DASAR TEORI

3.2.7 Keluaran-keluaran PLC

Sistem otomatis tidaklah lengkap jika tidak ada fasilitas keluaran atau fasilitas untuk menghubungkan dengan alat-alat eksternal (yang dikendalikan). Beberapa alat atau piranti yang banyak digunakan adalah motor, solenoida, relay, lampu indikator, speaker dan lain sebagainya. Keluaran ini dapat berupa analog maupun digital. Keluaran digital bertingkah seperti sebuah saklar, menghubungkan dan memutuskan jalur. Keluaran analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog (misalnya, perubahan tegangan untuk pengendalian motor secara regulasi linear sehingga diperoleh kecepatan putar tertentu).

Sebagaimana pada antarmuka masukan, keluaran juga membutuhkan antarmuka yang sama yang digunakan untuk memberikan perlindungan CPU dengan peralatan eksternal, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.5. Cara kerjanya juga sama, yang menyalakan dan mematikan LED didalam opto-isolator sekarang adalah CPU, sedangkan yang membaca status photo transistor, apakah menghantarkan arus atau tidak, adalah peralatan atau piranti eksternal [3].

3.2.8 Ladder Logic

Ladder logic adalah bahasa pemrograman PLC dengan bahasa grafik atau bahasa yang digambar secara grafik. Diagram ini menyerupai diagram dasar yang digunakan logika kendali sistem kontrol panel di mana ketentuan instruksi terdiri dari koil-koil, NO, NC dan dalam bentuk penyimbolan. Pemrograman tersebut akan memudahkan programmer dalam mentransisikan logika pengendalian khususnya bagi programmer yang memahami logika pengendalian sistem kontrol panel. Simbol-simbol tersebut tidak dapat dipresentasikan sebagai komponen, tetapi dalam pemrogramannya simbol-simbol tersebut dipresentasikan sebagai fungsi komponen sebenarnya.

Masukan PLC mudah digambarkan dengan ladder logic. Dalam Gambar

3.6 ada 2 jenis masukan yang ditampilkan. Masukan pertama adalah masukan normally open. Pada normally open. sebuah masukan aktif X akan menyambungkan kontaktor dan mengalirkan arus. Masukan kedua adalah masukan normally close. Pada normally close, arus akan mengalir ketika masukan

X tidak aktif [4].

Gambar 3.6 Masukan ladder logic.

Untuk keluaran PLC dalam ladder logic ada berbagai jenis masukan. Tetapi tidak semuanya tersedia untuk seluruh jenis PLC. Beberapa keluaran dapat dihubungkan ke komponen di luar PLC, tetapi tetap memungkinkan untuk menggunakan lokasi memori internal di dalam PLC. Jenis-jenis keluaran ditampilkan pada Gambar 3.7. Keluaran pertama adalah keluaran normal. Ketika arus mengalir dari masukan, keluaran X akan aktif. Keluaran kedua adalah normally on output. Keluaran ini ketika arus mengalir maka akan mematikan keluaran X yang pada saat normal menyala [4].

Ladder logic yang digunakan dalam pemrograman PLC memiliki instruksi-instruksi dasar. Instruksi (perintah program) merupakan perintah agar PLC dapat bekerja seperti yang diharapkan. Pada setiap akhir program harus di instruksikan kalimat END yang oleh PLC dianggap sebagai batas akhir dari program. Berikut adalah beberapa instruksi dasar pada PLC [5].

1. LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT) LOAD adalah sambungan langsung dari line dengan logika sakelarnya seperti sakelar NO, sedangkan LOAD NOT logika sakelarnya seperti sakelar NC. Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja pada sistem kendali hanya membutuhkan satu kondisi logika saja untuk satu output. Simbol ladder diagram dari LD dan LD NOT seperti Gambar

Gambar 3.8 Simbol logika LOAD dan LOAD NOT.

2. AND dan NOT AND (NAND) Jika memasukkan logika AND maka harus ada rangkaian yang berada di depannya, karena penyambungannya seri. Logika saklar AND seperti sakelar NO dan NOT AND seperti saklar NC. Instruksi tersebut dibutuhkan jika urutan kerja sistem kendali lebih dari satu kondisi logika yang terpenuhi semuanya untuk memperoleh satu output. Simbol ladder diagram dari AND dan NOT AND seperti Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Simbol logika AND dan NOT AND.

3. OR dan NOT OR (NOR) OR dan NOT OR (NOR) dimasukkan seperti saklar posisinya paralel dengan rangkaian sebelumnya. instruksi tersebut dibutuhkan jika urutan kerja sistem kendali membutuhkan salah satu saja dari beberapa kondisi logika terpasang paralel untuk mengeluarkan satu output. Logika saklar OR seperti saklar NO dan logika saklar NOT OR seperti saklar NC. Simbol ladder diagram dari OR dan OR NOT seperti Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Simbol logika OR dan NOT OR.

4. TIMER dan COUNTER Jumlahnya bergantung dari masing-masing tipe PLC. Jika suatu nomor sudah dipergunakan sebagai TIMER/COUNTER, maka nomor tersebut tidak boleh lagi dipakai lagi sebagai TIMER/COUNTER yang lain. Nilai TIMER/COUNTER bersifat menghitung mundur dari nilai awal yang ditetapkan oleh program. Setelah hitungan tersebut mencapai angka nol, maka kontaktor NO TIMER/COUNTER akan bekerja. TIMER mempunyai batas hitungan antara 0000 sampai 9999 dalam bentuk BCD (Binary Code Decimal) dan dalam orde sampai 100 ms. COUNTER mempunyai orde angka BCD dan mempunyai batas antara 0000 sampai dengan 9999. Simbol ladder diagram dari TIMER dan COUNTER seperti Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Simbol logika TIMER dan COUNTER.

3.3 Robot Manipulator Gripper

3.3.1 Robot

Robot adalah peralatan yang dapat diprogram ulang, memiliki banyak fungsi yang didesain untuk memindahkan material, suku cadang (part), peralatan atau peralatan khusus. Istilah robot berasal dari Rusia, yaitu dari kata robota yang berarti tenaga kerja/buruh. Di awal abad ke 20 ilmuwan Cekoslowakia, Karel Capek (1890-1938) memperkenalkan istilah robot dengan membuat seperangkat mesin yang diberi nama Rosum’s Universal Robots (RUR). Aplikasi robot sebagian besar pada bidang industri bertujuan untuk meningkatkan produktivitas produksi. Robot dapat digunakan secara rutin terus menerus tanpa merasakan kebosanan atau digunakan pada lingkungan yang sangat berbahaya. Sebagai contoh dalam industri nuklir, robot harus digunakan karena radiasi nuklir sangat berbahaya bagi manusia. Robot digunakan pada industri perakitan, pengelasan, peleburan, pengecatan dan telah digunakan pada bidang militer sebagai peralatan penjinak bom, bidang kedokteran sebagai peralatan operasi otomatis. Di bidang sosial robot banyak membantu sebagai pengganti bagian tubuh yang mengalami kecacatan fisik [5].

3.3.2 Manipulator

Manipulator adalah lengan yang memberikan gerakan robot untuk memutar, melipat, menjangkau objek. Gerakan ini di sebut dengan derajat kebebasan robot atau jumlah sumbu yang ada pada robot. manipulator terdiri dari beberapa segmen dan sambungan. Manipulator memiliki dua bagian, yaitu bagian dasar dan bagian tambahan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Bagian dasar manipulator bisa kaku terpasang pada lantai area kerja ataupun terpasang pada rel. Rel berfungsi sebagai path atau alur sehingga memungkinkan robot untuk bergerak dari satu lokasi ke lokasi lainnya dalam satu area kerja. Bagian tambahan merupakan perluasan dari bagian dasar, bisa disebut juga lengan/arm. Bagian ujungnya terpasang efektor yang berfungsi untuk mengambil/mencekam material. Manipulator digerakkan oleh aktuator atau disebut sistem drive. Aktuator atau sistem drive menyebabkan gerakan yang bervariasi dari manipulator. Aktuator bisa menggunakan elektrik, hidrolik ataupun pneumatik [5].

3.3.3 Gripper

Gripper adalah sebuah efektor yang berfungsi untuk menggenggam dan menahan objek. Objek ini merupakan sebuah komponen yang akan dipindahkan oleh robot dapat berupa kertas, botol, bahan mentah dan peralatan-peralatan lain. Contoh gripper dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Aplikasi gripper.

Menurut jumlah peralatan penggenggam dan penahan, gripper dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu : gripper tunggal dan gripper ganda, masing- masing memiliki kelebihan dan kekurangan sesuai dengan tujuan dari sistem robot. Gripper tunggal diartikan bahwa hanya ada satu peralatan untuk menggenggam dan menahan yang dipasang pada wrist. Gripper ganda diartikan bahwa ada dua peralatan yang berfungsi sebagai penggenggam dan penahan objek yang dipasang pada wrist [5].

3.3.4 Geometri Lengan

Geometri lengan manipulator dibagi menjadi empat sistem koordinat yaitu koordinat kartesian, koordinat polar, koordinat silindrikal dan koordinat artikulasi. Manipulator digerakkan oleh penggerak, bisa berupa pneumatik, hidrolik dan elektrik. Masing-masing penggerak (drive) memiliki kelebihan dan kelemahan masing-masing. Manipulator bergerak dalam jangkauan area tertentu yang disebut dengan kerja jangkauan. Kerja jangkauan manipulator dihitung dengan kebebasan mutlak atau tidak adanya penghalang.

Sesuai dengan sudut pandang matematika, koordinat kartesian dikenal dengan tiga sumbu dasar, bidang X, bidang Y dan bidang Z. masing-masing bidang tersebut dihubungkan dengan gerakan lengan manipulator dari titik awal sehingga akan membentuk suatu titik tertentu dengan gerakan lurus vertikal maupun horizontal. Gambar 3.14 menjelaskan tentang tiga sumbu dasar pada sistem koordinat kartesian. X, Y dan bidang Z diidentifikasi sebagai gerakan manipulator. Manipulator bergerak melalui ruang hanya melalui bidang X, Y dan Z sebagai sarana untuk mencapai target [5].

Gambar 3.14 Aplikasi koordinat kartesian.

Koordinat silinder membentuk tiga derajat kebebasan atau tiga sumbu yaitu θ (theta) atau sumbu rotasi. Bidang Z membentuk gerakan naik dan turun atau vertikal, sedangkan R membentuk gerakan horizontal atau maju dan mundur. Masing-masing gerakan tersebut membentuk volume silinder sehingga disebut koordinat silinder.

Pada sebagian aplikasi koordinat silindrikal yang diterapkan pada sistem robot, θ atau gerakan rotasi biasanya memiliki sudut 300°, sisa sudut 60° disebut dead zone atau daerah mati. Daerah ini berfungsi sebagai operasi keamanan robot apabila terjadi kesalahan gerakan, sehingga tidak menimbulkan kerusakan akibat benturan. Bidang R dan bidang Z membentuk gerakan horizontal (maju, mundur) dan vertikal (naik, turun). Gerakan tersebut disesuaikan dengan kerja robot. Gambar 3.15 menunjukkan prinsip dari koordinat silindrikal [5].

Gambar 3.15 Prinsip koordinat silindrikal.

Koordinat polar memiliki tiga sumbu yaitu θ atau gerakan rotasi, gerakan ß (beta) atau gerakan melingkar dan sumbu R gerakan horizontal. Sistem koordinat ini juga disebut sebagai sistem spherical atau sistem bola karena jangkauan area dari robot membentuk volume bola. Gambar 3.16 menunjukkan gerakan sumbu polar. Sumbu θ dan sumbu R memiliki persamaan sumbu θ dan sumbu R pada koordinat silindrikal. Apabila antara θ dan ß dibalik posisi, yaitu sumbu beta diletakan berbatasan dengan base manipulator dan sumbu R akan menjadi sumbu Z atau bergerak secara vertikal [5].

Gambar 3.16 Prinsip koordinat polar.

Koordinat artikulasi adalah koordinat yang terdiri dari tiga sumbu yaitu : θ, sumbu W (lengan atas) dan sumbu U (siku). Koordinat ini memiliki 2 sumbu yang dapat melipat yaitu pada sumbu W dan sumbu U, sehingga koordinat ini menjadi lebih fleksibel dan banyak digunakan dalam industri. Koordinat artikulasi yang memiliki gerakan rotasi yang dihasilkan dari sumbu θ. Pada bagian atasnya terdapat sumbu W yang bergerak rotasi vertikal. Sumbu W memberikan pergerakan seperti sumbu ß yang terdapat pada koordinat polar. Sumbu U berputar vertikal seperti sumbu W, sehingga apabila gerak rotasi antara sumbu U dan sumbu W digabungkan akan membentuk gerakan yang sangat fleksibel. Gambar 3.17 menunjukkan prinsip dari koordinat artikulasi [5].

Gambar 3.17 Prinsip koordinat artikulasi.

3.4 Aktuator

Aktuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Aktuator mengubah suatu energi dari tenaga listrik, hidrolik atau pneumatik menjadi suatu besaran lain yang akan mengondisikan sebuah plant pada suatu sistem kontrol setelah mendapatkan perintah dari kontroler.

3.4.1 Solenoid Valve

Solenoid valve merupakan sebuah aktuator berupa katup yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC maupun DC melalui kumparan/ solenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan elemen kontrol otomatis.

saluran udara yang bertekanan menuju aktuator pneumatik (cylinder).Atau pada sebuah tandon air yang membutuhkan solenoid valve sebagai pengatur pengisian air [5]. Contoh solenoida valve dapat dilihat pada Gambar 3.18.

Gambar 3.18 Solenoida valve.

Solenoid valve akan bekerja bila kumparan/coil mendapatkan tegangan arus listrik yang sesuai dengan tegangan kerja (kebanyakan tegangan kerja solenoid valve adalah 100/200VAC dan kebanyakan tegangan kerja pada tegangan DC adalah 12/24VDC). Dan sebuah pin akan tertarik karena gaya magnet yang dihasilkan dari kumparan solenoida tersebut. Saat pin tersebut ditarik naik maka fluida akan mengalir dari ruang C menuju ke bagian D dengan cepat. Hal ini menyebabkan tekanan di ruang C turun dan tekanan fluida yang masuk mengangkat diafragma. Katup utama terbuka dan fluida mengalir langsung dari A ke F seperti pada Gambar 3.19.

Gambar 3.19 Prinsip kerja solenoida valve.

3.4.2 Aktuator Pneumatik

Istilah pneumatik berasal dari bahasa Yunani, yaitu ‘pneuma’ yang berarti napas atau udara. Istilah pneumatik selalu berhubungan dengan teknik penggunaan udara bertekanan, baik tekanan di atas 1 atmosfer maupun tekanan di bawah 1 atmosfer (vaccum), sehingga pneumatik merupakan ilmu yang mempelajari teknik pemakaian udara bertekanan (udara kempa). Aktuator pneumatik adalah aktuator yang menggunakan tenaga pneumatik atau udara sebagai penggeraknya.

Aktuator pneumatik yang umum digunakan pada produksi dan industri adalah linear motion actuator (penggerak lurus). Aktuator ini menghasilkan gerakan lurus atau translasi 2 arah. Ada 2 jenis aktuator linear yaitu single acting cylinder (silinder kerja tunggal) dan double acting cylinder (silinder kerja ganda) [5].

Single acting cylinder mendapatkan suplai udara hanya dari satu sisi saja. Untuk mengembalikan ke posisi semula biasanya digunakan pegas. Silinder kerja tunggal hanya dapat memberikan tenaga pada satu sisi saja. Gambar silinder kerja tunggal dapat dilihat pada Gambar 3.20.

Gambar 3.20 Single acting cylinder.

Silinder Pneumatik sederhana terdiri dari beberapa bagian, yaitu torak, seal, batang torak, pegas pembalik, dan silinder. Silinder sederhana akan bekerja bila mendapat udara bertekanan pada sisi kiri, selanjutnya akan kembali oleh gaya pegas yang ada di dalam silinder pneumatik [5].

Double acting cylinder mendapat suplai udara kempa dari dua sisi.

bahwa silinder ini dapat memberikan tenaga kepada dua belah sisi. Silinder kerja ganda ada yang memiliki batang torak (piston road) pada satu sisi dan ada pada kedua pula yang pada kedua sisi. Konstruksi yang mana yang akan dipilih tentu saja harus disesuaikan dengan kebutuhan. Gambar silinder kerja ganda dapat dilihat pada Gambar 3.21.

Gambar 3.21 Double acting cylinder.

Silinder pneumatik penggerak ganda akan maju atau mundur oleh karena adanya udara bertekanan yang disalurkan ke salah satu sisi dari dua saluran yang ada. Silinder pneumatik penggerak ganda terdiri dari beberapa bagian, yaitu torak, seal, batang torak, dan silinder. Sumber energi silinder pneumatik penggerak ganda dapat berupa sinyal langsung melalui katup kendali, atau melalaui katup sinyal ke katup pemroses sinyal (processor) kemudian baru ke katup kendali. Pengaturan ini tergantung pada banyak sedikitnya tuntutan yang harus dipenuhi pada gerakan aktuator yang diperlukan [5].

3.5 Sensor Posisi Magnetik

Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.

Sensor merupakan komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisis dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor di dalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor merupakan bagian dari transduser yang berfungsi untuk melakukan sensing atau merasakan dan menangkap adanya perubahan Sensor merupakan komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisis dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor di dalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor merupakan bagian dari transduser yang berfungsi untuk melakukan sensing atau merasakan dan menangkap adanya perubahan

Sensor Magnet adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Cara kerja dari sensor ini adalah ketika ada medan magnet mengenai bagian depan sensor, maka sensor akan bekerja sehingga menghubungkan kontaknya, medan magnet ini terdapat dari bagian dalam cylinder sebelah atas dan bawah kemudian posisi sensor menempel dengan badan cylinder pada saat cylinder bergerak naik atau turun maka akan ada medan magnet yang mengenai reed switch. Contoh sensor magnet dapat dilihat pada Gambar 3.22.

Gambar 3.22 Sensor posisi magnetik.

3.6 Crankshaft Lathe

3.6.1 Crankshaft

Crankshaft atau poros engkol adalah sebuah bagian pada mesin yang mengubah gerak vertikal/horizontal dari piston menjadi gerak rotasi (putaran). Untuk mengubahnya, sebuah crankshaft membutuhkan pena engkol (crankpin), sebuah bearing tambahan yang diletakkan di ujung batang penggerak pada setiap silindernya [7].

Crankshaft/poros engkol menjadi suatu komponen utama dalam suatu mesin pembakaran dalam. Crankshaft menjadi pusat poros dari setiap gerakan piston. Pada umumnya crankshaft terbuat dari baja karbon tinggi karena harus dapat menampung momen inersia yang dihasilkan oleh gerakan naik turun piston. Crankshaft harus terbuat dari bahan yang kuat dan mampu menahan beban atau Crankshaft/poros engkol menjadi suatu komponen utama dalam suatu mesin pembakaran dalam. Crankshaft menjadi pusat poros dari setiap gerakan piston. Pada umumnya crankshaft terbuat dari baja karbon tinggi karena harus dapat menampung momen inersia yang dihasilkan oleh gerakan naik turun piston. Crankshaft harus terbuat dari bahan yang kuat dan mampu menahan beban atau

Gambar 3.23 Crankshaft.

3.6.2 Lathe

Lathe atau mesin bubut adalah salah satu mesin perkakas yang digunakan dalam industri manufaktur. Salah satu proses machining yang dilakukan lathe/mesin bubut adalah proses turning. Turning adalah salah satu proses umum dalam operasi pemotongan logam. Dalam prosesnya, bahan material berputar pada porosnya dengan alat potong akan masuk memotong, membuang material yang tidak dibutuhkan dan membentuk komponen yang diinginkan. Turning dapat dilakukan baik kepada permukaan dalam maupun luar bahan material untuk membuat komponen berkontur axially-symetrical [8].

Dalam hal berkaitan dengan crankshaft, lathe/mesin bubut digunakan untuk melakukan proses turning pada crankshaft yang memiliki penampang melingkar. Bahan material logam untuk membentuk crankshaft akan diletakkan pada mesin bubut yang akan memutar bahan tersebut, lalu alat potong akan masuk memotong hingga menjadi sebuah crankshaft. Proses turning pada crankshaft menggunakan lathe dapat dilihat pada Gambar 3.24.