PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM KENDALI
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM KENDALI
MESIN JIG BORING 2 ½ D BERBASIS PC - LABVIEW
FARIZ MAULANA
M. ADRIOVANI
TAUFIK DINURIANSYAH
WILLIAM DJOHAR
Jurusan Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung
Jl. Kanayakan 21 Bandung, Indonesia
ABSTRAK
Pada karya tulis ini disajikan mengenai pembuatan perangkat lunak / program penggerak mesin Jig Boring 2
½ D. Software ini menggunakan visual programming agar lebih mudah digunakan oleh user. Bentuk visual
programming yang dibuat berupa sasaran koordinat yang dikehendaki untuk pergerakan mesin, yaitu maju, mundur,
kanan dan kiri, hingga naik dan turun. Pergerakan mesin yang dapat dilakukan adalah secara berurut sesuai dengan
urutan data koordinat yang dimasukan oleh pengguna program ini. Oleh karena itu, penulis memberi nama
“Diagram Block Programming Language”.
Apabila pengguna / user telah memasukan koordinat sasaran pada program ini, user dapat mengeksekusi
koordinat-koordinat yang telah ditentukan sebelumnya. Perintah-perintah untuk mengeksekusi koordinat tersebut
akan dikirimkan melalui arduino (sebagai modul I/O) dan akan diteruskan ke penggerak / driver. Sehingga Mesin
Jig Boring 2 ½ D akan melakukan pengeboran sesuai dengan koordinat yang ditentukan oleh pengguna (batas
bidang kerja dengan ukuran A4).
Dengan menggunakan arduino UNO sebagai modul IO, hasil kerja mesin Jig Boring 2 ½ D masih belum
presisi 100%. Dimana tingkat kepresisian dalam pengendalian motor DC (spindle dan sumbu Z) sebesar 95,69% dan
untuk motor stepper (sumbu X dan Y) sebesar 98,74%. Waktu yang dibutuhkan untuk pergerakan motor stepper
masih belum maksimal (untuk 1 cm membutuhkan waktu kurang lebih 30 detik).
Berdasarkan hasil yang demikian mesin Jig Boring 2 ½ D berbasikan PC-Labview dengan arduino UNO
sebagai modul IO masih belum mencapai performa terbaik.
Kata Kunci : labview, driver, jig boring
1.
Pendahuluan
Pengerjaan proyek akhir untuk jurusan
Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika pada
tahun ajaran 2012 / 2013 bertemakan “Perancangan
dan Pembuatan Kendali Mesin Jig Boring 2 ½ D”.
Untuk pengendalian Mesin Jig Boring 2 ½ D ini
dibagi menjadi 3, yaitu berbasis microcontroller, PLC
(Programmable Logic Controller), dan PC (Personal
Computer).
Mesin Jig Boring 2 ½ D merupakan suatu
mesin perkakas yang bertujuan unttuk mempermudah
pengerjaan manusia (operator) dalam proses boring,
drilling, dan juga counter-sinking dengan hasil yang
presisi dan akurat.
Untuk mendapatkan hasil yang presisi dan
juga akurat, maka dari itu dibutuhkannya sebuah
sistem kendali untuk memastikan bahwa gerakan
aktuator sesuai dengan harapan (parameter) yang
ditentukan oleh operator. Sistem kendali yang
diterapkan pada mesin Jig Boring 2 ½ D ini
menggunakan rangkaian tertutup (Closed Loop
Circuit), dimana variabel keluaran (Process
Variable / PV) yang akan dibandingkan dengan
parameter-parameter
yang
telah
dimasukan
sebelumnya (Set Point / SP) oleh operator dan hasil
dari perbandingan tersebut akan didapat variabel
kesalahan (Error) yang akan menjadi acuan untuk
perububahan variabel keluaran menjadi sama dengan
yang diharapkan.
Setelah memahami alur kerja dari Mesin Jig
Boring 2 ½ D itu sendiri dan ruang lingkup
penendaliannya,
penulis
memutuskan
untuk
mengendalikan Mesin Jig Boring 2 ½ D berbasis PC.
Program yang penulis gunakan untuk membuat
sistem kendali Mesin Jig Boring 2 ½ D adalah
LABVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation
Engineering Workbench). Teknik pemograman yang
digunakan bukanlah teks terstruktur atau juga object
oriented seperti halnya pascal, C, C++,Visual Basic
dan lain-lain, melainkan pemograman grafis / GCode dimana wujud pemogramannya berupa aliran
data atau biasa dikenal dengan istilah diagram blok.
2.
Sistematika Penulisan Laporan
Untuk
mempermudah
pembahasan
dan
pemahaman materi atau pokok bahasan dari karya
tulis ini, maka penulis menyajikan sistematika
pembahasan karya tulis ini sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi uraian mengenai latar belakang,
tujuan, metodologi pengerjaan, dan
sistematika penulisan laporan dari
Proyek Akhir yang sedang dikerjakan.
BAB II LANDASAN TEORI
Berisi teori-teori yang melandasi
perancangan dan juga pembuatan
proyek akhir / kendali mesin Jig
Boring 2 ½ D.
BAB III PERANCANGAN KENDALI
Berisi tentang rancangan / konsep akan
pembuatan proyek akhir / Kendali
Mesin Jig Boring 2 ½ D.
BAB IV ANALISA
Berisi mengenai pengujian rangkaian
terhadap hasil kendali yang sudah
penulis rancang sebelumnya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan dan saran dari
seluruh aktivitas pengerjaan proyek
akhir yang telah dilakukan.
3.
Perancangan Sistem Kendali
Pada bab ini akan dibahas mengenai rancangan /
konsep akan pembuatan proyek akhir / Kendali
Mesin Jig Boring 2 ½ D.
X
Gambar Perancangan Sistem Kendali-2 Interface Program
Mesin Jig Boring
a. Bagan Alur Program Manual
Z
Spind
Sumbu
Y
Program Jig Boring berbasis PC dengan
menggunakan software pemrograman LabVIEW ini
penulis rancang dengan membagi 2 bagian utama
interface yaitu bagian kendali dan bagian indikator.
Pada bagian indikator terdapat grafik posisi, boring
point, dan step response, serta terdapat indikator
pergerakan eksitasi pada motor 5 fasa (pentagon)
pada setiap step pulsa yang diberikan, juga terdapat
indikator posisi sumbu X, Y, dan Z. Lihat pada
Gambar 3.3 dibawah ini :
Motor
DC
Sumbu
Motor
DC
Motor el
Stepper
Gambar Perancangan Sistem Kendali-1 Blok Diagram
Pengorprasian Mesin Jig Boring
Y
Z
Motor
Stepper
Sumbu
X
Dimensions:
X = 380 mm
Y = 500 mm
Z = 216 mm
Dengan demikian untuk mengoperasikan mesin
Jig Boring 2 ½ D baik secara manual maupun
otomatis dibutuhkan bagian bagian pendukung yang
akan digambarkan pada blok diagram berikut.
Gambar Perancangan Sistem Kendali-3 Flow Chart Program Manual
b. Bagan Alur Program Otomatis
Gambar Perancangan Sistem Kendali-6 Skematik Rangkaian Motor DC
Gambar Perancangan Sistem Kendali-4 Flow Chart Program Otomatis
c. Gabungan Hasil Perancangan
Berdasarkan hasil penilaian media-media yang
dibutuhkan maka dapat disusun rancangan sebagai
berikut:
e. Skematik Driver Motor Stepper
Pada pembuatan driver motor ini mengendalikan
sebuah motor stepper jenis pentagon 5 fasa. Motor
stepper ini bergerak dengan langkah 0,72° (full step)
atau 0,36° (half step) per step dan terdapat 10 buah
data sebagai pengendali dari arah pergerakan motor.
Motor akan bergerak searah jarum jam jika data
bergeser dari data 0 ke data 9, dan begitu pula
sebaliknya motor akan bergerak berlawanan arah
jarum jam ketika data bergerak dari arah data 9 ke
data 0 sesuai dengan table kebenaran. Driver stepper
ini menggunakan 10 MOSFET (Metal Oxide
Semiconductor – Field Effect Transistor) IRFZ44N,
dimana 5 MOSFET menentukan kumparan motor
dengan tegangan yang mengalir ke kumparan motor,
sedangkan 5 MOSET lainnya menetukan tegangan
pada kumparan motor yang mengalir ke ground.
Gambar Perancangan Sistem Kendali-5 Blok Diagram
Perancangan
Pada gabungan perancangan sistem beberapa
jenis komponen telah ditentukan dari hasil penilaian
komponen yaitu untuk media kerja menggunakan
Motor Seelfeeder dan Motor Tapper, media gerak
menggunakan pneumatik dengan media kontrolnya
PLC.
Untuk
menentukan
posisi
silinder
menggunakan reed switch dan pendeteksi benda kerja
menggunakan proximity switch.
d. Skematik Driver Motor DC
Menurut fungsi kerjanya, driver motor DC pada
mesin ini berfungsi sebagai penggerak sumbu Z dan
sebagai pemutar spindel bor. Dengan menggunakan
IC L298 sebagai driver.
Gambar Perancangan Sistem Kendali-9 Skematik Rangkaian Motor Stepper
f. Skematik Rangkaian Optocoupler
Untuk pencegahan adanya arus balik dari
rangkaian aktuator ke rangkaian kendali, maka
penulis juga merancang rangkaian pencegah yang
menggunakan IC optocoupler 4N35.
= 13,2 V
Error = Data Aktual – Data Perhitungan
= 13,77 – 13,2 = 0,57
b. Analisa Keakuratan Pengendalian Motor DC
Perbedaan nilai antara perhitungan dengan aktual
terjadi karena pada proses perhitungan, semua
kondisi (faktor mekanik, elektromangentik, dsb.)
ditiadakan atau dianggap ideal. Sedangkan aktualnya
ada faktor-faktor tersebut yang menyebabkan
penyimpangan nilai dari yang diharapkan .
c. Perhitungan
Jumlah
Perpindahan Jarak
Pulsa
Menjadi
Gambar Perancangan Sistem Kendali-10 Skematik Rangkaian Optocopler
4. Analisa dan Perhitungan
Dimana ;
Error
= Selisih / penyimpangan
nilai antara aktual dengan perhitungan
a. Perhitungan PWM Menjadi Tegangan Analog
Data Aktual = Data yang didapat dari
pengukuran
dengan
menggunakan
penggaris
Dimana ;
Error
=Selisih / penyimpangan nilai
antara aktual dengan perhitungan.
Data Aktual
=Data
yang
didapat
dari
pengukuran dengan menggunakan multimeter (ratarata).
Data Perhitungan = Data yang didapat dengaan
menggunakan perhitungan PWM (rata-rata).
Keakuratan
proses.
=Nilai
persentase
keakuratan
Berdasarkan persamaan diatas, maka didapat nilai
keakuratan dalam pengendalian motor DC sebesar
95,25 %, dengan perhitungan sebagai berikut :
Data Aktual (rata-rata) =
(0,3 V + 3,3 V + 8,5 V + 12,6 V
+ 15,3 V + 17,1 V + 18,5 V + 19,6 V + 20,4 V +
22,1 V) / 10 = 13,77 V
= (2,4 V + 4,8 V + 7,2 V +
9,6 V + 12 V + 14,4 V + 16,8 V + 19,2 V + 21,6 V +
24 V) / 10
Data Perhitungan (rata-rata)
Data Perhitungan = Data yang didapat
dengan mengatur jarak perpindahan
Keakuratan = Nilai persentase keakuratan
proses
Berdasarkan persamaan diatas, maka didapat nilai
keakuratan dalam pengendalian motor stepper
sebesar 99,24 %, dengan perhitungan sebagai berikut:
Data Aktual (rata-rata)
= (15 mm + 20 mm + 31
mm + 41 mm + 53 mm) / 5 = 32 m
Data Perhitungan (rata-rata)
= (10 mm + 20 mm + 30
mm + 40 mm + 50 mm) / 5 = 30 mm
Error
= Data Aktual – Data Perhitungan
= 32 – 30
=2
d. Analisa Keakuratan Pengandalian Motor
Stepper
Perbedaan nilai antara perhitungan dengan aktual
terjadi karena pada proses perhitungan, semua
kondisi (faktor mekanik, clock bit, dsb.) ditiadakan
atau dianggap ideal. Sedangkan aktualnya ada faktorfaktor tersebut yang menyebabkan penyimpangan
nilai dari yang diharapkan
e. Perhitungan Pergerakan Interpolasi
Untuk hasil pengujian yang telah penulis lakukan
terhadap gerakan interpolasi motor stepper (sumbu X
dan Y). Metode yang penulis gunakan untuk
menggerakan motor stepper yaitu dengan menggeser
bit-bit array yang dikendalikan oleh waktu (delay
time) di setiap pergeseran bit tersebut. Berikut
metode perhitungan yang penulis gunakan untuk
mengendalikan pergerakan sumbu X dan Y secara
simultan (interpolasi) :
[Time_delay_Y] = (ΔY/ΔY+ΔX) * time_delay_max
[Time_delay_X] = (ΔX/ΔY+ΔX) * time_delay_max
5. Kesimpulan dan saran
a. Kesimpulan
Setelah beberapa percobaan yang telah penulis
lakukan berdasarkan tujuan-tujuan yang penulis
harapkan (tertulis pada bab I) dalam pengerjaan
sistem kendali mesin Jig Boring 2 ½ D, hanya dua
yang terlaksana dari tiga hal yang penulis harapkan
dalam pengendalian mesin Jig Boring 2 ½ D. Dua hal
tersebut adalah :
1. Mampu mengendalikan pergerakan motor
stepper (sumbu X dan Y) secara simultan /
interpolasi. Dimana pergerakan interpolasi
dapat terlihat pada mode otomatis, motor
stepper sumbu X dan Y bergerak secara
bersamaan hingga titik target dengan waktu
tempuh yang dibutuhkan sama.
2. Mampu membuat tampilan program yang
interaktif dan mudah untuk digunakan.
Dengan adanya panel kendali (tomboltombol untuk menggerkan plant) dan
indikator
(tampilan-tampilan
yang
mengindikasikan
pergerakan
plant)
membuat program kendali mesin Jig Boring
2 ½ D menjadi interaktif bagi pengguna /
user. Pada Mode manual hanya terdapat
tombol-tombol yang menggerakan aktuator
yang dikemas secara menarik dan mudah
untuk dipahami. Lalu pada mode otomatis
untuk proses pengerjaan, pengguna hanya
perlu menentukan koordinat-koordinat yang
ingin diproses dalam bentuk angka dengan
satuan jarak (milimeter).
Namun masih ada satu hal yang belum tercapai
dalam pengendalian aktuator pada mesin Jig Boring 2
½ D yaitu pengendalian kecepatan putar motor DC
dengan menggunakan PID. Rotary encoder
digunakan sebagai pemberi sinyal balik / feedback
terhadap sistem, dimana berperan sebagai pengukur
nilai aktual (process variable) dalam bentuk pulsa
yang terkonversi menjadi kecepatan putar dan jarak
perpindahan, lalu sinyal tersebut akan dibandingkan
dengan nilai yang sudah ditentukan sebelumnya /
diharapkan (set point).
b. Saran
Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik,
beberapa saran yang dapat dijadikan bahan
pertimbangan untuk pengembangan baik program
maupun driver motor yang digunakan pada “Mesin
Jig Boring 2 ½ D” selanjutnya :
1. Driver yang digunakan untuk motor 5 fasa
saat ini hanya mampu menggerakan motor
stepperuntuk 1 cm butuh waktu kurang lebih
15 sekon. Sehingga untuk pengembangan
driverstepper yang digunakan dapat
memanfaatkan karakteristik motor stepper
(start stop region / slew region) untuk
mendapatkan kecepatan yang maksimum,
atau juga dapat mengembangkannya clock
yang terdapat pada modul IO (arduino)
sehingga clock yang dihasilkan untuk
menggeser bit-bit motor stepper lebih cepat.
2. Untuk program sebagai pengendali mesin
Jig Boring 2 ½ D secara fungsionalitas
sudah dapat dikatakan optimal, namun dari
segi keamanan sistem dan indikasi-indikasi
penunjang masih perlu ditambahkan, demi
kemudahan dalam penggunaannya ataupun
dalam troubleshooting.
6. Daftar Pustaka
http://depokinstruments.com/2012/08/09/teori-motordc-bersikat-brushed-dc-motor-theory/ Diunduh pada
10 July 2013, 21.39 WIB
Satrnoko, Ari. 2008. FENOMENA BOUNCING
PADA PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
(PLC) UNTUK MENGENDALIKAN GERAKAN
MOTOR STEPPER 5 PHASE. Yogyakarta: Pusat
Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Prayogo, Yudito. 2012. PENGATURAN PWM
(PULSE WIDTH MODULATION) BERBASIS PLC.
Malang: Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
Universitas Brawijaya Malang
MESIN JIG BORING 2 ½ D BERBASIS PC - LABVIEW
FARIZ MAULANA
M. ADRIOVANI
TAUFIK DINURIANSYAH
WILLIAM DJOHAR
Jurusan Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung
Jl. Kanayakan 21 Bandung, Indonesia
ABSTRAK
Pada karya tulis ini disajikan mengenai pembuatan perangkat lunak / program penggerak mesin Jig Boring 2
½ D. Software ini menggunakan visual programming agar lebih mudah digunakan oleh user. Bentuk visual
programming yang dibuat berupa sasaran koordinat yang dikehendaki untuk pergerakan mesin, yaitu maju, mundur,
kanan dan kiri, hingga naik dan turun. Pergerakan mesin yang dapat dilakukan adalah secara berurut sesuai dengan
urutan data koordinat yang dimasukan oleh pengguna program ini. Oleh karena itu, penulis memberi nama
“Diagram Block Programming Language”.
Apabila pengguna / user telah memasukan koordinat sasaran pada program ini, user dapat mengeksekusi
koordinat-koordinat yang telah ditentukan sebelumnya. Perintah-perintah untuk mengeksekusi koordinat tersebut
akan dikirimkan melalui arduino (sebagai modul I/O) dan akan diteruskan ke penggerak / driver. Sehingga Mesin
Jig Boring 2 ½ D akan melakukan pengeboran sesuai dengan koordinat yang ditentukan oleh pengguna (batas
bidang kerja dengan ukuran A4).
Dengan menggunakan arduino UNO sebagai modul IO, hasil kerja mesin Jig Boring 2 ½ D masih belum
presisi 100%. Dimana tingkat kepresisian dalam pengendalian motor DC (spindle dan sumbu Z) sebesar 95,69% dan
untuk motor stepper (sumbu X dan Y) sebesar 98,74%. Waktu yang dibutuhkan untuk pergerakan motor stepper
masih belum maksimal (untuk 1 cm membutuhkan waktu kurang lebih 30 detik).
Berdasarkan hasil yang demikian mesin Jig Boring 2 ½ D berbasikan PC-Labview dengan arduino UNO
sebagai modul IO masih belum mencapai performa terbaik.
Kata Kunci : labview, driver, jig boring
1.
Pendahuluan
Pengerjaan proyek akhir untuk jurusan
Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika pada
tahun ajaran 2012 / 2013 bertemakan “Perancangan
dan Pembuatan Kendali Mesin Jig Boring 2 ½ D”.
Untuk pengendalian Mesin Jig Boring 2 ½ D ini
dibagi menjadi 3, yaitu berbasis microcontroller, PLC
(Programmable Logic Controller), dan PC (Personal
Computer).
Mesin Jig Boring 2 ½ D merupakan suatu
mesin perkakas yang bertujuan unttuk mempermudah
pengerjaan manusia (operator) dalam proses boring,
drilling, dan juga counter-sinking dengan hasil yang
presisi dan akurat.
Untuk mendapatkan hasil yang presisi dan
juga akurat, maka dari itu dibutuhkannya sebuah
sistem kendali untuk memastikan bahwa gerakan
aktuator sesuai dengan harapan (parameter) yang
ditentukan oleh operator. Sistem kendali yang
diterapkan pada mesin Jig Boring 2 ½ D ini
menggunakan rangkaian tertutup (Closed Loop
Circuit), dimana variabel keluaran (Process
Variable / PV) yang akan dibandingkan dengan
parameter-parameter
yang
telah
dimasukan
sebelumnya (Set Point / SP) oleh operator dan hasil
dari perbandingan tersebut akan didapat variabel
kesalahan (Error) yang akan menjadi acuan untuk
perububahan variabel keluaran menjadi sama dengan
yang diharapkan.
Setelah memahami alur kerja dari Mesin Jig
Boring 2 ½ D itu sendiri dan ruang lingkup
penendaliannya,
penulis
memutuskan
untuk
mengendalikan Mesin Jig Boring 2 ½ D berbasis PC.
Program yang penulis gunakan untuk membuat
sistem kendali Mesin Jig Boring 2 ½ D adalah
LABVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation
Engineering Workbench). Teknik pemograman yang
digunakan bukanlah teks terstruktur atau juga object
oriented seperti halnya pascal, C, C++,Visual Basic
dan lain-lain, melainkan pemograman grafis / GCode dimana wujud pemogramannya berupa aliran
data atau biasa dikenal dengan istilah diagram blok.
2.
Sistematika Penulisan Laporan
Untuk
mempermudah
pembahasan
dan
pemahaman materi atau pokok bahasan dari karya
tulis ini, maka penulis menyajikan sistematika
pembahasan karya tulis ini sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi uraian mengenai latar belakang,
tujuan, metodologi pengerjaan, dan
sistematika penulisan laporan dari
Proyek Akhir yang sedang dikerjakan.
BAB II LANDASAN TEORI
Berisi teori-teori yang melandasi
perancangan dan juga pembuatan
proyek akhir / kendali mesin Jig
Boring 2 ½ D.
BAB III PERANCANGAN KENDALI
Berisi tentang rancangan / konsep akan
pembuatan proyek akhir / Kendali
Mesin Jig Boring 2 ½ D.
BAB IV ANALISA
Berisi mengenai pengujian rangkaian
terhadap hasil kendali yang sudah
penulis rancang sebelumnya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan dan saran dari
seluruh aktivitas pengerjaan proyek
akhir yang telah dilakukan.
3.
Perancangan Sistem Kendali
Pada bab ini akan dibahas mengenai rancangan /
konsep akan pembuatan proyek akhir / Kendali
Mesin Jig Boring 2 ½ D.
X
Gambar Perancangan Sistem Kendali-2 Interface Program
Mesin Jig Boring
a. Bagan Alur Program Manual
Z
Spind
Sumbu
Y
Program Jig Boring berbasis PC dengan
menggunakan software pemrograman LabVIEW ini
penulis rancang dengan membagi 2 bagian utama
interface yaitu bagian kendali dan bagian indikator.
Pada bagian indikator terdapat grafik posisi, boring
point, dan step response, serta terdapat indikator
pergerakan eksitasi pada motor 5 fasa (pentagon)
pada setiap step pulsa yang diberikan, juga terdapat
indikator posisi sumbu X, Y, dan Z. Lihat pada
Gambar 3.3 dibawah ini :
Motor
DC
Sumbu
Motor
DC
Motor el
Stepper
Gambar Perancangan Sistem Kendali-1 Blok Diagram
Pengorprasian Mesin Jig Boring
Y
Z
Motor
Stepper
Sumbu
X
Dimensions:
X = 380 mm
Y = 500 mm
Z = 216 mm
Dengan demikian untuk mengoperasikan mesin
Jig Boring 2 ½ D baik secara manual maupun
otomatis dibutuhkan bagian bagian pendukung yang
akan digambarkan pada blok diagram berikut.
Gambar Perancangan Sistem Kendali-3 Flow Chart Program Manual
b. Bagan Alur Program Otomatis
Gambar Perancangan Sistem Kendali-6 Skematik Rangkaian Motor DC
Gambar Perancangan Sistem Kendali-4 Flow Chart Program Otomatis
c. Gabungan Hasil Perancangan
Berdasarkan hasil penilaian media-media yang
dibutuhkan maka dapat disusun rancangan sebagai
berikut:
e. Skematik Driver Motor Stepper
Pada pembuatan driver motor ini mengendalikan
sebuah motor stepper jenis pentagon 5 fasa. Motor
stepper ini bergerak dengan langkah 0,72° (full step)
atau 0,36° (half step) per step dan terdapat 10 buah
data sebagai pengendali dari arah pergerakan motor.
Motor akan bergerak searah jarum jam jika data
bergeser dari data 0 ke data 9, dan begitu pula
sebaliknya motor akan bergerak berlawanan arah
jarum jam ketika data bergerak dari arah data 9 ke
data 0 sesuai dengan table kebenaran. Driver stepper
ini menggunakan 10 MOSFET (Metal Oxide
Semiconductor – Field Effect Transistor) IRFZ44N,
dimana 5 MOSFET menentukan kumparan motor
dengan tegangan yang mengalir ke kumparan motor,
sedangkan 5 MOSET lainnya menetukan tegangan
pada kumparan motor yang mengalir ke ground.
Gambar Perancangan Sistem Kendali-5 Blok Diagram
Perancangan
Pada gabungan perancangan sistem beberapa
jenis komponen telah ditentukan dari hasil penilaian
komponen yaitu untuk media kerja menggunakan
Motor Seelfeeder dan Motor Tapper, media gerak
menggunakan pneumatik dengan media kontrolnya
PLC.
Untuk
menentukan
posisi
silinder
menggunakan reed switch dan pendeteksi benda kerja
menggunakan proximity switch.
d. Skematik Driver Motor DC
Menurut fungsi kerjanya, driver motor DC pada
mesin ini berfungsi sebagai penggerak sumbu Z dan
sebagai pemutar spindel bor. Dengan menggunakan
IC L298 sebagai driver.
Gambar Perancangan Sistem Kendali-9 Skematik Rangkaian Motor Stepper
f. Skematik Rangkaian Optocoupler
Untuk pencegahan adanya arus balik dari
rangkaian aktuator ke rangkaian kendali, maka
penulis juga merancang rangkaian pencegah yang
menggunakan IC optocoupler 4N35.
= 13,2 V
Error = Data Aktual – Data Perhitungan
= 13,77 – 13,2 = 0,57
b. Analisa Keakuratan Pengendalian Motor DC
Perbedaan nilai antara perhitungan dengan aktual
terjadi karena pada proses perhitungan, semua
kondisi (faktor mekanik, elektromangentik, dsb.)
ditiadakan atau dianggap ideal. Sedangkan aktualnya
ada faktor-faktor tersebut yang menyebabkan
penyimpangan nilai dari yang diharapkan .
c. Perhitungan
Jumlah
Perpindahan Jarak
Pulsa
Menjadi
Gambar Perancangan Sistem Kendali-10 Skematik Rangkaian Optocopler
4. Analisa dan Perhitungan
Dimana ;
Error
= Selisih / penyimpangan
nilai antara aktual dengan perhitungan
a. Perhitungan PWM Menjadi Tegangan Analog
Data Aktual = Data yang didapat dari
pengukuran
dengan
menggunakan
penggaris
Dimana ;
Error
=Selisih / penyimpangan nilai
antara aktual dengan perhitungan.
Data Aktual
=Data
yang
didapat
dari
pengukuran dengan menggunakan multimeter (ratarata).
Data Perhitungan = Data yang didapat dengaan
menggunakan perhitungan PWM (rata-rata).
Keakuratan
proses.
=Nilai
persentase
keakuratan
Berdasarkan persamaan diatas, maka didapat nilai
keakuratan dalam pengendalian motor DC sebesar
95,25 %, dengan perhitungan sebagai berikut :
Data Aktual (rata-rata) =
(0,3 V + 3,3 V + 8,5 V + 12,6 V
+ 15,3 V + 17,1 V + 18,5 V + 19,6 V + 20,4 V +
22,1 V) / 10 = 13,77 V
= (2,4 V + 4,8 V + 7,2 V +
9,6 V + 12 V + 14,4 V + 16,8 V + 19,2 V + 21,6 V +
24 V) / 10
Data Perhitungan (rata-rata)
Data Perhitungan = Data yang didapat
dengan mengatur jarak perpindahan
Keakuratan = Nilai persentase keakuratan
proses
Berdasarkan persamaan diatas, maka didapat nilai
keakuratan dalam pengendalian motor stepper
sebesar 99,24 %, dengan perhitungan sebagai berikut:
Data Aktual (rata-rata)
= (15 mm + 20 mm + 31
mm + 41 mm + 53 mm) / 5 = 32 m
Data Perhitungan (rata-rata)
= (10 mm + 20 mm + 30
mm + 40 mm + 50 mm) / 5 = 30 mm
Error
= Data Aktual – Data Perhitungan
= 32 – 30
=2
d. Analisa Keakuratan Pengandalian Motor
Stepper
Perbedaan nilai antara perhitungan dengan aktual
terjadi karena pada proses perhitungan, semua
kondisi (faktor mekanik, clock bit, dsb.) ditiadakan
atau dianggap ideal. Sedangkan aktualnya ada faktorfaktor tersebut yang menyebabkan penyimpangan
nilai dari yang diharapkan
e. Perhitungan Pergerakan Interpolasi
Untuk hasil pengujian yang telah penulis lakukan
terhadap gerakan interpolasi motor stepper (sumbu X
dan Y). Metode yang penulis gunakan untuk
menggerakan motor stepper yaitu dengan menggeser
bit-bit array yang dikendalikan oleh waktu (delay
time) di setiap pergeseran bit tersebut. Berikut
metode perhitungan yang penulis gunakan untuk
mengendalikan pergerakan sumbu X dan Y secara
simultan (interpolasi) :
[Time_delay_Y] = (ΔY/ΔY+ΔX) * time_delay_max
[Time_delay_X] = (ΔX/ΔY+ΔX) * time_delay_max
5. Kesimpulan dan saran
a. Kesimpulan
Setelah beberapa percobaan yang telah penulis
lakukan berdasarkan tujuan-tujuan yang penulis
harapkan (tertulis pada bab I) dalam pengerjaan
sistem kendali mesin Jig Boring 2 ½ D, hanya dua
yang terlaksana dari tiga hal yang penulis harapkan
dalam pengendalian mesin Jig Boring 2 ½ D. Dua hal
tersebut adalah :
1. Mampu mengendalikan pergerakan motor
stepper (sumbu X dan Y) secara simultan /
interpolasi. Dimana pergerakan interpolasi
dapat terlihat pada mode otomatis, motor
stepper sumbu X dan Y bergerak secara
bersamaan hingga titik target dengan waktu
tempuh yang dibutuhkan sama.
2. Mampu membuat tampilan program yang
interaktif dan mudah untuk digunakan.
Dengan adanya panel kendali (tomboltombol untuk menggerkan plant) dan
indikator
(tampilan-tampilan
yang
mengindikasikan
pergerakan
plant)
membuat program kendali mesin Jig Boring
2 ½ D menjadi interaktif bagi pengguna /
user. Pada Mode manual hanya terdapat
tombol-tombol yang menggerakan aktuator
yang dikemas secara menarik dan mudah
untuk dipahami. Lalu pada mode otomatis
untuk proses pengerjaan, pengguna hanya
perlu menentukan koordinat-koordinat yang
ingin diproses dalam bentuk angka dengan
satuan jarak (milimeter).
Namun masih ada satu hal yang belum tercapai
dalam pengendalian aktuator pada mesin Jig Boring 2
½ D yaitu pengendalian kecepatan putar motor DC
dengan menggunakan PID. Rotary encoder
digunakan sebagai pemberi sinyal balik / feedback
terhadap sistem, dimana berperan sebagai pengukur
nilai aktual (process variable) dalam bentuk pulsa
yang terkonversi menjadi kecepatan putar dan jarak
perpindahan, lalu sinyal tersebut akan dibandingkan
dengan nilai yang sudah ditentukan sebelumnya /
diharapkan (set point).
b. Saran
Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik,
beberapa saran yang dapat dijadikan bahan
pertimbangan untuk pengembangan baik program
maupun driver motor yang digunakan pada “Mesin
Jig Boring 2 ½ D” selanjutnya :
1. Driver yang digunakan untuk motor 5 fasa
saat ini hanya mampu menggerakan motor
stepperuntuk 1 cm butuh waktu kurang lebih
15 sekon. Sehingga untuk pengembangan
driverstepper yang digunakan dapat
memanfaatkan karakteristik motor stepper
(start stop region / slew region) untuk
mendapatkan kecepatan yang maksimum,
atau juga dapat mengembangkannya clock
yang terdapat pada modul IO (arduino)
sehingga clock yang dihasilkan untuk
menggeser bit-bit motor stepper lebih cepat.
2. Untuk program sebagai pengendali mesin
Jig Boring 2 ½ D secara fungsionalitas
sudah dapat dikatakan optimal, namun dari
segi keamanan sistem dan indikasi-indikasi
penunjang masih perlu ditambahkan, demi
kemudahan dalam penggunaannya ataupun
dalam troubleshooting.
6. Daftar Pustaka
http://depokinstruments.com/2012/08/09/teori-motordc-bersikat-brushed-dc-motor-theory/ Diunduh pada
10 July 2013, 21.39 WIB
Satrnoko, Ari. 2008. FENOMENA BOUNCING
PADA PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
(PLC) UNTUK MENGENDALIKAN GERAKAN
MOTOR STEPPER 5 PHASE. Yogyakarta: Pusat
Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Prayogo, Yudito. 2012. PENGATURAN PWM
(PULSE WIDTH MODULATION) BERBASIS PLC.
Malang: Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
Universitas Brawijaya Malang