BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, tinjauan pustaka, metode
penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini menjelaskan tentang Sistem Kontrol, Mesin Filler, Konstruksi Mesin Filler, Mekanisme Mesin filler, Tentang Motor Induksi 3 fasa,
Sensor tinggi permukaan.
BAB III : MEKANISME KERJA MESIN FILLER
Bab ini menjelaskan tentang proses pengisian botol minuman, bagaimana sensor bekerja mengontrol level cairan.
BAB IV : ANALISA PROSES
Bab ini menjelaskan tentang berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengisi botol minuman ke dalam kemasan dengan ketentuan yang sudah
di tetapkan.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisikan : kesimpulan dan saran.
Universitas Sumatera Utara
BAB II LANDASAN TEORI
II.1. Sistem Kontrol
Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran variabel, parameter sehingga berada pada suatu harga
atau dalam suatu rangkuman harga range tertentu. Dalam istilah lain disebut juga teknik pengaturan sistem pengendalian atau sistem pengontrolan. Ditinjau dari
segi peralatan, sistem kontrol terdiri dari berbagai susunan komponen fisis yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke suatu mesin atau proses agar
dapat menghasilkan prestasi yang diinginkan. Tujuan utama dari suatu sistem pengontrolan adalah untuk mendapatkan
optimisasi dimana hal ini dapat diperoleh berdasarkan fungsi daripada sistem kontrol it u sendiri yaitu : pengukuran measurement, membandingkan
comparison, pencatatan dan perhitungan computation, dan perbaikan
correction. Secara umum sistem kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut :
1. Dengan operator manual dan otomatis.
2. Jaringan tertutup closed loop dan jaringan terbuka open loop.
Pengontrolan secara elektrik dan pneumatik atau kombinasinya lebih banyak ditemukan dalam industri maupun aplikasi teknis lainnya. Hal ini
disebabkan beberapa kelebihan yang diberikannya yaitu pemakaian daya yang lebih kecil, kemampuan untuk pengontrolan jarak jauh, lebih mudah diperoleh dan
responnya lebih cepat. Disamping itu dimensi peralatan dapat dibuat lebih kecil.
Universitas Sumatera Utara
II.1.1. Manual dan Otomatis
Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator, sedangkan pengontrolan secara otomatis
adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan manusia. Pengontrolan
secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya televisi, pengaturan aliran air
melalui kran, pengaturan kecepatan kendaraan, dan lainnya. Pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri,
pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik. Sebagai contoh adalah pengaturan aliran, temperatur dan tekanan dengan menggunakan katup pengatur,
pengontrolan suhu ruangan oleh thermostat, pengontrolan daya listrik oleh relay, circuit-breaker pemutus arus.
II.1.2. Jaringan Terbuka dan Tertutup
Sistem terbuka adalah sistem kontrol dimana keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat
dibandingkan terhadap harga yang diinginkan seperti Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Sistem Kendali Terbuka Dimana : X = Sinyal Masukan
Y = Sinyal Keluaran
x y
Sistem Gs
Universitas Sumatera Utara
Hubungan antara fungsi masukan, fungsi alih sistem dan fungsi keluaran :
Sistem kontrol dengan jaringan tertutup adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga
besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat indicator atau recorder seperti pada Gambar 2.2.
Selanjutnya perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dan penunjukan alat pencatat digunakan sebagai koreksi yang pada gilirannya akan
merupakan sasaran pengontrolan. Sistem kontrol tertutup mempunyai banyak keunggulan dibanding sistem kontrol terbuka, yaitu mempunyai tingkat ketepatan
yang lebih t inggi dan t idak peka terhadap gangguan dan perubahan pada lingkungan.
Gambar 2.2. Sistem Kendali Tertutup Hubungan antara fungsi masukan, fungsi alih sistem, fungsi umpan balik
dan fungsi keluaran :
Z = HY, mempunyai nilai negatif dan harus dikurangkan dari tegangan masukan sehingga menghasilkan masukan pada penguat itu sebesar: E = X – Z
G X
Y =
Universitas Sumatera Utara
G Y
X =
G GHY
Y Y
HY G
Y Y
+ =
+ =
GH G
G Y
+ =
1
II.2. Karakteristik Sistem Kontrol
Beberapa karakteristik penting dari sistem kontrol otomatis adalah sebagai berikut :
1. Sistem kontrol otomatis merupakan sistem dinamis berubah terhadap waktu
yang dapat berbentuk linear maupun non linear. Secara matematis kondisi ini dinyatakan oleh persamaan-persamaan yang berubah terhadap waktu,
misalnya persamaan differensial linear maupun tidak linear. 2.
Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya dan kemudian mengembangkannya.
3. Komponen yang membentuk sistem kontrol ini akan saling mempengaruhi
berinteraksi. 4.
Bersifat mengembalikan sinyal ke bagian masukan feedback dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat sistem. Karena adanya pengembalian
sinyal ini sistem umpan balik maka pada sistem kontrol otomatis selalu terjadi masalah stabilisasi.
Universitas Sumatera Utara
II. 3. Pemakaian Sistem Kontrol
Pemakaian sistem kontrol otomatis banyak ditemui dalam kehidupan sehari- hari baik dalam pemakaian langsung maupun tidak langsung.
Pemakaian sistem kontrol ini dapat dikelompokkan sebagai berikut 1.
Pengontrolan proses : temperatur, aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, viskositas. Misalnya pada industri kimia, makanan, tekstil,
pengilangan, dan lain-lain. 2.
Pembangkit tenaga listrik pengontrolan distribusi tenaga. 3.
Pengontrolan numeric numerical control, NC : pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang.
Misalnya : pengeboran, pembuatan lubang, tekstil, pengelasan. 4.
Transportasi : elevator, escalator, pesawat terbang, kereta api, conveyor ban berjalan, pengendalian kapal laut dan lain-lain.
5. Servomekanis.
6. Bidang non teknis, seperti : ekonomi, sosiologi, dan biologi.
+ -
Gambar 2.3. Diagram Blok Sistem Pengontrolan Kontroller
PLC Proses
Sensor Transmitter
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.3. bagian kontroller summing junction dengan tanda positif- negatif, dititik inilah langkah membandingkan dilakukan dengan
mengurangi besaran set point dengan sinyal measurement variabel, hasilnya adalah sinyal yang disebut error.
Hampir semua sistem pengendalian selalu dimulai dengan menampilkan blok diagram sistem pengontrolan otomatis. Secara umum elemen sistem
kontrolnya ialah:
1. Feedback adalah sistem pengendali otomatis yang mempunyai dua
summing junction yaitu positif feedback dan negatif feedback.
2.
Proses process adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Input proses dapat bermacam-macam, yang pasti ia merupakan
besaran yang dimanipulasi oleh final control element atau control valve agar measurement variabel sama dengan set point. Input proses ini juga
disebut manipulated variabel.
3.
Sensor adalah suatu peralatan yang akan memberitahukan atau mengindikasikan perubahan temperatur kepada sistem kontrol.
4.
Transmitter adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element, dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh kontroller.
5. Set point adalah besaran proses variabel yang dikehendaki. Sebuah
kontroller akan selalu berusaha menyamakan controlled variabel dengan set point.
6. Error adalah selisih antara set point dikurangi measurement variable.
Error bisa negatif dan bisa juga positif. Bila set point lebih besar dari measured variable, error akan menjadi positif, sebaliknya bila set
Universitas Sumatera Utara
pointnya lebih kecil dari measured variable, error menjadi negatif. 7.
Kontroller adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan measurement
variable, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan tadi,
kontroller sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses.
II.4. Alat-alat Kontrol
Jika sebuah sistem kontrol adalah stabil dan hanya memerlukan perbaikan respons misalnya mengurangi atau menghilangkan
penyimpangan dalam keadaan mantap atau memperbesar kecepatan respons maka yang dilakukan
adalah penggunaan alat-alat kontrol dari jenis P proportional, I integral, atau D differential.
Jenis jenis alat kontrol ini terdiri dari a.
Alat kontrol tipe P proportional b.
Alat kontrol tipe I integral c.
Alat kontrol tipe D differential Kontroller Proportional, Integral, dan Diffential dalam prakteknya dapat digabung
menjadi satu kontroller yang disebut kontroller Proportional plus Integral plus Derivative P + D + I
II.4.1. Alat Kontrol Tipe Proporsional Proportional Control
Pada jenis ini terdapat hubungan kesebandingan antara keluaran terhadap kesalahan yaitu :
mt = K et, dimana K disebut konstanta kesebandingan.
Universitas Sumatera Utara
P e r t a m b a h a n h a r g a K a k a n me n a ik k a n p e n g u a t a n s is t e m penyimpangan dalam keadaan mantap. Pemakaian alat kontrol jenis ini saja sering
tidak memuaskan karena penambahan K selain akan membuat sistem lebih sensitif, tetapi juga cenderung mengakibatkan ketidakstabilan. Disamping itu pertambahan K
adalah terbatas dan tidak cukup untuk mencapai respons sampai suatu harga yang diinginkan.
Kenyataannya dalam usaha mengatur harga K terdapat keadaan-keadaan yang bertentangan. Di satu pihak diinginkan mengurangi sebanyak mungkin, tetapi hal ini
akan mengakibatkan osilasi bagi respons yang berarti memperlama settling-time, sedang dipihak lain respons terhadap setiap perubahan masukan harus terjadi
secepat mungkin. Respons yang cepat memang dapat diperoleh dengan memperbesar K, tetapi hal ini juga akan mengakibatkan ketidakstabilan sistem.
Untuk mengatasi masalah-masalah ini, alat pengontrol yang akan digunakan harus mempunyai persyaratan berikut :
a. Penguatan yang tinggi pada frekuensi-frekuensi yang sangat rendah untuk
mengurangi kesalahan-kesalahan. b.
Penguatan yang tinggi pada frekuensi-frekuensi tinggi yakni dengan secepatnya mengikuti perubahan masukan bila laju perubahan transien
adalah yang paling cepat. Hal ini perlu untuk menjamin respons yang cepat.
c. Pada frekuensi-frekuensi menengah yakni dalam bagian terakhir respons
transien dan sebelum on set kondisi-kondisi mantap penguatan sebaiknya cukup rendah agar terjamin respons yang tidak mengalami
lonjakan yang berlebihan dan juga setiap kecenderungan berosilasi akan
Universitas Sumatera Utara
direndam dengan cepat.
II.4.2. Alat Kontrol Tipe Differential D
Alat kontrol jenis ini disebut juga rate-control digunakan untuk memperbaiki atau mempercepat prestasi respons transien sebuah sistem kontrol.
Alat ini selalu disertai oleh tipe P, sedang tipe I hanya digunakan bila diperlukan. Diikutsertakannya tipe D ini sebagai alat kontrol memberikan efek
menstabilkan sistem dengan cara memperbesar phase-lead terhadap penguatan loop kontrol yakni dengan mengurangi phase-lead terhadap penguatan loop
kontrol yakni dengan mengurangi phase-lag penguatan tersebut. Alat kontrol ini sangat bermanfaat sebab responnya terhadap laju
perubahan kesalahan menghasilkan koreksi yang berarti sebelum kesalahan t ersebut bert amba h besar, jad i e feknya a dala h me ng has ilkan t indakan
pengontrolan yang cepat. Hal ini sangat penting bagi sistem kontrol yang perubahan bebannya tejadi secara tiba-tiba, karena dapat menghasilkan sinyal
pengontrol selama kesalahan error berubah. Karena tipe D ini melawan perubahan- perubahan yang terjadi dalam keluaran yang dikontrol, efeknya adalah menstabilkan
sistem loop tetutup dan ini dapat meredam osilasi yang mungkin terjadi. Penting diperhatikan bahwa tipe D ini tidak dapat dipakai secara tersendiri
karena tidak akan memberi jawaban respons terhadap suatu kesalahan dalam
kondisi mantap. Dengan demikian alat ini harus digabung dengan tipe P atau P + I, sehingga konfigurasi atau bentuknya adalah P + D atau P + D + I.
II.4.3. Alat Kontrol Tipe Integral I
A lat ko nt ro l je n is in i int eg r al co nt rol, I d ima k su dk a n u nt uk menghilangkan kesalahan posisi dalam kondisi mantap steady position error tanpa
Universitas Sumatera Utara
mengubah karakteristik-karakteristik frekuensi tinggi dan hal ini dapat dicapai dengan memberikan penguatan tak terhingga pada frekuensi nol yakni pada
kondisi mantap. Alat kontrol biasanya digunakan bersama tipe P dan D, namun dalam hal-hal
dimana kecepatan respons dan ketidakstabilan bukan merupakan masalah, tipe P + I adalah cukup. Walaupun demikian, penambahan tipe P perlu mendapat perhatian
karena efeknya mengurangi kestabilan yakni karena mengakibatkan bertambahnya keterlambatan fasa phase-lag.
Alat kontrol jenis I dapat berupa peralatan pneumatic, hidraulik; elektronik. Bagian integral I menunjukkan bahwa tindakan pengontrolan akan terus
bertambah selama terjadi kesalahan dan bila sinyal penggerak actuating signalmt
yang cukup telah terakumulir, maka sinyal et akan menurun menuju nol. Melalui
pemilihan komponen rangkaian yang tepat, lokasi frekuensi nol dan frekuensi pojok dapat direncanakan agar pengontrolan secara integral I hanya
efektif pada frekuensi-frekuensi rendah sedang tipe P nya memilik i penguatan yang konstan serta menghasilkan kestabilan pada frekuensi menengah dan
frekuensi yg lebih tinggi.
II. 5 Mesin filler
Proses pengisian air ke dalam kemasan pada mesin filler ini dilakukan dengan pengeboran sumur bawah tanah, dimana air yang diperoleh dialirkan ke water
treatment tangki penampungan sebagai bahan pencampuran, lalu dialirkan ke bagian-bagian lainnya. Air yang sudah melalui proses pensterilan, proses pemasakan,
proses pencampuran dan yang sudah di supply ke dalam tangki penampung akan
Universitas Sumatera Utara
dialirkan ke bawah melalui nozzle-nozzle yang untuk mengisi botol minuman seperti coca-cola dan minuman berkarbonat lainnya.
Dalam proses pengisian ini ada kalanya penampungan air tertutup apabila ketinggian level air di atas kapasitas yang sudah ditentukan. Produk akan diisi
dengan cara memutar oleh gear-gear untuk membantu proses pengisian botol yang sudah diisi penuh diisi sesuai ketentuan dengan botol yang baru dan selanjutnya
diteruskan ke proses pengemasan produk. Mesin filler atau mesin pengisi adalah suatu mesin yang berfungsi sebagai pengisi
minuman ke dalam kemasan seperti botol Coca-cola. Mesin ini mampu mengisi air minuman ke dalam botol secara tepat dan cepat. Jadi sangat baik untuk produksi
masal.
Dalam proses kerjanya mesin filler ini mempunyai beberapa komponen utama yang diatur dan diawasi melalui suatu alat kontrol mekanik yakni : rangkaian kontrol
mesin filler. Yang terdiri dari beberapa unit peralatan yang digunakan dan berbagai jenis rangkaian kontrol mesin filler dan motor listrik penggerak. Setiap rangkaian
penggerak mesin filler ini mempunyai fungsi yang berbeda jenis rangkaian kontrol mesin filler tetapi di kontrol dalam satu unit dan motor listrik penggeraknya. Di
bawah ini dapat di lihat skematik mesin filler.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Skematik Mesin Filler Mesin Filler adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengisi produk dalam
kemasan seperti botol. Pengisian dilakukan oleh mesin filler bottle filler tergantung dari jenis kemasan minuman tersebut. Adapun gambar dari konstruksi mesin filler
dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Konstruksi Mesin filler
Universitas Sumatera Utara
II.6 Mesin Induksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak – balik AC yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga.
Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya
perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar rotating magnetic field yang dihasilkan arus stator.
Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban
penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal
pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal yang sama tidak dijumpai.
Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan
rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil. Gambar penampang rotor dan stator dapat dilihat dibawah ini.
Gambar 2.6 Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi
Universitas Sumatera Utara
Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti
yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi
tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk
motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120º. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis.
Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris Rotor motor induksi tiga phasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu rotor
sangkar squirrel cage rotor dan rotor belitan wound rotor. Rotor sangkar terdiri dari susunan batang konduktor yang dibentangkan ke dalam slot – slot yang terdapat
pada permukaan rotor dan tiap – tiap ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan shorting rings. Rotor motor induksi dapat di lihat pada gambar di
bawah ini.
Gambar 2.7 Rotor Motor Induksi Sementara itu pada rotor belitan, rotornya dibentuk dari satu set belitan tiga
Universitas Sumatera Utara
phasa yang merupakan bayangan dari belitan statornya. Biasanya belitan tiga phasa dari rotor ini terhubung Y dan kemudian tiap - tiap ujung dari tiga kawat rotor
tersebut diikatkan pada slip ring yang berada pada poros rotor. Pada motor induksi
rotor belitan, rangkaian rotornya dirancang untuk dapat disisipkan dengan tahanan
eksternal, yang mana hal ini akan memberikan keuntungan dalam memodifikasi karakteristik torsi – kecepatan dari motor.
II. 7 PLC Programmable Logic Controller
Pada awalnya, mesin merupakan suatu peralatan sederhana yang menggantikan satu bentuk usaha menjadi usaha yang dapat dikendalikan atau diatur
oleh manusia. Ini berarti mesin merupakan suatu teknologi yang maju dijamannya, yang mengantikan fungsi tertentu dalam suatu proses tertentu, dan yang
menggantikan campur tangan manusia. Namun dalam pengoperasiannya, manusia yang mengendalikan mesin tersebut.
Bagian terpenting yang dapat dirasakan pada otomasi modern adalah pada industrial robotics. Beberapa keuntungan yang didapat adalah repeatability, kontrol
kualitas yang sangat baik, efisiensi yang lebih tinggi, dapat diintegrasikan dengan sistem – sistem yang berhubungan dengan bisnis, peningkatan produktifitas, dan
mengurangi tenaga kerjaburuh. Sedangkan beberapa kerugian yang dapat dirasakan adalah modal yang dibutuhkan besar, dan menambah ketergantungan pada perawatan
dan perbaikan. Sebagai contoh, Jepang harus menarik beberapa industri robot ketika mereka menyadari ketidakmampuan mereka terhadap perubahan kebutuhan produksi
yang adalah penting sehingga tidak mampu untuk memberikan harga produksi awal mereka.
Universitas Sumatera Utara
Pada kenyataannya, sistem otomasi dalam dunia industri tidak lepas dari berkembangnya teknologi dalam bidang elektris, yang dimulai pada awal abad ini,
ketika motor mulai menggantikan bentuk sumber energi yang lain seperti manusia, hewan atau tenaga air. Sistem terotomasi apabila dilihat dari sudut pandang ilmu
kendali merupakan sistem yang mempunyai harga sesaat dari nilai sebenarnya dibandingkan nilai yang diinginkan, sehingga selisih tersebut menghasilkan sinyal
untuk mengoreksi dan mengontrol sistem tanpa campur tangan manusia . Pada pertengahan abad ke-20, otomasi telah ada untuk beberapa tahun dalam
skala yang kecil, menggunakan devais atau peralatan mekanikal yang sederhana untuk mengotomasikan proses manufacturing yang sederhana. Sedangkan dunia
elektronik mulai memasuki arena industri pada tahun 1940-an ketika berbagai komponen pengendali dibuat untuk meningkatkan kinerja sistem industri. Pada masa
ini, motor – motor AC mulai muncul mendampingi motor DC sebagai tulang punggung sistem industri. Pada tahun 1950-an, penguat elektronik dan magnetik
memberikan sumbangan besar pada sistem kendali, yaitu dengan memungkinkan umpan balik pada kendali posisi. Bagaimanapun juga, konsep akan menjadi benar-
benar terwujud dalam prakteknya dengan adanya perubahan atau evolusi pada komputer digital, yang fleksibilitasnya memampukannya untuk mengatur hampir
semua bagian dari tugas atau proses produksi. Komputer digital dengan kombinasi kecepatan, kemampuan untuk menghitung atau mengkalkulasi dengan cepat, harga,
dan ukuran yang dibutuhkan secara keseluruhan, pertama kali muncul sekitar tahun 1960. Sebelumnya, komputer – komputer yang ada pada industri terdiri dari
komputer analog dan komputer hybrid. Sejak tahun 1960, komputer digital telah mengambil alih kontrol secara luas dan sederhana, proses yang diulang-ulang, dan
Universitas Sumatera Utara
proses – proses lain yang lebih kompleks.Pada periode ini juga
muncul apa yang dinamakan PLC Programmable Logic Controller, sebagai pengganti relai elektromagnetik
pada sistem kendali yang bersifat sekuensial . Dalam perkembangannya hingga kini, otomasi dalam dunia industri makin lama
makin bertambah kompleks. Perkembangan ini membentuk sistem otomasi menuju pada suatu struktur tertentu, dan membentuk suatu hirarki sistem otomasi.
II.7.1 Konsep Dasar Programmable Logic Controller
Secara definitif, menurut NEMA National Electrical Manufactures Association, PLC adalah suatu alat elektronika digital yang berbasis mikrokontroller
dan menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan dan mengaplikasikan instruksi – instruksi dari suatu fungsi tertentu, seperti logika,
sekuensial, pewaktuan timing, pencacahan counting, dan aritmatika dalam rangka mengendalikan mesin-mesin ataupun suatu proses.
PLC merupakan elemen unit pengendali yang fungsi pengendaliannya dapat diprogram sesuai dengan keperluan. Jadi, sebelum digunakan PLC diprogram
terlebih dahulu agar proses pengendalian yang terjadi sesuai dengan yang diinginkan. Piranti ini juga dirancang sedemikian rupa agar tidak hanya para programmer
komputer saja yang dapat membuat dan mengubah program-program yang ada di dalamnya melainkan juga dapat dioperasikan oleh para insinyur yang memiliki
kemampuan terbatas mengenai pemograman bahasa komputer. Oleh sebab itu para perancang PLC sudah menempatkan sebuah program awal pre-program yang
memungkinkan program-program kontrol dapat dimasukkan dengan menggunakan bahasa pemograman yang sederhana dan mudah dipahami.
Prinsip kerja PLC sama dengan prinsip relay yaitu berupa saklar on-off, tetapi PLC dipandang lebih menguntungkan dari pada relay pada umumnya. Kemudahan –
Universitas Sumatera Utara
kemudahan yang di dapat dengan menggunakan PLC sebagai unit pengendali adalah sebagai berikut :
1. Fleksibel
Sebelum menggunakan PLC sebagian besar sistem kontrol mesin menggunakan alat kontrol berupa relay ataupun electronic card. Sistem
tersebut tidak praktis karena tidak bisa digunakan secara umum. Sebagai contoh pada setiap mesin yang berbeda tipe, maka akan dibutuhkan
electronic card yang berbeda pula sesuai dengan yang dibuat oleh pabrikannya. Sedangkan PLC bisa digunakan secara umum pada setiap tipe
mesin dan kita cukup hanya menyediakan program palikasinya saja. 2.
Kemudahan pembuatan dan pengeditan program. PLC mudah diprogram dengan menggunakan bahasa pemograman yang
relatif sederhana dan mudah dipahami serta sebagian besar berhubungan dengan operasi-operasi logika dan penyambungan. Pengeditan program
juga dapat dilakukan dengan mudah sesuai dengan kebutuhan. 3.
Kemudahan pemeliharaan dan perbaikan Dibutuhkan banyak waktu pada saat hendak memodifikasi proses
pengontrolan dengan menggunakan electronic card maupun relay-relay. Selain itu proses pelacakan pada saat terjadi gangguan akan cukup sulit
dilakukan. Tetapi, dengan PLC proses modifikasi dapat dilakukan dengan hanya dengan pemograman ulang Reprogram tanpa perlu diinstalasi
ulang. Proses pelacakan kesalahan juga dapat dimonitor langsung dengan menggunakan programming tools yang disediakan oleh masing-masing
vendor PLC.
Universitas Sumatera Utara
4. Dapat digunakan pada berbagai macam alat
Proses pengontrolan dengan menggunakan PLC dapat dilakukan pada berbagai macam alat maupun mesin, walaupun mesin yang digunakan
berbeda-beda jenis maupun tipe. Pemakai hanya perlu menyediakan program aplikasi sesuai dengan PLC yang digunakan dan memogram PLC
tersebut agar beroperasi sesuai dengan proses yang diinginkan. 5.
Memiliki jumlah kontak relay yang banyak Setiap PLC memiliki jumlah kontak relay yang cukup banyak. Sedangkan
pada relay konvensional jumlah kontaknya terbatas. Pada satu koil internal relay PLC jumlah kontaknya bisa mencapai ratusan, tetapi hal ini juga
tergantung pada kapasitas memori dari PLC yang digunakan. 6.
Memiliki banyak fasilitas dan lebih fungsional Setiap PLC sudah memiliki fasilitas seperti timer, counter, latch, dan
fungsi-fungsi lainnya. Sehingga tidak diperlukan lagi penggunaan timer dan counter dan fasilitas eksternal lainnya karena sudah ada dalam PLC.
7. Keamanan security yang baik
Program PLC yang telah dirancang dapat diproteksi sehingga tidak dapat diubah orang sembarangan. Hal ini berbeda dengan sistem relay
konvensional yang sistemnya cenderung lebih terbuka dan memungkinkan setiap orang melakukan perubahan pada sistemnya.
8. Program yang telah dibuat dapat disimpan
Program aplikasi PLC yng telah dirancang dengan mudah dapat disimpan pada CD, disket, dan harddisc komputer seperti program komputer pada
Universitas Sumatera Utara
umumnya. Sehingga program aplikasi yang asli dapat disimpan dan bisa digunakan kembali bila diperlukan.
9. Dapat dimonitoring secara visual
Sebelum program aplikasi yang telah dirancang akan digunakan, maka program tersebut dapat dites terlebih dahulu dalam skala laboratorium
dengan menggunakan lampu indikator yang ada pada PLC. Hal ini akan memudahkan proses evaluasi dan penyempurnaan program. Selain itu,
program tersebut dapat dimonitoring secara visual dengan menggunakan programming device yang disediakan masing-masing PLC.
10. Bersifat kokoh dan dirancang untuk dapat beroperasi pada kondisi suhu,
kelembaban, getaran, dan tingkat kebisingan yang lebih dari kondisi normal.
Perkembangan PLC berhubungan erat dengan perkembangan mikroprosesor. Oleh karena itu, bila kemampuan mikroprosesor meningkat, maka kemampuan PLC
yang menggunakan mikroprosesor tersebut meningkat juga. Saat ini PLC sudah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modul – modul khusus seperti PID,
analog IO, dan komputer untuk suatu proses pengendalian khusus. Hal – hal mendasar yang harus diketahui dalam pengenalan dan penggunaan
PLC sesuai fungsi yang diinginkan adalah : •
Prinsip Kerja Dasar
PLC menerima sinyal input dari peralatan diskrit onoff atau analog sensor. Modul input mengidentifikasi serta mengubah sinyal tersebut ke dalam
bentuk tegangan yang sesuai dengan modul input dan mengirimkannya ke CPU Central Processing Unit. Sinyal input tersebut diolah, kemudian dikirim ke modul
Universitas Sumatera Utara
output berdasarkan program yang telah disimpan di CPU. Bentuk sinyal output diubah menjadi tegangan yang sesuai dan dipakai untuk menjalankan peralatan
output actuator . Selama proses operasinya, CPU sebuah PLC melakukan tiga operasi utama yaitu Ketiga proses di bawah dinamakan proses scanning:
o Membaca data masukan input melalui perangkat yang disebut
modul input. o
Mengeksekusi program kontrol yang telah dirancang dan tersimpan pada memori PLC.
o Memperbaharui data-data pada modul output PLC.
Adapun gambar prinsip kerja dasar PLC dapat dilihat dibawah ini.
Gambar 2.8 Prinsip kerja dasar PLC •
Sistem Aliran Daya
Sistem aliran daya merupakan prinsip yang digunakan pada pemrograman PLC. Seperti arus yang mengalir pada rangkaian listrik, garis vertikal pada posisi kiri
dan kanan adalah rel daya yang diasumsikan sebagai sumber daya untuk mengaktifkan fungsi – fungsi yang terdapat di dalam program yang dibuat.
Universitas Sumatera Utara
Fungsi – fungsi tersebut secara langsung berhubungan dengan rel daya. Kemudian dieksekusi setiap satu kali scan operasi.
Gambar berikut merupakan sistem aliran daya yang menjelaskan fungsi-A aktif jika ada aliran daya melewatinya. Sedangkan agar fungsi-C dapat aktif, maka
fungsi-B harus aktif terlebih dahulu untuk melewatkan daya ke fungsi-C. Gambar sistem aliran daya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.9 Sistem Aliran Daya
II.7.1 Komponen - komponen Penyusun PLC
PLC pada dasarnya adalah komputer yang didesain untuk keperluan khusus, sehingga memiliki input dan output yang jelas. Persamaan antara komputer dan PLC
dapat dilihat pada kemiripan struktur dasar yang membentuk keduanya. PLC memiliki empat komponen utama , yaitu : Power Supply catu daya, Processor,
Memori, dan Modul Input Output. Kondisi input PLC dibaca, kemudian disimpan dalam memori. PLC akan
memproses keadaan input tadi di CPU sesuai dengan instruksi logik yang sudah diprogram. Kondisi output digunakan untuk mengendalikan suatu peralatan tertentu,
seperti motor, variabel speed drive, dan sebagainya.
FUNGSI-A
FUNGSI-B FUNGSI-C
Universitas Sumatera Utara
Dalam hal ini prosessor akan mengontrol peralatan luar yang terkoneksi dengan modul output berdasarkan kondisi perangkat input serta program yang
tersimpan di dalam PLC tersebut. Adapun komponen-komponen utama dari sebuah PLC dijelaskan sebagai
berikut : 1.
Power Supply
Unit Power supply catu daya dibutuhkan untuk mengubah tegangan AC dari sumber menjadi tegangan rendah DC 5 Volt yang akan digunakan oleh IC
dalam CPU PLC untuk beroperasi. Jika terjadi block out Power supply power off, maka rangkaian power supply pada PLC dilengkapi dengan
baterai cadangan Back-up Battery. Sehingga jika terjadi kegagalan power, maka secara otomatis baterai akan menggantikan power supply utama ke
CPU agar program pada memori user tidak hilang. 2.
Prosessor
Prosessor merupakan otak PLC, yang berfungsi mengendalikan dan mengawasi jalannya operasi dalam PLC, dan juga melakukan operasi
manipulasi data sesuai dengan instruksi program yang tersimpan dalam memori. Suatu jalur komunikasi internal akan membawa informasi dari dan
ke CPU, memori dan unit IO, dengan dikendalikan oleh Prosessor. Sistem pada CPU PLC berbasis mikroprosesor. Prosessor terintegrasi dengan CPU
Central Processing Unit pada PLC. Jadi fungsi utama Prosesor pada PLC adalah mengatur tugas dari keseluruhan sistem PLC baik itu berupa fungsi
matematis, manipulasi data, tugas-tugas diagnostik, dan lain sebagainya. Mikroprosesor dari sebuah PLC dikategorikan berdasarkan jumlah dan
Universitas Sumatera Utara
panjang ukuran bit dari register prosesor tersebut dan biasanya terdiri dari 8, 16, dan 32 bit. Semakin panjang ukuran jumlah bit, maka akan semakin cepat
pula proses yang terjadi pada PLC tersebut. Setiap kali melakukan proses scanning, prosesor akan mengeluarkan sinyal pada akhir proses scan yang
dinamakan sinyal end-of-scan EOS. Waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu kali proses scan dinamakan waktu scan scan time.
Waktu scan dapat didefenisikan sebagai waktu total yang diperlukan prosesor unutk mengeksekusi program dan memperbaharui modul inputoutput nya.
Waktu scan dipengaruhi oleh dua faktor yaitu jumlah memori yang diperlukan oleh program yang dirancang dan jenis instruksi yang digunakan
dalam program. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu kali scan dapat bervariasi antara beberapa millidetik, sampai ratusan millidetik.
3. Memori
Memori merupakan area dalam CPU PLC tempat data serta program rancangan disimpan dan dieksekusi oleh prosessor. Pada umumnya memori
terbagi atas dua kategori yaitu : volatile memory dan unvolatile memory. Program atau data yang disimpan pada volatile memory kan hilang apabila
catu daya PLC mati. Volatile memory juga sering disebut Random Acces Memory RAM. Sebagian PLC yang menggunakan RAM dilengkapi dengan
baterai cadangan apabila catu daya sumber mati. Tetapi hal ini juga akan menjadi masalah jika terjadi kegagalan baterai. Hal sebaliknya terjadi pada
unvolatile memory. Yang termasuk dalam kategori unvolatile memory yaitu : •
Read-Only Memory ROM
Universitas Sumatera Utara
Memori ini dirancang untuk menyimpan program secara permanen. Secara umum PLC jarang menggunakan ROM untuk menyimpan
program pengguna kecuali untuk aplikasi khusus yang programnya tidak akan diubah.
• Programmable Read-Only Memory PROM
Merupakan salah satu jenis ROM yang dapat diprogram ulang dengan menggunakan alat pemograman khusus. Memori ini jarang digunakan
pada PLC unutk menyimpan program pengguna. Umumnya hanya digunakan pada back up program saja.
• Erasable Programmable Read-Only Memory EPROM
Ini merupakan memori sejenis PROM yang dapat diprogram ulang setelah program yang sebelumnya telah tersimpan dihapus dengan
menggunakan sinar ultraviolet. •
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory EEPROM Ini merupakan jenis ROM yang menyerupai RAM dan paling banyak
digunakan pada PLC untuk menyimpan program pengguna. Hal ini disebabkan karena dalam mengubah program pada memori ini kita
cukup menggunakan perangkat pemograman pada PLC itu sendiri, misalnya : komputer atau mini-programmer. Keunggulan lainnya dari
memori jenis ini adalah kemampuan hapus-tulisnya yang berkisar 10.000 kali
Kapasitas memori tertentu yang dimiliki PLC berkisar antara 1 – 64 Kbyte, tergantung dari modul memori yang digunakan.
Universitas Sumatera Utara
4. Modul InputOutput
Unit modul ini berfungsi sebagai perantaraantarmuka PLC dengan proses yang dikendalikan. Unit IO ini bermacam-macam, tergantung dari jenis
PLC-nya, seperti : •
Input : 5V, 24V, 110V, 240V.
• Output
: 24V 100mA, 110V 1A, 240V 1A AC. triac, 240V 2A AC relay.
Tiap PLC, mempunyai satu macam input dan satu macam output. Agar penggunaan IO mudah, digunakan terminal IO yang berupa terminal
dengan memakai sekrup atau plug-in. Tiap IO memiliki suatu alamat tersendiri yang akan digunakan pada program pada PLC.
5. Modul-modul tambahan
Pada penggunaannya, sering dipakai modul-modul tambahan, seperti : •
IO analog, yang berfungsi sebagai unit IO untuk sinyal-sinyal analog. •
Pengendali PID, yang merupakan suatu modul pengendali proportional, integral, dan derivative, yang pada saat ini sudah terintegrasi pada
program PLC. •
Komunikasi, yang merupakan perantara PLC dengan PLC lain, komputer, printer, dan sebagainya.
• IO tambahan
• Memori tambahan
Di samping modul-modul diatas, masih banyak lagi modul-modul tambahan yang dapat digunakan pada PLC.
Universitas Sumatera Utara
II.7.2 Perangkat – perangkat Input-Output pada PLC
Bagian InputOutput dari PLC terdiri dari modul input dan output. Sistem IO membentuk interface dengan peranti medan yang dihubungkan pada pengontrol.
Tujuan interface ini adalah untuk kondisi berbagai sinyal yang diterima dari atau dikirimkan ke peranti medan eksternal.
Beberapa contoh peranti input pada PLC antara lain: 1.
tombol-tekan saklar-saklar mekanis 2.
saklar pembatas saklar jarak 3.
sensor – sensor dan saklar-saklar fotoelektris 4.
Enkoder 5.
Pengukur regangan strain gauge 6.
Detektor ketinggian cairan dan pengukur aliran cairan 7.
Keypad Sedangkan peranti output seperti :
1. kontaktor
2. katup-katup kontrol direksional keran solenoid
3. motor DC, motor AC, motor langkah stepper motor
4. lampu indikator.
Universitas Sumatera Utara
BAB III MEKANISME KERJA MESIN FILLER
III.1 Mekanisme Kerja Mesin Filler Mesin filler ini menggunakan sistem perlawanan tekanan. Bila pada ruang
tertutup tanpa ada kebocoran di tiupkan dengan udara gas dari atas maka pada ruangan tersebut akan terjadi perlawanan tekanan dari bawah yang sama besarnya.
Begitu pula dengan mesin filler ini, air terlebih dahulu pada bottlen plate, pastikan bahwa proses sanitasi telah di lakukan dengan benar, suplai udara bertekanan dan
CO
2
ada dan cukup serta flavourcampuran yang ada sesuai dengan rencana produksi dan pastikan juga bahwa ketinggian filler dan crowner sudah sesuai dengan
botol yang akan di produksi. Kemudian periksa dan atur posisi valve pada beverage line sesuai dengan standartnya. Untuk lebih jelasnya, proses pengisian minuman
dapat dilihat pada keterangan berikut yang dikenal dalam 4 langkah pengisian : 1.
Counter pressure The bottle Counter pressure adalah pemindahan udara gas dari filler bowl ke dalam
yang mempunyai tekanan yang sama sehingga produk akan mengalir ke dalam bowl.
2. Pengisi produk
Ketika tekanan di dalam botol dan filler yang sudah sama, sebuah pegas secara otomatis akan membuka valve yang menyebabkan produk masuk ke
dalam botol dan umbrella selaput mengarahkan produk mengalir ke dalam melalui sisi bagian dalam botol. Adapun gambar pengisi produk dapat dilihat
pada gambar berikut ini :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Pengisian Produk
3. Pengontrol tinggi permukaan air dalam botol dan bejana
Lubang dalam vent tube sudah di atur kembali ketinggiannya sehingga ketika produk mencapai tinggi permukaan yang telah ditentukan maka akan tertutup
lubang tersebut. Dengan terhentinya pengambilan gas, tekanan di ruang atas botol ataupun ruang di atas bejana akan naik dan aliran akan menjadi
berhenti. Adapun pengontrol tinggi permukaan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Pengontrolan Ketinggian Dengan Menggunakan PLC Sniffing
Adalah sebuah alat yang akan membuka valve untuk membuang sisa udara keluar dari botol di atas permukaan produk melalui lubang kecil.
4. Product Charge Position
Piston diambil kembali dari silinder sehingga produk tersedot ke dalam silinder. Sebuah katup rotari kemudian berubah posisi sehingga produk
kemudian didorong keluar dari nozzle, bukan kembali ke hopper penampungan. Product Charge Position dapat dilihat pada gambar
dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Produck Charge Position
Universitas Sumatera Utara
III.2 Rangkaian Kontrol Mesin Filler
Gambar 1.2. Layout Rangkaian kontrol filler
Keterangan gambar :
1. Kontrol Daya Utama.
Digunakan untuk mengontrol tegangan sumber dengan tegangan yang di suplai dengan komponen-komponen kontrol dan juga digunakan untuk
mencegah kerusakan pada peralatan kontrol yang di sebabkan karena tidak sesuainya antara tegangan sumber dengan tegangan nominalnya.
2. Kontrol motor filler pengisian.
Adalah sebuah motor induksi belitan yang digunakan sebagai penggerak utama. Motor ini diasut langsung dari jala-jala dengan mengoperasikan
sebuah tombol tekan. Pengaturan kecepatan motor diatur dengan menggunakan converter.
Bejana 1
2 3
4 5
6 7
8 Botol kemasan
Universitas Sumatera Utara
3. Pengaturan ketinggian bowl bowl high adjustment.
Sebelum proses pengisian dimulai terlebih dahulu diatur ketinggian bowl pelampung. Pada bowl high adjustment tegangan yang digunakan untuk
mengatur ketinggian bowl agar dalam pengisian tidak terjadi kekurangan atau kelebihan standart pengisian dapat di atur sesuai dengan ukuran botol yang
ada. Kontrol bowl high adjustment ini menggunakan dua buah limit switch yang berfungsi untuk men-OFF-kan motor apabila ketinggian yang
diinginkan sudah dicapai. 4.
Pengaturan ketinggian crown crown height adjustment. Setelah bowl pelampung diatur maka ketinggian crowner pun juga harus
diatur. Untuk mengantisipasi tidak sampainya tutup botol pada mulut botol pecah karena tekanan yang begitu keras dari mesin crowner. Pengaturannya
dapat dikontrol dengan pengasutan motor putar balik yang dinaikan dan diturunkan sesuai dengan ketinggian bowl yang akan diisi.
5. Kontrol manual katub pengisian dan penyemprotan vebt tube Manual control
filling and manual tube sprayer. Bila terjadi gangguan botol pecah maka vent tube harus dibersihkan untuk
mencegah masuknya pecahan botol ke dalam minuman. 6.
Kontrol penyemprotan tabel otomatis Automatic table sprayer. Dioperasikan dengan menggunakan sebuah timer onoff delay yang berfungsi
untuk mengatur waktu dan menutup solenoid valve. 7.
Kontrol penggerak utama setengah kecepatan in feet. 8.
Kontrol main drive filler stop out stop.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV ANALISA PROSES