awal pengujian, meliputi tekanan hidrolik saat digunakan untuk uji tarik dan uji
tekan terhadap pegas, dan waktu yang diperlukan untuk mencapai tekanan
maksimum pada beberapa sudut bukaan pressure valve yang berbeda, serta daya
listrik yang digunakan oleh motor untuk menggerakan pompa hidrolik.
Diharapkan hasil data awal tersebut dapat digunakan sebagai acuan dasar untuk
menerapkan sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole untuk diaplikasikan
membuat saluran drainase. Kegiatan penelitian diawali dengan pembuatan meja
untuk tempat menyimpan motor dan pompa hidrolik, beserta tangki minyak
hidrolik. Meja dibuat dengan ukuran tinggi 80 cm, lebar 40 cm dan panjang 60
cm. Untuk meletakkan silinder hidrolik dibuat tiang berbentuk seperi gawang,
menggunakan besi H (10x10) cm dengan tinggi 180 cm. Posisi hidrolik dipasang
pada bagian atas tiang penyangga, dan untuk menarik bajak mole torak piston
hidrolik dilopel dengan dua buah besi bulat, dan pada bagian sisi tiang dipasang
alat ukur rekaman kekuatan tarik dan alat ukur waktu yang terekan dalam bentuk
angka digital. Meja berfungsi tempat meletakkan motor listrik, pompa hidrolik,
valve, dan silinder.
Pengukuran uji tarik dan uji tekan dilakukan secara manual dengan cara
membuka pressure valve yang terdapat pada selonoid, untuk mengatur tekanan
hidrolik. Pressure valve dibuka mulai posisi 15 o, 30o, 45o, 60o, 75o dan 90o .
Sebagai beban digunakan sebuh pegas kereta api.
Pengukuran jarak
menggunakan sensor jarak yang terekam didalam rekorder, dan pengukuran
tekanan hidrolik menggunakan alat ukur pressure gate meter. Parameter yang
diamati meliputi hubungan antara tekanan hidrolik terhadap panjang pegas setelah
ditarik dan ditekan, hubungan tekanan hidrolik terhadap daya listrik yang
diperlukan, serta hubungan waktu respon hidrolik terhadap perubahan jarak pegas
saat ditarik dan ditekan.
Proses pengujian dilakukan dengan dua keadaan, yaitu keadaan hidrolik
digunakan sebagai penekan, dan sebagai penarik. Sebagai beban yang ditekan dan
di tarik menggunakan satu (1) set pegas kereta api. Data spesifikasi pegas yang
digunakan diperlihatkan pada Lampiran 3. Proses pengujian tekan dilakukan
dengan memasang bajak mole secara seri dengan pegas, kemudian diberikan
tekanan pada hidrolik mulai terkecil 0 N/m2 hingga 6,897 kN/m2. Proses
pengujian tarik dilakukan dengan memasang bagian ujung bawah pegas pada plat
penjepit dan bagian ujung atas dihubungkan dengan bajak mole. Untuk mengatur
kecepatan aliran fluida digunakan selonoid, yang dapat dibuka atau ditutup valve
secara manual, mulai bukaan valve 15o hingga 90o
Hasil pengukuran dan pengujian, hubungan antara tekanan hidrolik pada
bukaan pressure valve mulai 15 o hingga 90o, hubungan antara tekanan hidrolik
dan jarak pegas baik ditarik atau ditekan dan hubungan antara daya listrik dan
tekanan hidrolik tetap sama. Besar tekanan hidrolik yang diperlukan sebesar 4,310
kN/m2, dengan jarak 26.4 cm, serta daya listrik yang dibutuhkan sebesar 5,177
Watt. Kecepatan respon terbaik berada pada bukaan pressure valve 90 o dengan
tekanan hidrolik 5,241 kN/m2, waktu yang diperlukan untuk mencapai tekanan
selama 1.02 detik, dengan jarak 23.6 cm, dan tekanan yang digunakan untuk
menarik pegas sebesar 4,276 kN/m2, pada jarak pegas 73.8 cm serta daya listrik
yang dibutuhkan sebesar 5,200 watt
Masih dalam penelitian tahap pertama, dilakukan perancangan dan
karakteristik respon sistem kontrol elektronik pada sistem hidrolik sebagai
penggerak bajak mole, yang merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya.
Tujuan penelitian yang diharapkan dapat memperoleh bentuk karakteristik
respon motor stepper ketika menggerakan tuas pressure valve untuk membuka
dan menututup, mulai bukaan 15o hingga 90o, dan memperoleh prosentase
kesalahan yang terjadi antara analisis terhadap bukaan pressure valve. Metode
penelitian sama halnya dengan metode sistem hidrolik sebagai penggerak bajak
mole. Sebagai pembeda penelitian adalah bagian pendukung utama sistem
kontrol hidrolik ditambahkan motor stepper, selonoid dan mikrokontroller dan
sesnsor ultrasonic.
Pengujian khususnya dilakukan untuk mengetahui
karakteristik respon sistem kontrol elektronik dan motor stepper terhadap waktu
untuk membuka pressure valve, mulai bukaan valve 15o, 30o, 45o,60o,75o dan 90o.
Mengacu hasil penelitian saat pressure valve dibuka secara manual 90 o,
respon waktu yang diperlukan 1.02 detik untuk mencapai jarak 23.8 cm. Ketika
motor stepper dipasang sebagai pengganti secara manual menjadi otomatis
menggunakan mikrokontroller, respon motor stepper sangat lambat yaitu 2.98
detik, hal ini berakibat memperlambat bukaan pressur valve , sehingga untuk
pengujian lapangan penggunaan bajak mole, motor stepper tidak layak untuk
digunakan, karena respon waktu yang lambat. Makin besar sudut bukaan pressure
kontrol valve waktu yang diperlukan semakin lama, begitu pula pada hal
sebaliknya.
Penelitian tahap kedua diawali dengan mendesain dan pengujian transmitter
dan reciever sebagai input mikrokontroller untuk menggerakaan hidrolik. Tujuan
penelitian yang ingin dicapai mengahasilkan desain sistem transmitter dan reciver,
serta memperoleh hasil pengujian alat tersebut untuk digunakan sebagai input data
mikrokontroller untuk mengendalikan pergerak hidrolik. Metode penelitian
dilakukan dengan pembuatan rangkaian pemancar (transmitter) terdiri dari
rangkaian asatble multi fibrator, transistor chooper dan sinar green laser.
Rangkaian penerima (reciver) terdiri dari sensor cahaya photodiode, rangkaian
pass filter dan penguat sinyal, rangkaian inverter dan nand, serta mikrokontrroler
dan pemograman.
Rangkaian transmitter terdiri IC 555 bekerja dengan tegangan + 5 volt dc
hingga +12 volt dc, frekuensi 1,206 Hz yang dapat ditentukan dengan melalui
konfigurasi RC pada multivibrator asbil IC NE555, serta transistor chopper,
besarnya level puncak positif dan puncak negatif pada pulsa yang digunakan
untuk menggerakan sinar green laser tersebut dapat diatur dengan mengatur
potensiometer R3. Berdasarkan hasil penelitian uji laboratorim, Rangkaian
transmitter terdiri dari sinar green laser yang akan digunakan sebagai inputan
sensor photodiode dimodifikasi dengan menambahkan rangkaian astable multy
vibrator dan rangkaian transistor chopper, hingga dihasilkan frekuensi 1,206 Hz,
dan jarak sinyal maksimal yang dapat dikirim sejauh 50 meter.
Rangkaian receiver terdiri dari sensor photodiode masih dipengenaruhi oleh
cahaya yang ada dilokasi, sehingga dibuat filterisasi, dengan cara memasang
pass filter dengan frekuensi cutting 600 Hz. Output sinyal dari filter masih lemah
sehingga dilakukan penguatan hingga 10 kali dengan menambahkan rangkaian
penguat Op-Amp, sehingga tegangan yang dihasilkan untuk penguat sinyal mulai
3,200 mV hingga 4,500 mV pada jarak 50 meter. Output sinyal dari penguat
diteruskan ke inverter untuk membalik nilai keadaan dari 1 ke 0 atau sebaliknya,
sehingga dapat digunakan oleh nand gate, sebagai inputan mikrokontrroller, yang
akan digunakan untuk mengendalikan kerja dua unit relay.
Penelitian selanjutnya pembuatan saluran drainase bajak mole pada lahan
pertanian bertujuan untuk membuang kelebihan kadar air pada tanah, yang dapat
menyebabkan kerusakan bahkan kematian pada beberapa jenis tanaman. Tujuan
yang ingin dicapai (a) menghasilkan rancangan alat berupa sistem kontrol
terprogram untuk menggerakan silinder hidrolik sebagai penggerak bajak mole,
(b) memperoleh sudut kemiringan saluran drainase 0%, 0.1% dan 0.2 % pada
kedalaman tertentu.
Metode yang dilakukan penentuan lintasan traktor, dilakukan dengan
pengukuran lahan pertanian yang akan digunakan untuk pembuatan saluran
drainase menggunakan bajak mole. Panjang lahan yang digunakan 30 meter dan
lebar 24 meter. Kemudian lebar lahan dibagi menjadi 16 lintasan untuk jalur
traktor. Jarak setiap lintasan yang akan dilalui oleh traktor adalah 1,5 meter.
Pengaturan lintasan dilakukan dengan membagi
lintasan A, B, C dan D
digunakan pembuatan saluran drainase tanpa menggunakan sistem kontrol.
Lintasan E, F, G dan H digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0%,
lintasan I, J, K, dan L digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0.1% dan
lintasan M, N, O dan P digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0.2 %,
menggunakan sistem kontrol. Sebelum pembuatan saluran drainase dilakukan
pengukuran profil permukaan tanah. Penentuan lintasan dilakukan untuk
menentukan jalur traktor. Setiap lintasan berjarak 1.5 meter. Hal ini dilakukan
agar lintasan yang sudah diolah tidak tergilas oleh roda traktor. Lebar roda traktor
bagian belakang 1.5 meter. Ketika jalur A telah selesai diolah , traktor akan
berpindah kejalur B, maka posisi ban roda sebelah kanan akan menempati posisi
roda ban sebelah kiri.
Hasil uji lapangan elevasi bajak mole tanpa menggunakan kontroller, pada
lintasan A, B, C dan D setpoin yang dinginkan tidak tercapai, karena bajak mole
mengikuti profil permukaan tanah, besar simpangan rata-rata yang terjadi antara
setpoin dengan posisi bajak mole adalah lintasan A 4.19 cm lintasan B 6.13 cm
lintasan C 5.94 cm dan lintasan D 6.88 cm. Hasil pengujian menggunakan
sistem kontrol, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2% profil permukaan tanah
masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika elevasi profil tanah
naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set point yang telah
ditentukan, tetapi masih terdapat simpangan antara setpoin dengan posisi bajak
mole adalah pada lintasan E 1.13 cm lintasan F 0.81 cm lintasan G 1.81 cm
lintasan H 1.75 cm pada lintasan I 1.00 cm, lintasan J 0.49 cm lintasan K 0.25
cm dan lintasan L 0.25 cm. Pada lintasan M 1.25 cm, lintasan N 0.56 cm serta
pada lintasan lintasan O 0.75 cm lintasan P 1.44 cm
Penelitian selanjutnya adalah mengaplikasi sensor ultrasonic dan ATtmega
328 arduino untuk mendeteksi kedalaman bajak mole pada pembuatan saluran
drainase mole.
Tujuan yang ingin dicapai adalah mengasilkan pengukuran
elevasi kedalaman bajak mole secara otomatis serta memperoleh simpangan
antara setpoin bajak mole dengan posisi elevasi kedalaman bajak mole
Metode penelitian melakukan pengukuran lahan pertanian yang akan
digunakan untuk pembuatan saluran drainase menggunakan bajak mole. Panjang
lahan yang digunakan 30 meter dan lebar 6 meter. Kemudian lebar lahan dibagi
menjadi 4 lintasan untuk jalur traktor. Jarak setiap lintasan yang akan dilalui oleh
traktor adalah 1,5 meter. Pengaturan lintasan terdiri lintasan M, N, O dan P.
Kemiringan bajak mole diatur sebesar 0,2 %, menggunakan sistem kontrol.
Sebelum pembuatan saluran drainase dilakukan pengukuran profil permukaan
tanah.
Pembuatan drainase mole dilakukan dengan cara mengaktifkan tuas
hidrolik traktor sepanjang lintasan. Langkah awal traktor digerakan maju, pada
saat bersamaan bajak mole ditekan masuk ke dalam tanah sedalam 20 cm.
Kemudian traktor berhenti pada posisi titik awal pengukuran. Pembuatan drainase
mole dilakukan pada empat pengujian. Lintasan M, N, O dan P digunakan pada
sudut 0.2 %. Pengaturan kemiringan saluran drainase menggunakan hidrolik
traktor dengan cara melakukan setting kemiringan pada program system kontrol,
hingga diperoleh sudut kemiringan saluran draenase.
Pengukuran kedalaman bajak mole menggunakan sensor ultrasonic. Sensor
ultrasonic dipasang secara permanen tidak bergerak, sementara objek yang
bergerak berupa plat besi yang dipasang secara pararel dengan torak hidrolik.
Ketika torak silinder hidrolik digunakan untuk menekan atau menarik bajak mole,
maka plat besi ikut bergerak, dan pergerakan tersebut dideteksi oleh sensor, hasil
pembacaan sensor dikirim ke mikrokontroller Arduino, dan dapat dibaca secara
langsung pada computer.
Mengacu hasil pengujian menggunakan sistem kontrol, pada kemiringan 0.2%,
profil permukaan tanah masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika
elevasi profil tanah naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set poin
yang telah ditentukan. Sensor jarak menggunakan ultrasonic dapat mendeteksi
kedalaman bajak mole dengan baik, terlihat antara setpoin dengan posisi bajak
mole mempunyai simpangan rata-rata pada lintasan M 1.07 cm lintasan N 1.08
cm, pada lintasan lintasan O 0.5 cm dan lintasan P 0.93 cm.
Hasil penelitian tahap satu dan tahap dua diperoleh (a) rancangan alat sistem
kontrol untuk pengendali sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole, pada
skala laboratorium, terdiri dari rangkaian transmitter, rangkaian reciver, rangkaian
kontroller serta sistem hidrolik telah dibuat, dan diuji lapangan, hasil uji sebagai
berikut, transmitter memancarkan sinyal dalam bentuk sinar green laser sejauh
50 meter, pada frekuensi 1,2 kHz, sensor penerima sinyal sinar green laser
menggunakan photodiode dengan ukuran sensor lebar 10 cm dan panjang 45 cm.
Sinar cahaya yang telah diterima oleh sensor photodiode, masih mendapat
gangguan dari sinar yang ada dilokasi, sehingga dipasang sistem filter
menggunakan pass filter, dengan frekuensi cutting di 600 Hz. Sinyal yang
diterima oleh sensor photodiode masih sangat kecil, berkisar 0.3 hingga 0.45 volt
sehingga harus dilakukan penguatan sinyal Op-Amp menggunakan IC 324,
sebesar 10 kali penguatan, mikrokontroller menggunakan ATMega Arduino 328,
digunakan untuk memerintahkan operasi 2 unit relay yang akan membuka
selonoid valve untuk mengalirkan tekanan hidrolik dari traktor menuju hidrolik
bajak mole. Kekuatan tekanan hidrolik diperoleh pada sudut bukaan 90o pressure
valve 5,241 kN/m2, pada jarak 26.4 cm dengan respont waktu (t) tercepat
mencapai 1.02 detik, dianggap mampu untuk memotong lapisan bawah tanah
hingga kedalaman 40 cm, yang mempunyai kekuatan geser tanah 3,389 kg/cm2.
Kata kunci: bajak mole, kontrol kedalaman, saluran drainase, sensor laser
(c) Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB. Dilarang mengumunkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis ini dalam bentuk apapun tanpa seizin IPB.
DESAIN DAN PENGUJIAN SISTEM KONTROL
KEDALAMAN TERPROGRAM UNTUK MOLE PLOW
M. HARIANSYAH
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk untuk memperoleh
Doktor
pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji luar pada sidang Prof. Dr. Ir. Kudang B. Seminar, M.Sc
tertutup
Dr. Ir. Irmansyah, M.Si
Penguji luar pada sidang Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS
terbuka
Prof. Dr. Ir. Didik Notosudjono, M.Sc
Judul Disertasi
Nama
NPM
: Desain dan Pengujian Sistem Kontrol
Terprogram Untuk Mole Plow
: M. Hariansyah
: F 164090041
Kedalaman
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr
Ketua
Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS
Anggota
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Anggota
Dr. Ir. I. Dewa Made Subrata, M.Agr
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
Tanggal Ujian : 20 Agustus 2014
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc. Agr
Tanggal lulus: 29 Agustus 2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala
karuniaNya sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian berjudul Desain dan Pengujian Sistem Kontrol Kedalaman Terprogram
Untuk Mole Plow.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Radite Praeko Agus
Setiawan., M.Agr, Bapak Prof. Dr. Ir. Asep Sapei., MS, Bapak Dr. Ir. Desrial.,
M.Eng, dan Bapak Dr. Ir. I. Dewa Made Subrata., M.Agr, yang telah banyak
memberi saran, dan kepada Ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian
beserta staf Tata Usaha.
Disamping itu terima kasih juga penulis sampaikan kepada YPIKA
(Yayasan Pendidikan Islam Ibn Khaldun) dan Rektor UIKA (Universitas Ibn
Khaldun Bogor), serta Dekan Fakultas Teknik UIKA Bogor yang telah
memberikan kesempatan untuk izin studi lanjut. Kepada istri dan anak-anakku,
kedua orang tuaku yang telah tulus mendukung dan memberikan doa, serta
kepada semua rekan-rekan yang telah banyak membantu dilapangan.
Semoga apa yang telah bapak dan ibu berikan menjadi catatan terbaik untuk
kegiatan selanjutnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2014
M. Hariansyah.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xxiv
DAFTAR GAMBAR
xxv
DAFTAR LAMPIRAN
xxvii
1
2
3
4
5
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Rumusan Masalah
Pembatasan Masalah
Alternatif Penyelesaian
Manfaat Penelitian
Novelty
SISTEM HIDROLIK SEBAGAI PENGGERAK BAJAK MOLE
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Tujuan Peneliian
Hasil
Pembahasan
Simpulan
PERANCANGAN DAN KARAKTERISTIK RESPON SISTEM
KONTROL ELEKTRONIK
PADA SISTEM HIDROLIK
SEBAGAI PENGGERAK BAJAK MOLE
Pendahuluan
Tujuan Penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
DESAIN DAN PENGUJIAN SISTEM KONTROL HIDROLIK
UNTUK PENGENDALIAN KEDALAMAN BAJAK MOLE
Pendahuluan
Tujuan penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
PEMBUATAN SALURAN DRAINASE MENGGUNAKAN
BAJAK MOLE PADA LAHAN PERTANIAN
Pendahuluan
Tujuan Penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
1
1
2
2
3
4
4
4
4
6
6
10
15
16
16
18
18
25
26
26
27
28
28
37
37
40
40
41
42
47
54
55
6
7
8
APLIKASI SENSOR ULTRASONIC DAN ATEMEGA 328
ARDUINO UNTUK MENDETEKSI KEDALAMAN BAJAK
MOLE PADA PEMBUATAN SALURAN DRAINASE MOLE
Pendahuluan
Tujuan Penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
PEMBAHASAN UMUM
SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
55
57
57
62
64
64
65
69
71
75
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tabel 2.2
Tabel 3.1
Tabel 3.2
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Tabel 4.4
Tabel 4.5
Tabel 5.1
Tabel 5.2
Tabel 5.3
Tabel 5.4
Tabel 5.5
Tabel 5.6
Tabel 5.7
Tabel 5.8
Tabel 5.9
Tabel 5.10
Tabel 6.1
Tabel 6.2
Tabel 7.1
Alat dan bahan penelitian
Hasil pengukuran tekanan hidrolik terpadap pegas
Alat dan bahan penelitian
Kecepatan waktu respon motor dan kontrol valve
Alat dan bahan penelitian
Pengukuran frekuensi rangkaian transmitter
Kuat sinyal transmitter pada jarak yang bervariabel
Pengukuran tegangan sebelum difilter
Pengukuran tegangan sesudah difilter
Alat dan bahan penelitian
Uji Laboratorium
Pergerakan sensor penerima terhadap pergeseran arah
sianr green laser
Hasil Pengujian Fisik dan Mekanik
Hasil pengukuran profil permukaan tanah untuk lintasan
traktor
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole tanpa
kontroller
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole
menggunakan kontroller, dengan kemiringan saluran 0%
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole
menggunakan kontroller, dengan kemiringan saluran 0.1
%
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole
menggunakan kontroller, dengan kemiringan saluran 0.2
%
Simpangan antara set poin dengan posisi elevasi bajak
mole
Pergerakan sensor penerima terhadap pergeseran arah
sianr green laser
Simpangan antara set poin dengan posisi elevasi bajak
mole
7
15
18
26
29
37
37
39
39
42
45
46
Perbandingan simpanganpengukuran kedalaman bajak
mole
69
47
49
49
51
52
53
54
62
64
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 5.1
Gambar 5.2
Gambar 5.3
Rancangan alat penelitian sistem hidrolik untuk uji tarik
dan tekan
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 15o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 30o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 45o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 60o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 75o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 90o
Rancangan alat penelitian pengujian respon motor
stepper
Blok kerja motor stepper
Bentuk kontroler selonoid valve
Blok diagram system kontrol tertutup
Respon waktu kecepatan motor stepper, terhadap
beberapa bukaan sudut selonoid valve
Diagram antarmuka pada mikrokontroler
Blok diagram sistem kontrol hidrolik
Rangkaian astabil multivibrator dengan IC 555
Rangkaian pemancar sinyal green laser
Bentuk grafik panjang gelombang sinar laser
Rangkaian high pass filter
Grafik karakteristik High pass filter (HPF)
Bentuk IC LM 324 Op-Amp
Gabungan rangkaian sensor photodiode, high pass filter
dengan penguat operasional
Bentuk koneksi IC LM 4040 dan IC LM 7430
Blok diagram Sistem Kontrol Hidrolik Bajak mole
Pengukuran frekuensi astable multy vibrator dan
chopper
Pengujian rangkaian penguat tanpa high pass filter
Pengujian rangkaian penguat menggunakan high pass
filter
Rancangan kontruksi dudukan silinder hidrolik dan bajak
mole terhubung traktor
Pembagian lintasan traktor
Pengukuran lahan dan penyiapan patok untuk jalur
traktor
8
11
12
13
13
14
15
19
20
22
22
25
28
29
30
31
32
33
34
34
35
35
36
36
38
39
43
44
44
Gambar 5.4
Gambar 5.5
Gambar 5.6
Gambar 5.7
Gambar 5.8
Gambar 5.9
Gambar 6.1
Gambar 6.2
Gambar 6.3
Gambar 6.4
Gambar 6.5
Gambar 6.6
Gambar 6.7
Gambar 6.8
Gambar 6.9
Gambar 6.10
Gambar 6.11
.
Pengukuan kedalaman olah bajak mole menggunakan
penggaris
Pengukuran kedalaman olah bajak mole dengan cara
digali
Hasil pengukuran elevasi tanpa kontroller
Hasil pengukuran elivasi bajak mole kemiringan 0%
menggunakan kontroller
Hasil pengukuran elivasi bajak mole kemiringan 0.1%
menggunakan kontroller
Hasil pengukuran elivasi bajak mole kemiringan 0.2%
menggunakan kontroller
Rancangan pemasangan sensor ultrasonik
Hubungan rangkaian mikrokontroller deteksi level
dengan mikrokontroller deteksi kedalaman
Bentuk sensor Ultrasonik dan cara kerja sensor
Bentuk diagram waktu SRF 04
Pengukuran lahan dan penyiapan patok untuk jalur
traktor
Pembagian lintasan traktor
Metode pembuatan drainase mole
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan M
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan N
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan O
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan P
46
47
50
51
52
53
57
57
59
59
60
61
61
63
63
63
63
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
Lampiran 4
Lampiran 5
Lampiran 6
Lampiran 7
Lampiran 8
Lampiran 9
Lampiran 10
Lampiran 11
Lampiran 12
Lampiran 13
Lampiran 14
Lampiran 15
Lampiran 16
Lampiran 17
Lampiran 18
Lampiran 19
Lampiran 20
Lampiran 21
Lampiran 22
Lampiran 23
Lampiran 24
Lampiran 25
Lampiran 26
Motor listrik dan pompa hidrolik
Spesifikasi silinder hidrolik
Type haurglass spiral
Spesifikasi motor stepper
Mikrokontroller ATMega arduino 328
Spesifikasi selonoid
Spesifikasi dan LM 555
Spesifikasi sinar green laser
Susunan sensor penerima sinyal photodioda
Spesifikasi IC LM 324
Spesifikasi IC LM 4049
Spesifikasi IC LM 7430
Spesifikasi sensor ultrasonik SRF 04
Algoritma Pemograman Deteksi Level Sensor Saluran
Drainase dan sensor kedalaman bajak mole
Pemograman Deteksi Level Sensor
Program Kendali Kedalaman Bajak
Komunikasi serial antara sensor level dan sensor
kedalaman
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
M
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
N
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
0
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
P
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (Tanpa controller)
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (saluran datar 0% )
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (saluran miring 0.1%)
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (saluran miring 0.2%)
Kontruksi dudukan silinder hidrolik dan bajak mole
76
77
78
70
80
80
81
81
82
84
85
86
87
88
89
91
94
95
109
122
135
147
148
149
150
151
1
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Menurut Ruslan. (2013) alih fungsi lahan pertanian mencapai 60.000 ha/tahun,
sementara pemerintah mengupayakan tahun 2015 Indonesia sudah mampu untuk
melaksanakan swasembada pangan. Untuk mencapai upaya tersebut pemerintah
perlu melakukan pembukaan lahan pertanian yang baru. Pembukaan lahan
pertanian yang baru umumnya berupa lahan kering atau lahan basah yang terletak
di dataran rendah. Pada musim penghujan area pertanian tersebut akan mengalami
kelebihan air. Menurut Adinegara. (2013), lahan pertanian yang mempunyai
tingkat kandungan air yang tinggi, dapat merusak beberapa jenis tanaman, yang
berakibat produksi menurun dan petani menjadi rugi.
Cara mengatasi kelebihan kandungan air pada lahan tersebut dapat dilakukan
dengan membuat saluran darinase menggunakan bajak mole. Menurut Kalsim
(2002), berdasarkan peruntukannya drainase dapat dibagi kedalam empat bagian,
yaitu: (a) drainase lahan pertanian, (b) drainase perkotaan, (c) drainase lapangan
terbang, (d) drainase lapangan olah raga. Berdasarkan sifatnya drainase
diklasifikasikan menjadi drainase alami (natural drainage) dan drainase buatan
(man-made drainage). Berdasarkan sasaran pengendaliannya, drainase dibedakan
menjadi drainase permukaan ( surface drainage ) dan drainase bawah permukaan
(sub-surface drainage). Drainase permukaan menitik beratkan pada pengendalian
genangan air di atas permukaan tanah, sedangakan drainase bawah permukaan
menitik beratkan pada kedalaman air tanah di bawah permukaan tanah.
Drainase bawah permukaan tanah adalah dasar dari kebanyakan pekerjaan
drainase lahan. Salah satu drainase bawah permukaan yang sering diaplikasikan
adalah drainase mole. Drainase mole merupakan metode yang sangat efektif utuk
mendrainase tanah. Drainase mole merupakan saluran bulat yang berada dibawah
permukaan tanah yang dibuat oleh mole plow . Drainase mole akan bekerja baik
pada tanah dengan kandungan mineral tanah liat minimal 30%. Drainase mole
tidak akan baik pada tanah dengan kandugan mineral tanah liat kurang dari 25%
Smart dan Herbertson. (1992). Drainase mole umumnya cocok untuk tanah liat
berat dengan konduktivitas lambat. Tujuan utamanya bukan untuk mengendalikan
kedalaman air tanah yang biasanya sudah cukup dalam, akan tetapi untuk
membuang kelebihan air dari permukaan lahan atau dari lapisan olah yang semula
membentuk suatu parched water table . Air mengalir ke mole melalui celah dan
rekatan-rekatan yang terbentuk dalam pembuatan mole (Kalsim, 2002). Kondisi
yang paling disukai untuk terjadinya moling ketika lapisan kedalaman mole pada
kondisi plastis tetapi tanah diatasnya cukup kering untuk dihancurkan oleh mole
plow . Kemiringan saluran mole ridak dapat dibedakan dari kemiringan
permukaan tanah selama operasi berlangsung. Tergantung dari kesetabilan liat
tanah mole beroperasi pada kedalaman 45 cm sampai 60 cm dibawah permukaan
tanah. Drainase kolektor sebaiknya berjarak sedekat-deketnya 20 m pada liat yang
stabil dan bahkan sampai berjarak 40 m Smart dan Herbertson. (1992). Menurut
Kalsim. (2002), umumnya efektifitas drainase mole ditentukan oleh berbagai
faktor. Faktor-faktor tersebut yaitu sifat tanah yang menentukan stabilitas tanah,
kondisi kelembaban tanah selama konstruksi alat dan metode konstruksi yang
digunakan, kecepatan aliran air dalam saluran mole , dan laju pengendapan pada
2
saluran mole. Kerugian drainase mole adalah saluran tidak disokong, sehingga ada
kemungkinan tertimbun yang kelak harus dibuat lagi pada interval tertentu.
Walaupun demikian drainase mole mempunyai biaya pembuatan yang lebih
murah dan hasilnya lebih efektif daripada sistem closely spaced field drainage
Smart et al. (1992).
Menurut Smart et al. (1992) mole plow mempunyai tiga bagian utama.
Bagian pertama adalah bingkai yang kuat atau beam yang meluncur sepanjang
permukaan luar tanah. Bagian kedua adalah blade yang menempel secara vertikal
pada ujung beam.Tebal blade biasanya adalah 2.54 cm. Blade ini berfungsi
untuk memotong tanah dengan kedalaman maksimum 91.44 cm. Bagian ketiga
berupa batang baja bulat yang panjangnya bervariasi mulai dari 38.1 cm sampai
91.44 cm dan diameternya bervariasi mulai dari 2.54 cm sampai 15.24 cm. Batang
baja bulat ini dinamakan mole yang berfungsi untuk membuat lubang di bawah
tanah. Syarat-syarat mole yang baik dapat diringkas sebagai berikut. Mole harus
dapat menghasilkan 8.89 cm lubang yang bersih dan bundar dengan kedalaman
66.04 cm. Untuk melakukan ini mole harus dipasang dengan baik dengan paralel
pada gagang diatasnya. Diameter minimal mole adalah 7.62 cm, Cooper. (1965).
Lebih lanjut Suharyatun, et al. (2013) telah melakukan penelitian penanaman
palawija di lahan sawah pada akhir musim penghujan, khususnya di tanah
lempung berat, sering dihadapkan pada persoalan waktu tunggu tanam yang cukup
lama. Hal ini disebabkan kandungan lengas tanah dilapisan olah masih sangat
tinggi serta laju penurunan kadar lengas tanah rendah, sehingga kurang sesuai
untuk pertumbuhan awal tanaman palawija. Cara mengatasinya dilakukan dengan
membuat lorong pengatus (kontrol drainage) di atas lapisan keras.
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin diperoleh adalah:
Menghasilkan rancangan sistem kontrol untuk pengendalian silinder hidrolik
sebagai penggerak bajak mole, pada skala laboratorium, menggunakan mikro
kontroler Arduino ATMega 328,
b. Memperoleh hasil penguji sistem kontrol, respon waktu (t) sistem control
untuk mengendalikan tekanan hidrolik,
c. Memperoleh kinerja bajak mole saat digunakan untuk membuat saluran
dainase mole pada kemiringan 0 % hingga 0.2%, kedalaman 20 hingga 40
cm serta memperoleh simpangan antara setpoint dengan posisi elevasi saluran
bajak mole.
a.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan tersebut di atas, diperoleh
perumusan masalah sebagai berikut:
a.
b.
Permukaan tanah tidak selalu datar, sehingga hasil pembuatan drainase mole
secara manual, tidak memberikan hasil yang diharapkan, karena saat bajak
mole ditarik oleh traktor, kedalam dan kemiringan saluran drainase akan
mengikuti profil permukaan tanah.
Proses pembuatan saluran drainase di bawah permukaan tanah pada
kedalaman 20 hingga 40 cm dengan kemiringan 0 %, 0.1 % hingga 0.2 %
3
c.
dapat diperbaki kinerjanya dengan pengontrolan kedalaman bajak berbasis
sinar laser.
Perlu membuat alat sistem kontrol hidrolik sebagai penggerak bajak mole,
berdasarkan sensor ketinggian profil tanah yang dilalui oleh traktor.
Pembatasan Masalah
Berdasarkan perumusan masalah perlu mene
KEDALAMAN TERPROGRAM UNTUK MOLE PLOW
M. HARIANSYAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Desain dan Pengujian
Sistem Kontrol Kedalaman Terprogram Untuk Mole Plow adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang telah diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir disertasi ini.
Bogor, Juli 2014
M. Hariansyah
NIM F164090041
SUMMARY
M. HARIANSYAH. Design and Testing of Depth-Programming Control
System for Mole Plow. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
ASEP SAPEI. DESRIAL and I. DEWA MADE SUBRATA.
It has been known that land use changes of agricultural land have reached
up to 60.000 ha/year. In order to achieve food self-sufficiency in 2015, Indonesia
government needs to open new farming land. Generally, a new opened-land are a
dry or wet land which locate in low land area. This areas are susceptible to excess
of water during wet season. Water excess in agricultural land could damage the
plants which leading to production loses and financial loses for farmers.
Drainage channel should be created to discharge water excess occurred in
agricultural land. A mole plough could be an alternative to create the drainage
channel. Ussualy, the mole plough is pulled by four wheels tractor through three
point hitch. Problem arises on how to create the drainage channel slope at 0% to
0.2% of the total length to facilitate water flowing over to the irrigation channel.
Therefore, a design and testing of depth-programming control system to control
the ploughing depth and the slope of drainage channel should be developed.
The objectives of this research were to: (a) develop control system used as
hydraulic cylinder actuator to move the mole plough on a laboratory scale using
Arduino ATMega 328 micro-controller, (b) obtain the testing result of control
system, response time (t) of control system to control the hydraulic pressure, and
(c) obtain the mole plough operation performance at 0% to 0.2% slope refresented
20-40 cm depth and obtain error between set-point and the channel‟s elevation
position created by mole plough.
The development of control system on hydraulic-driven mole plough was
carried out in two stages. The first stage consisted of: (a) conducted a study,
designed and constructed the mole plough holder and the mechanical system of
hydraulic which consisted of analyzing the capacity required by electric motor,
analyzing the hydraulic pump needs, analyzing the hydraulic cylinder needs and
its supporting components at laboratory scale; (b) applied Arduino ATMega 328
microcontroller system to control the solenoid valve opening for controlling the
hydraulic pressure and oil flow; (c) conducted laboratory testing to obtain the
time response (t), toward the hydraulic cylinder pressure (p), and time response
(t) toward the hydraulic cylinder velocity (v) to reach ploughing depth at 40 cm
and various valve opening angle ranging from 15o to 90 o.
The second stage as called as outdoor experiment consisted of: (a)
designed and constructed the mole plough including determining the material,
construction drawing to put the hydraulic cylinder and mole plough to be mounted
and pulled by tractor; (b) installing the hydraulic control system device as a result
of indoor experiment including installation of signal transmitter sensor in the
field, installation of signal receiver sensor on tractor and installation of control
system panel; (c) measuring the site soil surface profile which used for the
movement of mole plough pulled by the tractor; (d) created drainage channel
using mole plough at 0%, 0.1% and 0.2 % slope; (e) measuring the ploughing
depth using ultrasound sensor.
At the first stage, the mole plough was driven by the hydraulic system. The
design of hydraulic-driven mole plough system was aimed to obtain preliminary
data test including the hydraulic pressure during the spring push and pull testing,
and time required to reach maximum pressure at different valve opening angle,
and electrical power of the motor to operate the hydraulic pump. It was expected
that this preliminary data could be used as reference to apply the hydraulic pump
to operate the mole plough in order to create drainage channel. The research
activities began with manufacturing a table to place the motor, hydraulic pump
and hydraulic oil tank. Table was made with 80 cm height, 40 cm width and 60
cm length. A gate-made pole with H iron type sized of 10 x 10 cm and 180 cm
height was created to place the hydraulic cylinder. The hydraulic was installed at
the upper side of pillar. The hydraulic piston was coupled with two rounded irons
to draw the mole plough. Digital-pull force and time recording were installed at
the pole side. Table was used to place the electrical motor, hydraulic pump, valve
and cylinder.
The measurement of push and pull test was conducted manually by
opening the pressure valve located at solenoid to control the hydraulic pressure.
Pressure valve was opened at 15o, 30o, 45o, 60o, 75o and 90o position. Distance
was measured using distance sensor which recorded in recorder. Hydraulic
pressure was measured using pressure gate meter. The observed parameter
consisted of correlation between hydraulic pressure and the spring length after
pulled and pushed test, correlation between hydraulic pressure and required
electrical power, and correlation between hydraulic time response and spring
distance changes after pushed and pulled test.
Testing was measured in two conditions i.e. hydraulic used for push and
pull action. Pushing test was carried out by installing the mole plough in series
with a spring and pushed by hydraulic with a pressure ranged from 0 N/m2 to
6,897 kN/m2. Pulling test was carried out by installing the lower end of the spring
to the clamp plate and the upper end to the mole plough. Solenoid was used to
control the fluid flow rate. Solenoid was manually opened and closed by the valve
opening at 15o to 90o.
According to the result of measurement and testing, the correlation
between hydraulic pressure at valve opening 15o to 90o, correlation between
hydraulic pressure and the spring length after pulled and pushed test, correlation
between hydraulic pressure and required electrical power was similar. The
magnitude of required hydraulic pressure was 4,310 kN/m2 with distance 26.4 cm,
and the required electrical power was 5,177 Watt. The best time response
occurred at valve opening angle 90o with hydraulic pressure 5,241 kN/m2,
required time to achieve the pressure was 1.02 second with distance 23.6 cm. The
pressure used to pull the spring was 4,276 kN/m2 at the distance of the spring was
73.8 cm and the required electrical power was 5,200 Watt.
Still at the first stage, an experiment to design and determine the
characteristic of response of electronic control system on hydraulic-driven mole
plough was also conducted. This experiment aimed to obtain the response
characteristic of stepper motor when activating the pressure valve to open the
valve control at range of 15o to 90o and also to obtain the error magnitude between
the analysis against the pressure valve opening. The method used in this
experiment was similar to the method used in the electronic system on hydraulic-
driven mole plough. The differences laid on the uses of motor stepper, solenoid,
microcontroller and ultrasonic sensor as the main supporting part of the hydraulic
control system. A particular testing was carried out to determine the response
characteristic of electronic control system and motor stepper toward the required
time to open the pressure valve at 15o, 30o, 45o,60o,75o and 90o valve opening
angle.
According to the result when the pressure valve was manually opened at
o
90 , the response time was 1.02 second at 23.8 cm stacke or displacement. When
stepper motor was installed as substitution from manual to automatic using
microcontroller, the response of stepper motor became very slow i.e. 2.98 second
which slowing the pressure valve opening. Therefore, stepper motor was not
feasible tobe used for mole plough test in the field. Larger opening angle of the
pressure valve caused longer time response, and vice-versa.
The second stage of the research was started by designing and testing the
transmitter and receiver as input for microcontroller to actuate the hydraulic. The
objective of this stage was to obtain the design of transmitter and receiver system
and obtain data as input for microcontroller to actuate the hydraulic. The research
was carried out by designing transmitter circuit from astable multi vibrator,
photodiode light, chooper transistor and green laser beam. The receiver circuit
was designed from photodiode light sensor, pass filter, signal amplifier, inverter
and nand-gate, as well as microcontroller and program.
IC Oscilator IC 555 run with voltage ranging from + 5 volt dc to +12
volt dc and frequency of 1,206 Hz was set through RC configuration at astable
multi vibrator IC NE 555 and chopper transistor. The level of positive and
negative peak of pulse which used to move the green laser beam was controlled
through potentiometer R3. According to the laboratory testing result, transmitter
consisted of green laser beam which used as input for photodiode sensor which
modified by adding astable multi vibrator and chooper transistor to obtain
frequency 1,206 Hz and the maximum signal that could be transmitted was 50 m.
Receiver circuit which consisted of photodiode sensor was still influenced
by light surrounding the location. Therefore, high pass filter was used and cutoff
frequency was 600 Hz. The output signal which generated from high pass filter
was still weak. Thus, signal was amplified 10 times by applying amplifier circuit
Op-Amp which increased the voltage from 3,200 mV to 4,500 mV at 50 m
distance. The output signal from amplifier was then transmitted to inverter to
convert 1 to 0 or vice-versa that can be used by nand-gate as input for
microcontroller to control the two units of relay.
The next stage was creating the drainage channel using mole plough in
agricultural land which aimed to discharge water excess that can damage plants.
The objective of this stage was to (a) develop programmable control system
device used as hydraulic cylinder actuator to move the mole plough, (b) create
drainage channel with 0%, 0.1% and 0.2 % slope at certain depth.
An agricultural land was used as the field site of this experiment which
then divided into several tracks to create the drainage channel. The field was 30
meter length and 24 meter width which divided into 12 tracks for tractor
movement. The track was created for tractor movement with distance among
tracks was 1,5 m to avoid crossing-over. The width of rear wheel was 1,5 m. After
completing the works at A track, tractor then moved to B track. This position
rotated the right-wheel side into the left-hand side of the tractor. Track number A,
B, C and D were used to create drainage channel without control system. Track
number E, F, G, and H were used to create drainage channel at slope 0% using
control system. Track number I, J, K and L were used to create drainage channel
at slope 0.1% using control system. Track number M, N, O and P were used to
create drainage channel at slope 0.2 % using control system. The profile of the
soil surface was conducted prior creating the drainage channel.
The result on elevation test without controller at A, B, C and D track
showed that set-point was not achieved. This could be due to the mole plough
followed the soil surface profile. The deviation magnitude occurred between the
set-point and the actual position of the mole plough was 4.19 cm , 6.13 cm, 5.94
cm, 6.88 cm at A, B, C, and D track, respectively. The result on elevation test
using controller showed that at 0%, 0.1% and 0.2% slope, could be the position of
the mole plough was maintained close to the designed set-point. However, a
deviation between designed set-point and mole plough position still occurred. The
deviation magnitude of each tracks was as follow: 1.00 cm, at E track 1.13 cm at F
track 0.81 cm at G track 3.06 cm, at H track 1.75 cm, at I track 1,00 cm at J
track 0.49 cm, at K track 0.25 cm, at L track 0.25 cm, at M track 1.25 cm, at N
track 0.56 cm at O track 0.75 cm, and 1.44 cm at P track.
The next stage was to apply ultrasonic sensor and ATMega 328 arduino to
detect the ploughing depth. The objective of this stage was to develop automatic
ploughing depth elevation measurement, and gain the deviation magnitude
resulted from set-point and ploughing depth elevation position.
The first stage on this experiment was to measure the field site which was
designed to create drainage channel using mole plough. The test area was 30 m
length and 6 m width. The width side was divided into 4 tractor‟s tracks i.e. M, N,
O and P. Each track was 1.5 m. The elevation of mole plough was set at 0.2%
using control system. Measuring profile of soil surface was carried out prior
creating the drainage channel. Mole drainage channel was created by activating
the tractor‟s hydraulic lever alongside the track. As the tractor moved forward, the
mole plough was pulled up to 20 cm depth of soil and then stop at the initial
measurement point. Drainage channel was created at four testing tracks i.e. M, N,
O and P with 0.2% slope. The slope of drainage channel was controlled using
hydraulic tractor by activating the hydraulic lever to obtain the desired slope
angle.
The measurement of ploughing depth was conducted by ultrasonic sensor
which is attached to mole plow frame. The sensor sensed moving object (iron
plat) that was attached to the sip of the hydraulic cylinder (moving part). As
cylinder piston pushed or pulled the mole plough, the iron plat eventually moved.
This movement was detected by sensor and the information was sent into Arduino
micro-controller which the result could be directly read at the computer.
Referring to the research result using control system at 0.2% slope showed
that the profile of soil surface still influenced the ploughing depth position. When
the elevation of soil surface increased, the position of mole plough was
maintained close to the specified set-point. Ultrasonic distance sensor was
appropriate to detect the ploughing depth. The deviation magnitude between setpoint and mole plough position occurred at M, N, O and P tracks was 1.07cm,
1.93 cm, 1.54 cm and 1.03 cm respectively.
The first and second stage of the research resulted: (a) electronic control
system on hydraulic-driven mole plough at laboratory scale which consisted of
transmitter, receiver, hydraulic control system. The testing result was: green laser
beam was transmitted for 50 m distance at frequency 1,206 Hz. Green laser beam
receiver used photodiode with the sensor length and width was 45 cm and 10 cm,
respectively. Light beam that received by receiver was still influenced by noise
from light surrounding the location. Therefore, high pass filter was applied and
cutoff frequency was 600 Hz. The output signal which generated from high pass
filter was still weak ranging from 0,3 to 0,45 Volt. Thus, signal was amplified 10
times by applying amplifier circuit Op-Amp using IC 324, microcontroller using
ATMega Arduino 328 which used to control the solenoid valve opening from 2
units relay to transfer hydraulic pressure from tractor to the hydraulic in the mole
plough. Hydraulic pressure at 90o valve opening and 26.4 cm with the fastest time
response (t) 1,02 second was considered able to cut the subsoil to a depth of 40
cm, which had a shear strength of 3,389 kg/cm2.
Keywords: mole plough, depth control, drainage channel, laser sensor
RINGKASAN
M. HARIANSYAH. Desain Dan Pengujian Sistem Kontrol Kedalaman
Terprogram Untuk Mole Plow. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS
SETIAWAN. ASEP SAPEI. DESRIAL dan I. DEWA MADE SUBRATA.
Alih fungsi lahan pertanian mencapai 60.000 ha/tahun, sementara
pemerintah mengupayakan tahun 2015 Indonesia sudah mampu untuk
melaksanakan swasembada pangan. Untuk mencapai upaya tersebut pemerintah
perlu melakukan pembukaan lahan pertanian yang baru. Pembukaan lahan
pertanian yang baru umumnya berupa lahan kering atau lahan basah yang terletak
di dataran rendah. Pada musim penghujan area pertanian tersebut akan mengalami
kelebihan air. Lahan pertanian yang mempunyai tingkat kandungan air yang
tinggi, dapat merusak beberapa jenis tanaman, yang berakibat produksi menurun
dan petani menjadi rugi.
Cara mengatasi kelebihan kandungan air pada lahan tersebut dapat dilakukan
dengan membuat saluran drainase menggunakan bajak mole. Bajak mole ditarik
menggunakan traktor empat roda, menggunakan tiga titik gandeng. Permasalahan
yang perlu dilakukan bagaimana cara membuat kemiringan saluran drainase
mulai 0 % hingga 0.2 % dari panjang lahan agar air dapat mengalir, menuju
saluran irigasi. Sehingga diperlukan desain dan pengujian system control
kedalaman terprogram untuk mengendalikan kedalaman bajak mole, dan
kemiringan saluran drainase.
Tujuan yang ingin diperoleh adalah (a) menghasilkan rancangan sistem
kontrol untuk pengendalian silinder hidrolik sebagai penggerak bajak mole,
pada skala laboratorium, menggunakan mikro kontroller Arduino ATMega 328,
(b) memperoleh hasil penguji sistem kontrol, respon waktu (t) sistem control
untuk mengendalikan tekanan hidrolik, dan (c) memperoleh kinerja bajak mole
saat digunakan untuk membuat saluran dainase mole pada kemiringan 0 % hingga
0.2%, kedalaman 20 hingga 40 cm serta memperoleh simpangan antara setpoint
dengan posisi elevasi saluran bajak mole.
Metode yang dilakukan terkaitan dengan sistim kontrol hidrolik untuk
menggerakkan bajak mole dilakukan dengan dua tahapan, yaitu tahap pertama
penelitian indoor terdiri (a) melakukan kajian dan perancangan serta pembuatan
kontruksi dudukan bajak mole, mekanik hidrolik meliputi penentuan analis
kebutuhan kapasitas motor listrik, analisis kebutuhan pompa hidrolik, analisis
kebutuhan
silinder hidrolik serta komponen pendukungnnya pada skala
laboratorium. (b) menerapkan sistim mikrokontroller Arduino ATMega 328,
untuk mengatur bukaan valve selonoid sehingga dapat mengendalikan tekanan
dan aliran minyak hidrolik. (c) melakukan pengujian laboratorium hingga
memperoleh respon waktu (t) terhadap tekanan silinder hidrolik (p), dan respon
waktu (t) terhadap kecepatan (v) silinder hidrolik untuk mencapai kedalaman 40
cm, pada bukaan valve yang bervariasi, mulai dari 15 o hingga 90 o.
Metode penelitian tahap kedua out door, meliputi (a) melakukan
perancangan dan pembuatan kontruksi meliputi jenis material dan gambar
kontruksi untuk meletakkan silinder hidrolik dan bajak mole, agar dapat
digandengkan dan ditarik oleh traktor, (b) melakukan pemasangan alat sistim
kontrol hidrolik (hasil pengujian in door), meliputi pemasangan sensor pengirim
sinyal disisi lapangan, dan pemasangan sensor penerima yang berada pada
traktor, serta memasang panel sistem kontrol. (c) mengukur profil permukaan
tanah (lahan pertanian) yang akan dijadikan tempat jalur traktor, saat menarik
bajak mole, dan (d) melakukan pembuatan saluran drainase menggunakan bajak
mole, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2 %, (e) serta mengukur hasil kedalaman
bajak mole menggunakan sensor ultrasonic.
Penjelasan penelitian tahap satu terdiri dari sistem hidrolik sebagai penggerak
bajak mole. Sistem hidrolik bajak mole dibuat dengan tujuan menghasilkan data
awal pengujian, meliputi tekanan hidrolik saat digunakan untuk uji tarik dan uji
tekan terhadap pegas, dan waktu yang diperlukan untuk mencapai tekanan
maksimum pada beberapa sudut bukaan pressure valve yang berbeda, serta daya
listrik yang digunakan oleh motor untuk menggerakan pompa hidrolik.
Diharapkan hasil data awal tersebut dapat digunakan sebagai acuan dasar untuk
menerapkan sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole untuk diaplikasikan
membuat saluran drainase. Kegiatan penelitian diawali dengan pembuatan meja
untuk tempat menyimpan motor dan pompa hidrolik, beserta tangki minyak
hidrolik. Meja dibuat dengan ukuran tinggi 80 cm, lebar 40 cm dan panjang 60
cm. Untuk meletakkan silinder hidrolik dibuat tiang berbentuk seperi gawang,
menggunakan besi H (10x10) cm dengan tinggi 180 cm. Posisi hidrolik dipasang
pada bagian atas tiang penyangga, dan untuk menarik bajak mole torak piston
hidrolik dilopel dengan dua buah besi bulat, dan pada bagian sisi tiang dipasang
alat ukur rekaman kekuatan tarik dan alat ukur waktu yang terekan dalam bentuk
angka digital. Meja berfungsi tempat meletakkan motor listrik, pompa hidrolik,
valve, dan silinder.
Pengukuran uji tarik dan uji tekan dilakukan secara manual dengan cara
membuka pressure valve yang terdapat pada selonoid, untuk mengatur tekanan
hidrolik. Pressure valve dibuka mulai posisi 15 o, 30o, 45o, 60o, 75o dan 90o .
Sebagai beban digunakan sebuh pegas kereta api.
Pengukuran jarak
menggunakan sensor jarak yang terekam didalam rekorder, dan pengukuran
tekanan hidrolik menggunakan alat ukur pressure gate meter. Parameter yang
diamati meliputi hubungan antara tekanan hidrolik terhadap panjang pegas setelah
ditarik dan ditekan, hubungan tekanan hidrolik terhadap daya listrik yang
diperlukan, serta hubungan waktu respon hidrolik terhadap perubahan jarak pegas
saat ditarik dan ditekan.
Proses pengujian dilakukan dengan dua keadaan, yaitu keadaan hidrolik
digunakan sebagai penekan, dan sebagai penarik. Sebagai beban yang ditekan dan
di tarik menggunakan satu (1) set pegas kereta api. Data spesifikasi pegas yang
digunakan diperlihatkan pada Lampiran 3. Proses pengujian tekan dilakukan
dengan memasang bajak mole secara seri dengan pegas, kemudian diberikan
tekanan pada hidrolik mulai terkecil 0 N/m2 hingga 6,897 kN/m2. Proses
pengujian tarik dilakukan dengan memasang bagian ujung bawah pegas pada plat
penjepit dan bagian ujung atas dihubungkan dengan bajak mole. Untuk mengatur
kecepatan aliran fluida digunakan selonoid, yang dapat dibuka atau ditutup valve
secara manual, mulai bukaan valve 15o hingga 90o
Hasil pengukuran dan pengujian, hubungan antara tekanan hidrolik pada
bukaan pressure valve mulai 15 o hingga 90o, hubungan antara tekanan hidrolik
dan jarak pegas baik ditarik atau ditekan dan hubungan antara daya listrik dan
tekanan hidrolik tetap sama. Besar tekanan hidrolik yang diperlukan sebesar 4,310
kN/m2, dengan jarak 26.4 cm, serta daya listrik yang dibutuhkan sebesar 5,177
Watt. Kecepatan respon terbaik berada pada bukaan pressure valve 90 o dengan
tekanan hidrolik 5,241 kN/m2, waktu yang diperlukan untuk mencapai tekanan
selama 1.02 detik, dengan jarak 23.6 cm, dan tekanan yang digunakan untuk
menarik pegas sebesar 4,276 kN/m2, pada jarak pegas 73.8 cm serta daya listrik
yang dibutuhkan sebesar 5,200 watt
Masih dalam penelitian tahap pertama, dilakukan perancangan dan
karakteristik respon sistem kontrol elektronik pada sistem hidrolik sebagai
penggerak bajak mole, yang merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya.
Tujuan penelitian yang diharapkan dapat memperoleh bentuk karakteristik
respon motor stepper ketika menggerakan tuas pressure valve untuk membuka
dan menututup, mulai bukaan 15o hingga 90o, dan memperoleh prosentase
kesalahan yang terjadi antara analisis terhadap bukaan pressure valve. Metode
penelitian sama halnya dengan metode sistem hidrolik sebagai penggerak bajak
mole. Sebagai pembeda penelitian adalah bagian pendukung utama sistem
kontrol hidrolik ditambahkan motor stepper, selonoid dan mikrokontroller dan
sesnsor ultrasonic.
Pengujian khususnya dilakukan untuk mengetahui
karakteristik respon sistem kontrol elektronik dan motor stepper terhadap waktu
untuk membuka pressure valve, mulai bukaan valve 15o, 30o, 45o,60o,75o dan 90o.
Mengacu hasil penelitian saat pressure valve dibuka secara manual 90 o,
respon waktu yang diperlukan 1.02 detik untuk mencapai jarak 23.8 cm. Ketika
motor stepper dipasang sebagai pengganti secara manual menjadi otomatis
menggunakan mikrokontroller, respon motor stepper sangat lambat yaitu 2.98
detik, hal ini berakibat memperlambat bukaan pressur valve , sehingga untuk
pengujian lapangan penggunaan bajak mole, motor stepper tidak layak untuk
digunakan, karena respon waktu yang lambat. Makin besar sudut bukaan pressure
kontrol valve waktu yang diperlukan semakin lama, begitu pula pada hal
sebaliknya.
Penelitian tahap kedua diawali dengan mendesain dan pengujian transmitter
dan reciever sebagai input mikrokontroller untuk menggerakaan hidrolik. Tujuan
penelitian yang ingin dicapai mengahasilkan desain sistem transmitter dan reciver,
serta memperoleh hasil pengujian alat tersebut untuk digunakan sebagai input data
mikrokontroller untuk mengendalikan pergerak hidrolik. Metode penelitian
dilakukan dengan pembuatan rangkaian pemancar (transmitter) terdiri dari
rangkaian asatble multi fibrator, transistor chooper dan sinar green laser.
Rangkaian penerima (reciver) terdiri dari sensor cahaya photodiode, rangkaian
pass filter dan penguat sinyal, rangkaian inverter dan nand, serta mikrokontrroler
dan pemograman.
Rangkaian transmitter terdiri IC 555 bekerja dengan tegangan + 5 volt dc
hingga +12 volt dc, frekuensi 1,206 Hz yang dapat ditentukan dengan melalui
konfigurasi RC pada multivibrator asbil IC NE555, serta transistor chopper,
besarnya level puncak positif dan puncak negatif pada pulsa yang digunakan
untuk menggerakan sinar green laser tersebut dapat diatur dengan mengatur
potensiometer R3. Berdasarkan hasil penelitian uji laboratorim, Rangkaian
transmitter terdiri dari sinar green laser yang akan digunakan sebagai inputan
sensor photodiode dimodifikasi dengan menambahkan rangkaian astable multy
vibrator dan rangkaian transistor chopper, hingga dihasilkan frekuensi 1,206 Hz,
dan jarak sinyal maksimal yang dapat dikirim sejauh 50 meter.
Rangkaian receiver terdiri dari sensor photodiode masih dipengenaruhi oleh
cahaya yang ada dilokasi, sehingga dibuat filterisasi, dengan cara memasang
pass filter dengan frekuensi cutting 600 Hz. Output sinyal dari filter masih lemah
sehingga dilakukan penguatan hingga 10 kali dengan menambahkan rangkaian
penguat Op-Amp, sehingga tegangan yang dihasilkan untuk penguat sinyal mulai
3,200 mV hingga 4,500 mV pada jarak 50 meter. Output sinyal dari penguat
diteruskan ke inverter untuk membalik nilai keadaan dari 1 ke 0 atau sebaliknya,
sehingga dapat digunakan oleh nand gate, sebagai inputan mikrokontrroller, yang
akan digunakan untuk mengendalikan kerja dua unit relay.
Penelitian selanjutnya pembuatan saluran drainase bajak mole pada lahan
pertanian bertujuan untuk membuang kelebihan kadar air pada tanah, yang dapat
menyebabkan kerusakan bahkan kematian pada beberapa jenis tanaman. Tujuan
yang ingin dicapai (a) menghasilkan rancangan alat berupa sistem kontrol
terprogram untuk menggerakan silinder hidrolik sebagai penggerak bajak mole,
(b) memperoleh sudut kemiringan saluran drainase 0%, 0.1% dan 0.2 % pada
kedalaman tertentu.
Metode yang dilakukan penentuan lintasan traktor, dilakukan dengan
pengukuran lahan pertanian yang akan digunakan untuk pembuatan saluran
drainase menggunakan bajak mole. Panjang lahan yang digunakan 30 meter dan
lebar 24 meter. Kemudian lebar lahan dibagi menjadi 16 lintasan untuk jalur
traktor. Jarak setiap lintasan yang akan dilalui oleh traktor adalah 1,5 meter.
Pengaturan lintasan dilakukan dengan membagi
lintasan A, B, C dan D
digunakan pembuatan saluran drainase tanpa menggunakan sistem kontrol.
Lintasan E, F, G dan H digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0%,
lintasan I, J, K, dan L digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0.1% dan
lintasan M, N, O dan P digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0.2 %,
menggunakan sistem kontrol. Sebelum pembuatan saluran drainase dilakukan
pengukuran profil permukaan tanah. Penentuan lintasan dilakukan untuk
menentukan jalur traktor. Setiap lintasan berjarak 1.5 meter. Hal ini dilakukan
agar lintasan yang sudah diolah tidak tergilas oleh roda traktor. Lebar roda traktor
bagian belakang 1.5 meter. Ketika jalur A telah selesai diolah , traktor akan
berpindah kejalur B, maka posisi ban roda sebelah kanan akan menempati posisi
roda ban sebelah kiri.
Hasil uji lapangan elevasi bajak mole tanpa menggunakan kontroller, pada
lintasan A, B, C dan D setpoin yang dinginkan tidak tercapai, karena bajak mole
mengikuti profil permukaan tanah, besar simpangan rata-rata yang terjadi antara
setpoin dengan posisi bajak mole adalah lintasan A 4.19 cm lintasan B 6.13 cm
lintasan C 5.94 cm dan lintasan D 6.88 cm. Hasil pengujian menggunakan
sistem kontrol, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2% profil permukaan tanah
masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika elevasi profil tanah
naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set point yang telah
ditentukan, tetapi masih terdapat simpangan antara setpoin dengan posisi bajak
mole adalah pada lintasan E 1.13 cm lintasan F 0.81 cm lintasan G 1.81 cm
lintasan H 1.75 cm pada lintasan I 1.00 cm, lintasan J 0.49 cm lintasan K 0.25
cm dan lintasan L 0.25 cm. Pada lintasan M 1.25 cm, lintasan N 0.56 cm serta
pada lintasan lintasan O 0.75 cm lintasan P 1.44 cm
Penelitian selanjutnya adalah mengaplikasi sensor ultrasonic dan ATtmega
328 arduino untuk mendeteksi kedalaman bajak mole pada pembuatan saluran
drainase mole.
Tujuan yang ingin dicapai adalah mengasilkan pengukuran
elevasi kedalaman bajak mole secara otomatis serta memperoleh simpangan
antara setpoin bajak mole dengan posisi elevasi kedalaman bajak mole
Metode penelitian melakukan pengukuran lahan pertanian yang akan
digunakan untuk pembuatan saluran drainase menggunakan bajak mole. Panjang
lahan yang digunakan 30 meter dan lebar 6 meter. Kemudian lebar lahan dibagi
menjadi 4 lintasan untuk jalur traktor. Jarak setiap lintasan yang akan dilalui oleh
traktor adalah 1,5 meter. Pengaturan lintasan terdiri lintasan M, N, O dan P.
Kemiringan bajak mole diatur sebesar 0,2 %, menggunakan sistem kontrol.
Sebelum pembuatan saluran drainase dilakukan pengukuran profil permukaan
tanah.
Pembuatan drainase mole dilakukan dengan cara mengaktifkan tuas
hidrolik traktor sepanjang lintasan. Langkah awal traktor digerakan maju, pada
saat bersamaan bajak mole ditekan masuk ke dalam tanah sedalam 20 cm.
Kemudian traktor berhenti pada posisi titik awal pengukuran. Pembuatan drainase
mole dilakukan pada empat pengujian. Lintasan M, N, O dan P digunakan pada
sudut 0.2 %. Pengaturan kemiringan saluran drainase menggunakan hidrolik
traktor dengan cara melakukan setting kemiringan pada program system kontrol,
hingga diperoleh sudut kemiringan saluran draenase.
Pengukuran kedalaman bajak mole menggunakan sensor ultrasonic. Sensor
ultrasonic dipasang secara permanen tidak bergerak, sementara objek yang
bergerak berupa plat besi yang dipasang secara pararel dengan torak hidrolik.
Ketika torak silinder hidrolik digunakan untuk menekan atau menarik bajak mole,
maka plat besi ikut bergerak, dan pergerakan tersebut dideteksi oleh sensor, hasil
pembacaan sensor dikirim ke mikrokontroller Arduino, dan dapat dibaca secara
langsung pada computer.
Mengacu hasil pengujian menggunakan sistem kontrol, pada kemiringan 0.2%,
profil permukaan tanah masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika
elevasi profil tanah naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set poin
yang telah ditentukan. Sensor jarak menggunakan ultrasonic dapat mendeteksi
kedalaman bajak mole dengan baik, terlihat antara setpoin dengan posisi bajak
mole mempunyai simpangan rata-rata pada lintasan M 1.07 cm lintasan N 1.08
cm, pada lintasan lintasan O 0.5 cm dan lintasan P 0.93 cm.
Hasil penelitian tahap satu dan tahap dua diperoleh (a) rancangan alat sistem
kontrol untuk pengendali sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole, pada
skala laboratorium, terdiri dari rangkaian transmitter, rangkaian reciver, rangkaian
kontroller serta sistem hidrolik telah dibuat, dan diuji lapangan, hasil uji sebagai
berikut, transmitter memancarkan sinyal dalam bentuk sinar green laser sejauh
50 meter, pada frekuensi 1,2 kHz, sensor penerima sinyal sinar green laser
menggunakan photodiode dengan ukuran sensor lebar 10 cm dan panjang 45 cm.
Sinar cahaya yang telah diterima oleh sensor photodiode, masih mendapat
gangguan dari sinar yang ada dilokasi, sehingga dipasang sistem filter
menggunakan pass filter, dengan frekuensi cutting di 600 Hz. Sinyal yang
diterima oleh sensor photodiode masih sangat kecil, berkisar 0.3 hingga 0.45 volt
sehingga harus dilakukan penguatan sinyal Op-Amp menggunakan IC 324,
sebesar 10 kali penguatan, mikrokontroller menggunakan ATMega Arduino 328,
digunakan untuk memerintahkan operasi 2 unit relay yang akan membuka
selonoid valve untuk mengalirkan tekanan hidrolik dari traktor menuju hidrolik
bajak mole. Kekuatan tekanan hidrolik diperoleh pada sudut bukaan 90o pressure
valve 5,241 kN/m2, pada jarak 26.4 cm dengan respont waktu (t) tercepat
mencapai 1.02 detik, dianggap mampu untuk memotong lapisan bawah tanah
hingga kedalaman 40 cm, yang mempunyai kekuatan geser tanah 3,389 kg/cm2.
Kata kunci: bajak mole, kontrol kedalaman, saluran drainase, sensor laser
(c) Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB. Dilarang mengumunkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis ini dalam bentuk apapun tanpa seizin IPB.
DESAIN DAN PENGUJIAN SISTEM KONTROL
KEDALAMAN TERPROGRAM UNTUK MOLE PLOW
M. HARIANSYAH
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk untuk memperoleh
Doktor
pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji luar pada sidang Prof. Dr. Ir. Kudang B. Seminar, M.Sc
tertutup
Dr. Ir. Irmansyah, M.Si
Penguji luar pada sidang Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS
terbuka
Prof. Dr. Ir. Didik Notosudjono, M.Sc
Judul Disertasi
Nama
NPM
: Desain dan Pengujian Sistem Kontrol
Terprogram Untuk Mole Plow
: M. Hariansyah
: F 164090041
Kedalaman
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr
Ketua
Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS
Anggota
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Anggota
Dr. Ir. I. Dewa Made Subrata, M.Agr
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
Tanggal Ujian : 20 Agustus 2014
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc. Agr
Tanggal lulus: 29 Agustus 2014
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala
karuniaNya sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian berjudul Desain dan Pengujian Sistem Kontrol Kedalaman Terprogram
Untuk Mole Plow.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Radite Praeko Agus
Setiawan., M.Agr, Bapak Prof. Dr. Ir. Asep Sapei., MS, Bapak Dr. Ir. Desrial.,
M.Eng, dan Bapak Dr. Ir. I. Dewa Made Subrata., M.Agr, yang telah banyak
memberi saran, dan kepada Ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian
beserta staf Tata Usaha.
Disamping itu terima kasih juga penulis sampaikan kepada YPIKA
(Yayasan Pendidikan Islam Ibn Khaldun) dan Rektor UIKA (Universitas Ibn
Khaldun Bogor), serta Dekan Fakultas Teknik UIKA Bogor yang telah
memberikan kesempatan untuk izin studi lanjut. Kepada istri dan anak-anakku,
kedua orang tuaku yang telah tulus mendukung dan memberikan doa, serta
kepada semua rekan-rekan yang telah banyak membantu dilapangan.
Semoga apa yang telah bapak dan ibu berikan menjadi catatan terbaik untuk
kegiatan selanjutnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2014
M. Hariansyah.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xxiv
DAFTAR GAMBAR
xxv
DAFTAR LAMPIRAN
xxvii
1
2
3
4
5
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Rumusan Masalah
Pembatasan Masalah
Alternatif Penyelesaian
Manfaat Penelitian
Novelty
SISTEM HIDROLIK SEBAGAI PENGGERAK BAJAK MOLE
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Tujuan Peneliian
Hasil
Pembahasan
Simpulan
PERANCANGAN DAN KARAKTERISTIK RESPON SISTEM
KONTROL ELEKTRONIK
PADA SISTEM HIDROLIK
SEBAGAI PENGGERAK BAJAK MOLE
Pendahuluan
Tujuan Penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
DESAIN DAN PENGUJIAN SISTEM KONTROL HIDROLIK
UNTUK PENGENDALIAN KEDALAMAN BAJAK MOLE
Pendahuluan
Tujuan penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
PEMBUATAN SALURAN DRAINASE MENGGUNAKAN
BAJAK MOLE PADA LAHAN PERTANIAN
Pendahuluan
Tujuan Penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
1
1
2
2
3
4
4
4
4
6
6
10
15
16
16
18
18
25
26
26
27
28
28
37
37
40
40
41
42
47
54
55
6
7
8
APLIKASI SENSOR ULTRASONIC DAN ATEMEGA 328
ARDUINO UNTUK MENDETEKSI KEDALAMAN BAJAK
MOLE PADA PEMBUATAN SALURAN DRAINASE MOLE
Pendahuluan
Tujuan Penelitian
Bahan dan Metode
Hasil
Pembahasan
Simpulan
PEMBAHASAN UMUM
SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
55
57
57
62
64
64
65
69
71
75
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tabel 2.2
Tabel 3.1
Tabel 3.2
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Tabel 4.4
Tabel 4.5
Tabel 5.1
Tabel 5.2
Tabel 5.3
Tabel 5.4
Tabel 5.5
Tabel 5.6
Tabel 5.7
Tabel 5.8
Tabel 5.9
Tabel 5.10
Tabel 6.1
Tabel 6.2
Tabel 7.1
Alat dan bahan penelitian
Hasil pengukuran tekanan hidrolik terpadap pegas
Alat dan bahan penelitian
Kecepatan waktu respon motor dan kontrol valve
Alat dan bahan penelitian
Pengukuran frekuensi rangkaian transmitter
Kuat sinyal transmitter pada jarak yang bervariabel
Pengukuran tegangan sebelum difilter
Pengukuran tegangan sesudah difilter
Alat dan bahan penelitian
Uji Laboratorium
Pergerakan sensor penerima terhadap pergeseran arah
sianr green laser
Hasil Pengujian Fisik dan Mekanik
Hasil pengukuran profil permukaan tanah untuk lintasan
traktor
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole tanpa
kontroller
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole
menggunakan kontroller, dengan kemiringan saluran 0%
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole
menggunakan kontroller, dengan kemiringan saluran 0.1
%
Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole
menggunakan kontroller, dengan kemiringan saluran 0.2
%
Simpangan antara set poin dengan posisi elevasi bajak
mole
Pergerakan sensor penerima terhadap pergeseran arah
sianr green laser
Simpangan antara set poin dengan posisi elevasi bajak
mole
7
15
18
26
29
37
37
39
39
42
45
46
Perbandingan simpanganpengukuran kedalaman bajak
mole
69
47
49
49
51
52
53
54
62
64
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 5.1
Gambar 5.2
Gambar 5.3
Rancangan alat penelitian sistem hidrolik untuk uji tarik
dan tekan
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 15o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 30o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 45o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 60o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 75o
Grafik uji tarik/tekan hidrolik pada bukaan valve
pressure 90o
Rancangan alat penelitian pengujian respon motor
stepper
Blok kerja motor stepper
Bentuk kontroler selonoid valve
Blok diagram system kontrol tertutup
Respon waktu kecepatan motor stepper, terhadap
beberapa bukaan sudut selonoid valve
Diagram antarmuka pada mikrokontroler
Blok diagram sistem kontrol hidrolik
Rangkaian astabil multivibrator dengan IC 555
Rangkaian pemancar sinyal green laser
Bentuk grafik panjang gelombang sinar laser
Rangkaian high pass filter
Grafik karakteristik High pass filter (HPF)
Bentuk IC LM 324 Op-Amp
Gabungan rangkaian sensor photodiode, high pass filter
dengan penguat operasional
Bentuk koneksi IC LM 4040 dan IC LM 7430
Blok diagram Sistem Kontrol Hidrolik Bajak mole
Pengukuran frekuensi astable multy vibrator dan
chopper
Pengujian rangkaian penguat tanpa high pass filter
Pengujian rangkaian penguat menggunakan high pass
filter
Rancangan kontruksi dudukan silinder hidrolik dan bajak
mole terhubung traktor
Pembagian lintasan traktor
Pengukuran lahan dan penyiapan patok untuk jalur
traktor
8
11
12
13
13
14
15
19
20
22
22
25
28
29
30
31
32
33
34
34
35
35
36
36
38
39
43
44
44
Gambar 5.4
Gambar 5.5
Gambar 5.6
Gambar 5.7
Gambar 5.8
Gambar 5.9
Gambar 6.1
Gambar 6.2
Gambar 6.3
Gambar 6.4
Gambar 6.5
Gambar 6.6
Gambar 6.7
Gambar 6.8
Gambar 6.9
Gambar 6.10
Gambar 6.11
.
Pengukuan kedalaman olah bajak mole menggunakan
penggaris
Pengukuran kedalaman olah bajak mole dengan cara
digali
Hasil pengukuran elevasi tanpa kontroller
Hasil pengukuran elivasi bajak mole kemiringan 0%
menggunakan kontroller
Hasil pengukuran elivasi bajak mole kemiringan 0.1%
menggunakan kontroller
Hasil pengukuran elivasi bajak mole kemiringan 0.2%
menggunakan kontroller
Rancangan pemasangan sensor ultrasonik
Hubungan rangkaian mikrokontroller deteksi level
dengan mikrokontroller deteksi kedalaman
Bentuk sensor Ultrasonik dan cara kerja sensor
Bentuk diagram waktu SRF 04
Pengukuran lahan dan penyiapan patok untuk jalur
traktor
Pembagian lintasan traktor
Metode pembuatan drainase mole
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan M
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan N
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan O
Grafik posisi elevasi bajak mole terhadap setpoint pada
lintasan P
46
47
50
51
52
53
57
57
59
59
60
61
61
63
63
63
63
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
Lampiran 4
Lampiran 5
Lampiran 6
Lampiran 7
Lampiran 8
Lampiran 9
Lampiran 10
Lampiran 11
Lampiran 12
Lampiran 13
Lampiran 14
Lampiran 15
Lampiran 16
Lampiran 17
Lampiran 18
Lampiran 19
Lampiran 20
Lampiran 21
Lampiran 22
Lampiran 23
Lampiran 24
Lampiran 25
Lampiran 26
Motor listrik dan pompa hidrolik
Spesifikasi silinder hidrolik
Type haurglass spiral
Spesifikasi motor stepper
Mikrokontroller ATMega arduino 328
Spesifikasi selonoid
Spesifikasi dan LM 555
Spesifikasi sinar green laser
Susunan sensor penerima sinyal photodioda
Spesifikasi IC LM 324
Spesifikasi IC LM 4049
Spesifikasi IC LM 7430
Spesifikasi sensor ultrasonik SRF 04
Algoritma Pemograman Deteksi Level Sensor Saluran
Drainase dan sensor kedalaman bajak mole
Pemograman Deteksi Level Sensor
Program Kendali Kedalaman Bajak
Komunikasi serial antara sensor level dan sensor
kedalaman
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
M
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
N
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
0
Hasil pengukuran profil dan deteksi kedalaman lintasan
P
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (Tanpa controller)
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (saluran datar 0% )
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (saluran miring 0.1%)
Analisis Simpangan rata-rata antara Setpoin Terhadap
posisi bajak mole (saluran miring 0.2%)
Kontruksi dudukan silinder hidrolik dan bajak mole
76
77
78
70
80
80
81
81
82
84
85
86
87
88
89
91
94
95
109
122
135
147
148
149
150
151
1
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Menurut Ruslan. (2013) alih fungsi lahan pertanian mencapai 60.000 ha/tahun,
sementara pemerintah mengupayakan tahun 2015 Indonesia sudah mampu untuk
melaksanakan swasembada pangan. Untuk mencapai upaya tersebut pemerintah
perlu melakukan pembukaan lahan pertanian yang baru. Pembukaan lahan
pertanian yang baru umumnya berupa lahan kering atau lahan basah yang terletak
di dataran rendah. Pada musim penghujan area pertanian tersebut akan mengalami
kelebihan air. Menurut Adinegara. (2013), lahan pertanian yang mempunyai
tingkat kandungan air yang tinggi, dapat merusak beberapa jenis tanaman, yang
berakibat produksi menurun dan petani menjadi rugi.
Cara mengatasi kelebihan kandungan air pada lahan tersebut dapat dilakukan
dengan membuat saluran darinase menggunakan bajak mole. Menurut Kalsim
(2002), berdasarkan peruntukannya drainase dapat dibagi kedalam empat bagian,
yaitu: (a) drainase lahan pertanian, (b) drainase perkotaan, (c) drainase lapangan
terbang, (d) drainase lapangan olah raga. Berdasarkan sifatnya drainase
diklasifikasikan menjadi drainase alami (natural drainage) dan drainase buatan
(man-made drainage). Berdasarkan sasaran pengendaliannya, drainase dibedakan
menjadi drainase permukaan ( surface drainage ) dan drainase bawah permukaan
(sub-surface drainage). Drainase permukaan menitik beratkan pada pengendalian
genangan air di atas permukaan tanah, sedangakan drainase bawah permukaan
menitik beratkan pada kedalaman air tanah di bawah permukaan tanah.
Drainase bawah permukaan tanah adalah dasar dari kebanyakan pekerjaan
drainase lahan. Salah satu drainase bawah permukaan yang sering diaplikasikan
adalah drainase mole. Drainase mole merupakan metode yang sangat efektif utuk
mendrainase tanah. Drainase mole merupakan saluran bulat yang berada dibawah
permukaan tanah yang dibuat oleh mole plow . Drainase mole akan bekerja baik
pada tanah dengan kandungan mineral tanah liat minimal 30%. Drainase mole
tidak akan baik pada tanah dengan kandugan mineral tanah liat kurang dari 25%
Smart dan Herbertson. (1992). Drainase mole umumnya cocok untuk tanah liat
berat dengan konduktivitas lambat. Tujuan utamanya bukan untuk mengendalikan
kedalaman air tanah yang biasanya sudah cukup dalam, akan tetapi untuk
membuang kelebihan air dari permukaan lahan atau dari lapisan olah yang semula
membentuk suatu parched water table . Air mengalir ke mole melalui celah dan
rekatan-rekatan yang terbentuk dalam pembuatan mole (Kalsim, 2002). Kondisi
yang paling disukai untuk terjadinya moling ketika lapisan kedalaman mole pada
kondisi plastis tetapi tanah diatasnya cukup kering untuk dihancurkan oleh mole
plow . Kemiringan saluran mole ridak dapat dibedakan dari kemiringan
permukaan tanah selama operasi berlangsung. Tergantung dari kesetabilan liat
tanah mole beroperasi pada kedalaman 45 cm sampai 60 cm dibawah permukaan
tanah. Drainase kolektor sebaiknya berjarak sedekat-deketnya 20 m pada liat yang
stabil dan bahkan sampai berjarak 40 m Smart dan Herbertson. (1992). Menurut
Kalsim. (2002), umumnya efektifitas drainase mole ditentukan oleh berbagai
faktor. Faktor-faktor tersebut yaitu sifat tanah yang menentukan stabilitas tanah,
kondisi kelembaban tanah selama konstruksi alat dan metode konstruksi yang
digunakan, kecepatan aliran air dalam saluran mole , dan laju pengendapan pada
2
saluran mole. Kerugian drainase mole adalah saluran tidak disokong, sehingga ada
kemungkinan tertimbun yang kelak harus dibuat lagi pada interval tertentu.
Walaupun demikian drainase mole mempunyai biaya pembuatan yang lebih
murah dan hasilnya lebih efektif daripada sistem closely spaced field drainage
Smart et al. (1992).
Menurut Smart et al. (1992) mole plow mempunyai tiga bagian utama.
Bagian pertama adalah bingkai yang kuat atau beam yang meluncur sepanjang
permukaan luar tanah. Bagian kedua adalah blade yang menempel secara vertikal
pada ujung beam.Tebal blade biasanya adalah 2.54 cm. Blade ini berfungsi
untuk memotong tanah dengan kedalaman maksimum 91.44 cm. Bagian ketiga
berupa batang baja bulat yang panjangnya bervariasi mulai dari 38.1 cm sampai
91.44 cm dan diameternya bervariasi mulai dari 2.54 cm sampai 15.24 cm. Batang
baja bulat ini dinamakan mole yang berfungsi untuk membuat lubang di bawah
tanah. Syarat-syarat mole yang baik dapat diringkas sebagai berikut. Mole harus
dapat menghasilkan 8.89 cm lubang yang bersih dan bundar dengan kedalaman
66.04 cm. Untuk melakukan ini mole harus dipasang dengan baik dengan paralel
pada gagang diatasnya. Diameter minimal mole adalah 7.62 cm, Cooper. (1965).
Lebih lanjut Suharyatun, et al. (2013) telah melakukan penelitian penanaman
palawija di lahan sawah pada akhir musim penghujan, khususnya di tanah
lempung berat, sering dihadapkan pada persoalan waktu tunggu tanam yang cukup
lama. Hal ini disebabkan kandungan lengas tanah dilapisan olah masih sangat
tinggi serta laju penurunan kadar lengas tanah rendah, sehingga kurang sesuai
untuk pertumbuhan awal tanaman palawija. Cara mengatasinya dilakukan dengan
membuat lorong pengatus (kontrol drainage) di atas lapisan keras.
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin diperoleh adalah:
Menghasilkan rancangan sistem kontrol untuk pengendalian silinder hidrolik
sebagai penggerak bajak mole, pada skala laboratorium, menggunakan mikro
kontroler Arduino ATMega 328,
b. Memperoleh hasil penguji sistem kontrol, respon waktu (t) sistem control
untuk mengendalikan tekanan hidrolik,
c. Memperoleh kinerja bajak mole saat digunakan untuk membuat saluran
dainase mole pada kemiringan 0 % hingga 0.2%, kedalaman 20 hingga 40
cm serta memperoleh simpangan antara setpoint dengan posisi elevasi saluran
bajak mole.
a.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan tersebut di atas, diperoleh
perumusan masalah sebagai berikut:
a.
b.
Permukaan tanah tidak selalu datar, sehingga hasil pembuatan drainase mole
secara manual, tidak memberikan hasil yang diharapkan, karena saat bajak
mole ditarik oleh traktor, kedalam dan kemiringan saluran drainase akan
mengikuti profil permukaan tanah.
Proses pembuatan saluran drainase di bawah permukaan tanah pada
kedalaman 20 hingga 40 cm dengan kemiringan 0 %, 0.1 % hingga 0.2 %
3
c.
dapat diperbaki kinerjanya dengan pengontrolan kedalaman bajak berbasis
sinar laser.
Perlu membuat alat sistem kontrol hidrolik sebagai penggerak bajak mole,
berdasarkan sensor ketinggian profil tanah yang dilalui oleh traktor.
Pembatasan Masalah
Berdasarkan perumusan masalah perlu mene