Aplikasi RFID (Radio Frequency Identification) Untuk Sistem Otomasi Pengisian Material Zat Cair.

(1)

APLIKASI RFID (Radio Frequency Identification) UNTUK SISTEM

OTOMASI PENGISIAN MATERIAL ZAT CAIR

Akhmad Teddy Setiyadi

Email : setiyadi.mail@gmail.com

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jalan Prof. Drg. Surya Sumantri, MPH 65

Bandung 40164, Indonesia

ABSTRAK

Proses identifikasi otomatis sudah banyak dipakai dalam dunia industri. Salah satu identifikasi otomatis yang banyak digunakan adalah RFID. Agar sistem yang terotomasi menggunakan RFID, maka diperlukan pengontrol yang cukup handal serta berstandar industri. PLC merupakan salah satu pengontrol yang dapat digunakan pada sistem terotomasi beraplikasi RFID.

Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah sistem otomasi pengisian material zat cair dengan menggunakan RFID (Radio Frequency Identification) dan PLC sebagai pengontrol. PLC Siemens yang terhubung pada RFID reader akan mengontrol valve sesuai dengan identifikasi awal yang terbaca pada tag RFID. PLC Premium diperlukan untuk mengkonversi dan menyimpan hasil pembacaan berat dari sensor load cell, sedangkan HMI menampilkan data dari PLC Siemens dan PLC Premium. HMI digunakan untuk memonitoring sistem agar semua proses dapat terpantau oleh user. Metode kontrol yang digunakan pada plant pengisian adalah kontrol on-off.

Hasil data pengamatan menunjukkan bahwa jarak optimal pembacaan RFID tag bila diletakkan pada medium bukan logam yaitu 50cm, tapi bila diletakkan pada medium logam jarak pembacaan mencapai 165cm. Komunikasi antara RFID reader dan PLC Siemens menggunakan ethernet berhasil dilakukan terbukti dengan terbacanya data dari RFID reader ke PLC Siemens. Data pengamatan menunjukkan bahwa dengan adanya kontrol on-off yang dimodifikasi dapat memperkecil nilai error hingga 0% pada set point yang lebih kecil dari 7 Kg.

Kata Kunci : PLC, RFID, HMI, kontrol on-off i

(2)

RFID (Radio Frequency Identification) APPLICATION FOR

LIQUID MATERIAL FILLING AUTOMATION SYSTEM

Akhmad Teddy Setiyadi

Email : setiyadi.mail@gmail.com

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jalan Prof. Drg. Surya Sumantri, MPH 65

Bandung 40164, Indonesia

ABSTRACT

Auto identification process has become very popular in many industries. One of the usable automatic identification is RFID. To create an automated system in the application of

RFID, it’s necessary to have reliable controller and also become standardized in the industry.

PLC is one of the controller that can usable to build an automation system that implementation of RFID.

In this final project, Automation system of liquid material filling that used RFID (Radio Frequency Identification) has been design and PLC as controller. PLC Siemens which is connected to the RFID reader will control the valve based on initial identification of RFID tag. PLC Premium is required to process the weight value from from the load cell sensor, and HMI get data from PLC Siemens and PLC Premium. HMI is designated as a system monitoring, so that all processes can be monitored by the user. The control method used in the filling plant is on-off control.

The result of observational data indicate that optimum distance for reading of RFID tag when placed in a non metal medium that is 50cm, but when placed on a metal medium the distance for reading can reach 165cm. Communication between RFID reader and PLC Siemens using ethernet successfully applied and it’s been proved while PLC database can be read. Observational data indicate that modified on-off controller can minimize the error value to 0% when set point less than 7 Kg. And for the next project can use the type of RFID active tag.

Keywords : PLC, RFID, HMI, on-off control ii

(3)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... x

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Rumusan Masalah... 2

I.3. Tujuan ... 2

I.4. Batasan Masalah ... 3

I.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI II.1. RFID ... 4

II.1.1. Prinsip Kerja RFID... 5

II.1.1.1. Medan Magnet ... 5

II.1.1.2. Transmisi Sinyal dari Reader ke Tag ... 6

II.1.1.3. Transmisi Sinyal dari Tag ke Reader ... 7

II.1.1.3.1. Ohmic Load Modulation ... 8

II.1.1.3.2 Capasitive Load Modulation ... 8

II.1.2. Frekuensi Kerja RFID ... 8

(4)

II.1.3. RFID Reader ... 9

II.1.3.1. HF Interface ... 9

II.1.3.2. Control System ... 10

II.1.4. RFID Tag... 11

II.1.4.1. Passive RFID Tag ... 11

II.1.4.2. Aktif RFID Tag ... 12

II.1.4.3. Semi Pasif RFID Tag ... 12

II.2. Programmable Logic Controller (PLC) ... 13

II.2.1. Bahasa Pemrograman PLC... 14

II.2.1.1. Diagram Tangga (Ladder) ... 14

II.2.1.2. Function Block Diagram ... 15

II.2.1.3. Statement List ... 15

II.2.1.4. Structured Text (ST) atau Structure Language (SL) ... 15

II.2.1.5. Sequential Function Chart (SFC) ... 16

II.3. SCADA ... ... 16

II.4. Solenoid Valve.... ... 17

II.5. Load cell ... ... 17

II.6. Structured Query Language ... 20

II.7. Sistem Kontroler ... 21

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1. Perancangan Sistem Pengisian Material ... 23

III.1.1. Perancangan Plant Pengisian Material Zat Cair ... 24

III.2. Perancangan Sistem Kontroler On-Off ... 27

III.3. Konfigurasi Software Sistem Otomasi Pengisian dan Monitoring Zat Cair .. 27

(5)

III.4. Wiring Sistem Pengisian dan Monitoring ... 34 III.5. Flowchart Sistem Pengisian dan Monitoring Zat Cair ... 36

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

IV.1. Tampilan Monitoring Plant Pengisian dengan Vijeo Citect ... 40 IV.2. Jarak Jangkau RFID ... 41 IV.3. Hasil Metode Kontrol On-Off ... 46 IV.4. Perbandingan Load Cell dengan Force Gauge

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan ... 53 V.2. Saran... 53

DAFTAR PUSTAKA ... 54

LAMPIRAN A ... A-1 LAMPIRAN B ... B-1

vii

(6)

DAFTAR TABEL

Tabel II.1. Perbandingan Teknologi RFID dengan Teknologi Lain ... 4

Tabel II.2. Tetapan Konstan... 5

Tabel II.3. SQL yang berisi 3 record dan 4 field ... 21

Tabel III.1. Input-Output PLC Siemens ... 34

Tabel IV.1. Pembacaan tag pada jarak 50cm pada medium non-metal... 41

Tabel IV.2. Pembacaan tag pada jarak 75cm pada medium non-metal... 42

Tabel IV.3. Pembacaan tag pada jarak 100cm pada medium non-metal ... 42

Tabel IV.4. Pembacaan tag pada jarak 150cm pada medium non-metal ... 43

Tabel IV.5. Pembacaan tag pada jarak 50cm pada medium metal ... 44

Tabel IV.6. Pembacaan tag pada jarak 75cm pada medium metal ... 44

Tabel IV.7. Pembacaan tag pada jarak 150cm pada medium metal ... 45

Tabel IV.8. Pembacaan tag pada jarak 165cm pada medium metal ... 45

Tabel IV.9. Data Pertama Pembacaan Massa Akhir dengan Jarak Reader dan tag Sejauh 50cm pada Medium bukan Metal ... 46

Tabel IV.10. Data Kedua Pembacaan Massa Akhir dengan Jarak Reader dan tag Sejauh 50cm pada Medium bukan Metal ... 47

Tabel IV.11. Data Ketiga Pembacaan Massa Akhir dengan Jarak Reader dan tag Sejauh 50cm pada Medium bukan Metal ... 47

Tabel IV.12. Data Keempat Pembacaan Massa Akhir dengan Jarak Reader dan tag Sejauh 50cm pada Medium bukan Metal ... 47

Tabel IV.13. Data Kelima Pembacaan Massa Akhir dengan Jarak Reader dan tag Sejauh 50cm pada Medium bukan Metal ... 48 Tabel IV.14. Error rata-rata untuk masing-masing nilai set point dari 5 percobaan 48

viii

(7)

Tabel IV.15. Pembacaan Massa Akhir dengan Nilai Kontrol yang dimodifikasi Serta Jarak antara Reader dan Tag sejauh 50cm pada medium bukan Metal... ... 49 Tabel IV.16. Random Set Point dengan kontrol yang dimodifikasi ... 50 Tabel IV.17 Perbandingan load cell terhadap force gauge... 52

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Besarnya nilai medan magnet terhadap panjang lintasan ... 6

Gambar II.2. Catu daya dengan medan magnet yang dihasilkan reader ke inductive couple tag ... 7

Gambar II.3. Transponder dengan load modulator ... 8

Gambar II.4. Transponder dengan capasitive load modulator ... 8

Gambar II.5. Diagram blok reader yang berisi HF interface dan control system .. 9

Gambar II.6 Diagram blok dari RF interface ... 10

Gambar II.7. Diagram blok dari control unit pada reader ... 10

Gambar II.8. Layout dasar RFID tag ... 11

Gambar II.9. Contoh tag RFID pasif ... 11

Gambar II.10. Contoh tag RFID aktif ... 12

Gambar II.11. Ladder diagram ... 14

Gambar II.12. Function block diagram ... 15

Gambar II.13. Statement list ... 15

Gambar II.14. Structured text ... 15

Gambar II.15. Sequential Function Chart ... 16

Gambar II.16. Struktur dari Solenoid Valve... 17

Gambar II.17. Load cell dengan empat buah strain gauge ... 18

Gambar II.18. Jembatan Wheatstone ... 18

Gambar II.19. Single ended beam load cell ... 19

Gambar II.20. Double ended beam load cell ... 19

Gambar II.21. S ended beam load cell ... 19

Gambar II.22. Single point load cell ... 20

(9)

Gambar II.23. Canister load cell ... 20

Gambar II.24. Sistem pengendalian kontrol terbuka ... 21

Gambar II.25. Sistem kontrol tertutup ... 22

Gambar II.26. Kontroler On-Off dengan Neutral zone ... 22

Gambar III.1. Sistem Otomasi Pengisian Material Zat Cair ... 23

Gambar III.2. Plant pengisian material zat cair ... 24

Gambar III.3. Tangki satu dan dua ... 25

Gambar III.4. Wiring dan Solenoid Valve ... 25

Gambar III.5. Load cell beserta dudukan... 26

Gambar III.6. Wiring pada weighing module TSX ISP 101 ... 26

Gambar III.7. Blok diagram sistem pengisian zat cair ... 27

Gambar III.8. Bentuk konfigurasi PLC Siemens ... 28

Gambar III.9. Ladder diagram pada TIA Portal v 13 ... 28

Gambar III.10. Data blok pada TIA Portal v 13 ... 29

Gambar III.11. Konfigurasi bus PLC Premium ... 29

Gambar III.12. Pengaturan Address I/O ... 30

Gambar III.13. Local variable pada vijeo citect ... 30

Gambar III.14. Variable tag pada vijeo citect... 31

Gambar III.15. Page pertama... 32

Gambar III.16. Page kedua ... 32

Gambar III.17. Pengaturan PLC Siemens pada KEPserver ... 33

Gambar III.18. Pengaturan PLC Modicon Premium pada KEPserver ... 33

Gambar III.19. Schematic PLC Siemens SIMATIC S7-1200 ... 34

Gambar III.20. Wiring sistem keseluruhan ... 35

(10)

Gambar III.21. Flowchart sistem otomasi pengisian zat cair ... 37

Gambar III.22. Flowchart menghubungkan PLC dan RFID reader ... 38

Gambar III.23. Flowchart algoritma membaca RFID ... 39

Gambar IV.1. Tampilan pembacaan tag RFID ... 40

Gambar IV.2. Tampilan monitoring pengisian ... 40

Gambar IV.3 Diaram blok kontrol on-off dengan modifikasi... 49

Gambar IV.4. Grafik set point terhadap error antara data dengan kontrol on-off modifikasi dan sebelum modifikasi ... 51

xii

(11)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Teknologi berkembang dengan pesat sehingga mendorong manusia untuk terus dapat melakukan inovasi dalam menciptakan segala sesuatu yang dapat meningkatkan efisiensi dan efektifitas kerja. Sistem perindustrian masa depan mengarah pada mesin-mesin yang terotomasi yang dominan untuk menggantikan tenaga manusia[2]_{. Secara garis besar menurut} Harrod (1990: 47), “Otomasi adalah pengorganisasian mesin untuk mengerjakan tugas-tugas rutin, sehingga hanya dibutuhkan sedikit campur tangan manusia” [4]_{. Maka pekerjaan dalam} hal identifikasi otomasi dapat digantikan oleh RFID. Dengan pengaplikasian RFID, tingkat ketelitian akan jauh lebih baik dibanding dengan menggunakan manusia.

RFID (Radio Frequency Identification) adalah proses identifikasi suatu objek dengan menggunakan frekuensi radio. Proses identifikasi otomatis pada RFID diperlukan RFID reader dan tag RFID. Tag RFID akan mendeteksi sinyal dari device yang kompetibel. Teknologi RFID mudah digunakan dan sangat cocok untuk sistem yang bersifat otomasi. RFID tersedia dalam device yang hanya bisa dapat dibaca (Read Only) atau dapat dibaca dan ditulis (Read/Write), serta tidak memerlukan kontak secara langsung. RFID dapat berfungsi pada berbagai kondisi lingkungan, dan tingkat integritas data yang tinggi. Selain itu, teknologi RFID sangat sulit untuk dipalsukan sehingga memiliki tingkat keamaanan yang tinggi.

Pada dasarnya tag pada RFID digolongkan menjadi RFID aktif dan RFID pasif. RFID aktif merupakan RFID yang catu dayanya di peroleh dari baterai, sehingga akan mengurangi daya yang diperlukan oleh pembaca RFID dan tag dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang lebih jauh. Sedangkan RFID pasif merupakan RFID yang catu daya tagnya diperoleh dari medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh pembaca RFID. Untuk itu RFID merupakan teknologi wireless yang komplit untuk otomasi sistem.

Sebelum aplikasi RFID diterapkan, banyak perusahaan-perusahaan dalam skala besar mengalami kerugian dikarenakan proses pengindentifikasian yang salah oleh operator (manusia), dan juga proses pengindentifikasian yang terlalu lama. Sedangkan perusahaan

(12)

BAB I PENDAHULUAN 2

Universitas Kristen Maranatha

tersebut memiliki kapasitas produksi yang besar, sehingga kecepatan merupakan suatu keharusan untuk mendapatkan untung yang sebesar-besarnya.

Dalam Tugas Akhir ini, otomasi sistem pengisian dapat digunakan untuk melakukan proses pengisian berupa material padat maupun material cair. Pada tugas akhir ini, otomasi sistem akan diterapkan untuk proses pengisian material cair yaitu air. Sistem otomasi pengisian akan dirancang menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) sebagai Remote Terminal Unit (RTU) ataupun sebagai Master Terminal Unit (MTU). Tantangan dalam perancangan sistem otomasi pengisian ini akan memotivasi untuk mengetahui lebih jauh lagi tentang RFID (Radio Frekuensi Identifikasi) bekerja dan pemrograman PLC pada Siemens SIMATIC, serta penggunaan software TIA v13 (Totally Integrated Automation) portal.

I.2 Rumusan Masalah

Bagaimana mengaplikasikan RFID pada sistem pengisian material zat cair ?

I.3 Tujuan

(13)

BAB I PENDAHULUAN 3

Universitas Kristen Maranatha I.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

(a) Tingkat keberhasilan aplikasi RFID untuk sistem otomasi sebesar 99,9%. (b) Toleransi kesalahan pada saat penimbangan sebesar ± 2%.

(c) Aplikasi RFID yang digunakan hanya untuk sistem otomasi pengisian air. (d) Tag RFID yang digunakan memiliki karakteristik pasif.

(e) Metode pengontrolan yang digunakan adalah metode kontrol on-off. (f) Komunikasi RFID dengan PLC menggunakan ethernet.

(g) Unit PLC yang digunakan adalah Siemens SIMATIC S7-1200. (h) Perangkat lunak yang digunakan TIA PORTAL v13 dan Vijeo Citec.

I.5 Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini tersusun menjadi 5 bab. Berikut ini adalah sistematika penulisan : 1. BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

2. BAB II LANDASAN TEORI

Membahas teori-teori dasar yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. 3. BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN

Menjelaskan tentang prinsip kerja dan penggunaan metode serta teori-teori yang telah dibahas di bab sebelumnnya dan direalisasikan dalam bentuk alat.

4. BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA

Berisi hasil pengujian sistem berdasarkan alat yang telah direalisasikan. 5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Memberikan kesimpulan dari sistem yang telah dibuat dan disertai saran untuk penelitian selanjutnya.

(14)

53 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini membahas tentang kesimpulan yang diperoleh setelah menyelesaikan tugas akhir beserta masukkan dan saran yang dapat digunakan untuk perbaikan selanjutnya.

V.1. KESIMPULAN

1. Sistem berhasil diaplikasikan dengan baik, terbukti dengan hasil akhir yang sesuai dengan yang diinginkan.

2. Komunikasi antara RFID reader dan PLC Siemens menggunakan ethernet berhasil 100 %, terbukti dengan terbacanya database.

3. Keberhasilan penggunaan RFID untuk sistem otomasi sebesar 100% dengan jarak maksimal 0-50cm bila tag diletakkan pada medium bukan logam, karena tag yang digunakan merupakan tag dengan karakteristik untuk medium logam atau metal. 4. Bila tag RFID diletakkan pada medium logam, jarak optimal pembacaan dapat

mencapai 0-165cm

5. Hasil data pengamatan menunjukkan bahwa dengan adanya kontrol on-off yang dimodifikasi dapat memperkecil nilai error hingga 0% bila set point yang ditentukan tidak lebih dari 7 Kg.

V.2. SARAN

1. Pada pengembangan selanjutnya tag RFID tidak hanya dapat sekedar dibaca, tetapi juga dapat ditulis untuk mengetahui keaadaan suatu proses yang sedang berjalan.

2. Untuk ujicoba RFID dapat menggunakan jenis tag yang berbeda, seperti jenis tag aktif ataupun jenis tag dengan karakteristik untuk medium bukan logam.

(15)

54 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. Finkenzeller, Klaus, Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards, Radio Frequency Identification and Near-Field Communication Third Edition, United Kingdom :A John Wiley and Sons, Ltd

2. Apa itu otomasi : http://riwanrandom.wordpress.com/2013/05/02/otomasi-ala-wikipedia

3. Prinsip kerja RFID : http://abisabrina.wordpress.com/2014/01/18/prinsip-kerja-rfid/#more-2045

4. Otomasi pada perpustakaan : http://univpgri-palembang.ac.id:2095 /penelitian/ Otomasi%20Perpustakaan.pdf

5. Smart antenna : http://www.alientechnology.com/readers/smart-antenna

6. Startup programming of the SIMATIC S7-1200 : s71200_easy_book_en-US.pdf 7. Bayu Erlangga, Willy. 2011. Rancang Bangun Timbangan Digital Dengan Pemilihan

Jenis Buah, (online), (http://journal.um.ac.id/index.php/tekno/article/view/3351) 8. Purwanto, Dwi.2011. Rancang Bangun Load Cell Sebagai Sensor Gaya Pada Sistem

Uji, (online), ( http://www.slideshare.net/ivancynkdhe/10-rancang-bangun-load-cell-sebagai-sensor-gaya-pada-sistem-uji)

9. _{Johnson, Curtis D. Process Control Instrumentation Technology, edisi ke-7,} Prentice-Hall, New Delhi, 2003.

10.Solenoid valve : http://www.meriwardanaku.com/2011/11/solenoid-valve.html.

11.Nagasari, Fitri. (2014). Aplikasi Load Cell pada Pengendalian dan Monitroing Level Zat Cair Menggunakan PLC. Skripsi. Bandung : Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha.

(1)