TUGAS AKHIR - Proses pasteurisasi cairan pada sistem kendali terdistribusi mini berbasis PLC omron CPM2A - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

PROSES PASTEURISASI CAIRAN PADA SISTEM

KENDALI TERDISTRIBUSI MINI BERBASIS

PLC OMRON CPM2A

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

  Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma disusun oleh:

  MOHAMAD TAUFIK WIJAYAPUTRA NIM : 045114008

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

  i

  

FINAL PROJECT

THE PROCESS OF LIQUID PASTEURIZATION ON

THE MINI DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM

BASED ON OMRON PLC CPM2A

  In partial fulfilment of the requirements for the degree of Sarjana Teknik Electrical Engineering Study Program

  Electrical Engineering Departement Science and Technology Faculty Sanata Dharma University

  MOHAMAD TAUFIK WIJAYAPUTRA NIM : 045114008

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

  ii

   

  iii  

   

     

  iv  

   

   

  v  

   

  

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO

" TIADA HIDUP TANPA KEGAGALAN, KEKALAHAN, DAN KEJATUHAN............

  AIR SUNGAI MENUJU LAUT MELEWATI JALAN YANG BERLIKU...... BERDIRILAH TEGAK KEMBALI.............................

  JANGAN MEMANDANG KE BELAKANG, MASA LALU TELAH BERLALU....................

  HIDUP BERJALAN TERUS............................ LANGIT YANG ABADI TETAP TIDAK BERUBAH DAN HIDUP BAGAIKAN BENTUKAN GERAKAN AWAN DI ANGKASA YANG SELALU BERUBAH-UBAH TIDAK MEMILIKI KETETAPAN DAN TIDAK ABADI . "

  PERSEMBAHAN :

  1. Allah SWT

  2. Bapak dan Ibu tercinta

  3. Mbak Ika, Lia, Yuyun tersayang

  4. Rekan – rekan seperjuangan

  5. Almamaterku

  vi

    vii   

  

INTISARI

  Peningkatan kebutuhan dalam sistem kendali untuk mengontrol plant lebih dari satu telah membawa perkembangan dalam sub-area baru dalam sistem kontrol yang dikenal sebagai DCS (distributed control system). Tugas akhir ini meneliti tentang salah satu bagian dari mini DCS, yaitu Proses Pasteurisasi Cairan pada Sistem Kendali Terdistribusi Mini Berbasis PLC OMRON CPM2A.

  Terdapat tiga buah tangki yang digunakan di dalam proses pasteurisasi yang terdiri dari tangki tempat penyimpanan susu segar sementara, tangki pasteurisasi susu segar, dan tangki pendinginan susu pasteurisasi. Tangki pasteurisasi digunakan untuk proses pasteurisasi yaitu proses pemanasan susu segar selama 15 – 20 detik pada suhu antara 75 – 90 °C. Suhu 75 – 90 °C dicapai dalam waktu kurang dari atau sama dengan 30 menit. Komponen yang digunakan untuk memanaskan susu segar berupa komponen

  

heater . Tangki pendinginan susu pasteurisasi digunakan untuk mendinginkan susu

  pasteurisasi hingga mencapai suhu 10 °C dengan komponen termoelektrik. Suhu di dalam tangki pasteurisasi dan tangki pendingin dideteksi dengan menggunakan sensor suhu LM 35. Komponen mixer dipasangkan di dalam tangki pasteuriasi dan tangki pendingin agar diperoleh suhu yang merata dalam tangki pasteurisasi dan tangki pendingin.

  Proses Pasteurisasi Cairan pada Sistem Kendali Terdistribusi Mini Berbasis PLC OMRON CPM2A telah diimplementasikan dan diuji untuk mengamati tanggapan sistem dari plant. Hasil terbaik diperoleh pada suhu ruangan 26 °C dengan waktu 19 menit untuk mencapai suhu 75,2 °C dan 141 menit untuk mencapai suhu 11,2 °C. Kesalahan (galat) maksimal yang terjadi adalah 3,69 % untuk proses pasteurisasi dan 9,7 % untuk proses pendinginan.

  Kata kunci : Pasteurisasi, PLC OMRON CPM2A, tanggapan transien, DCS

   

  viii

  ABSTRACT

  The development of control system which is able to control some plant has come to further improvement of control system called DCS (Distributed Control System). This final project discusses about a part of mini DCS, especially the Process of Liquid Pasteurization in Mini Control System based on OMRON CPM2A.

  There are three tanks used in pasteurization process, a tank for storing fresh milk temporary, a tank for fresh milk pasteurization, and a tank for cooling off the process. A pasteurization tank is used to have pasteurization process that is a heating process for fresh milk in temperature range of 75 – 90 Celcius degree within 15 – 20 seconds. It takes about thirty minutes to increase 75 Celcius degree up to 90 Celcius degree. A component used to heat fresh milk is a heater. A cooling tank for cooling off milk up to 10 Celcius degree is using thermoelectric component. Temperature in the pasteurization and cooling tank is detected by temperature sensor LM 35. Mixers are placed in both tanks to get evenly distributed temperature.

  The Process of Liquid Pasteurization in Mini Distributed Control System has been implemented and tested to observe the response of the system of the plant. The best result was obtained at room temperature of 26 Celsius degree and reach 75,2 Celsius degree within 19 minutes for pasteurization process and reach 11,2 Celsius degree within 141 minutes for cooling process. However, some error still found with the maximum of 3,69 % in pasteurization process and 9,7 % in cooling process.

  Keywords : Pasteurization, PLC OMRON CPM2A, transient response, DCS ix

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini.

  Tugas akhir yang berjudul PROSES PASTEURISASI CAIRAN PADA MINI

  

SISTEM KENDALI TERDISTRIBUSI BERBASIS PLC OMRON CPM2A disusun

  sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada program studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Proses penyusunan tugas akhir ini dapat diselesaikan berkat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T. sebagai dosen pembimbing I yang telah bersedia memberikan ide, saran, semangat, kesabaran, bimbingan dan waktu bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

  2. Bapak Ir. Tjendro sebagai pembimbing II yang telah bersedia memberikan ide, saran, dan bimbingan untuk penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

  3. Bapak dan Ibu tercinta, kakak-kakakku tersayang Ferika Putri Wijayanti, Yulia Arie Wijayanti, Yunita Rizky Wijayanti yang terus menerus mendoakan dan memberi dorongan serta semangat untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Terima kasih untuk segala cinta dan kasih sayang yang telah diberikan.

  4. Bapak dan Ibu dosen pengajar Prodi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma untuk bimbingan dan pengajarannya selama penulis menuntut ilmu, segenap Staf dan Karyawan Fakultas Sains dan Teknologi yang membantu dalam bidang administrasi dan akademis. x xi

  5. Segenap SATPAM atas dukungannya serta semua Laboran Teknik Elektro atas semua bantuannya selama di Lab.

  6. Bapak Poerwanto, Bapak Sutopo, Mas Oek, Mas Endro, Mas Yanto elko atas segala dukungan dan bantuan yang diberikan hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  7. Teman-teman tim PLC Eko, Eri, Stenly, dan Bekti. Terima kasih untuk kerja samanya selama pembuatan tugas akhir ini.

  8. Nova Budi, Ari Kuncoro, Tuluz, Henry Rawung yang selalu bersedia mendengarkan keluh kesah penulis, memberikan solusi serta motivasi disaat-saat sulit bagi penulis dalam upaya menyelesaikan karya tugas akhir ini.

  9. Seluruh teman-teman Teknik Elektro angkatan 2004, semoga kompak selalu.

  10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu di sini, atas perhatian, kebaikan dan bantuannya kepada penulis.

  Penulis menyadari masih banyak kekurangan yang ada dalam tulisan ini, untuk itu kritik dan saran sangat kami harapkan demi kebaikan dan kemajuan tulisan ini. Akhirnya, semoga tulisan ini dapat memberi manfaat bagi siapapun yang memerlukannya.

  Yogyakarta, Juli 2009 Penulis, Mohamad Taufik Wijayaputra

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL (Bahasa Indonesia) .................................................................. i HALAMAN JUDUL (Bahasa Inggris) ...................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN................................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................................................... v HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ....................................................... vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ...... vii

  INTISARI .................................................................................................................. viii ABSTRACT ............................................................................................................... ix KATA PENGANTAR ............................................................................................... x DAFTAR ISI .............................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xvi DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xix

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

  1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah ......................................................................................... 3

  1.4 Metodologi Penelitian ................................................................................. 4

  1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................. 4

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Pasteurisasi dan Shocking Bacteria.............................................................. 6

  2.2 Distributed Control Systems (DCS)............................................................ 7 xii

  2.3 Pompa Air ................................................................................................... 10

  2.4 Solenoid Valve ............................................................................................ 10

  2.5 Motor DC .................................................................................................... 11

  2.6 Komponen Heater ....................................................................................... 11

  2.7 Komponen Termoelektrik ........................................................................... 12

  2.8 Limit Switch................................................................................................ 13

  2.9 Pengolahan Sinyal Analog.......................................................................... 13

  2.9.1 Sensor Suhu (LM 35).......................................................................... 14

  2.9.2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal............................................................ 15

  2.9.2.1 Rangkaian Penguat Non Inverting........................................... 16

  2.10 Pengubahan Sinyal Analog ke Digital Melalui ADC................................. 16

  2.11 PLC CPM2A............................................................................................. 20

  2.11.1 Bagian-Bagian Programmable Logic Controller........................... 20

  2.11.1.1 Central Processing Unit (CPU)....................................... 20

  2.11.1.2 Memory............................................................................ 21

  2.11.1.3 Struktur Memori pada PLC CPM2A............................... 22

  2.11.1.4 Waktu Scan ...................................................................... 24

  2.11.2 Dasar-Dasar Ladder Diagram......................................................... 25

  2.12 Tanggapan Transient................................................................................. 26

  BAB III PERANCANGAN

  3.1 Diagram Blok .............................................................................................. 29

  3.1.1 Diagram Blok Mini DCS.................................................................... 29 3.1.2 Diagram Blok Proses Pasteurisasi Cairan..........................................

  30 3.2 Perancangan Perangkat Keras .................................................................

  31 xiii

  3.2.1 Perancangan Sensor Pendeteksi Level Ketinggian Cairan Susu pada Tangki Pasteurisasi dan Tangki Pendingin ........................................

  34

  3.2.2 Perancangan Proses Konversi Suhu Panas-Dingin dalam Tangki Pasteurisasi dan Tangki Pendingin ..................................................... 34

  3.2.2.1 Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal.......................... 35

  3.2.2.2 Perancangan ADC (Anaolg to Digital Converter)................. 37

  3.2.3 Perancangan Proses Pengisian Susu Segar ke Tangki Pasteurisasi ... 39

  3.2.4 Perancangan Alat Pengaduk pada Tangki Pasteurisasi dan Tangki Pendingin ............................................................................................ 40

  3.2.5 Perancangan Proses Pemanasan dalam Tangki Pasteurisasi .............. 40

  3.2.6 Perancangan Proses Pendinginan dalam Tangki Pendingin .............. 41

  3.2.7 Pengkabelan serta Penentuan Alamat-Alamat Input ke PLC ............ 42

  3.2.8 Pengkabelan serta Penentuan Alamat-Alamat Output dari PLC...... 43

  3.3 Perancangan Perangkat Lunak .................................................................... 44

  3.3.1 Proses Pengisian Susu Segar dari Tangki Penyimpanan Susu Segar Sementara ke Tangki Pasteurisasi ...................................................... 44

  3.3.2 Proses Pasteurisasi Susu Segar dalam Tangki Pasteurisasi ............... 46

  3.3.3 Proses Pendinginan Susu Pasteurisasi dalam Tangki Pendingin ....... 47

  3.3.4 Flowchart Sistem Keseluruhan dan Alamat-Alamat dalam PLC ..... 48

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Model Tangki Pasteurisasi dan Tangki Pendingin ...................................... 53

  4.2 Prinsip dan Cara Kerja ................................................................................ 55

  4.3 Data Percobaan........................................................................................... 56

  4.3.1 Data Percobaan Tangki Pasteurisasi................................................... 59 xiv

  4.3.1.1 Data Pemanasan Tangki Pasteurisasi Sebelum Terisi Cairan Susu Segar................................................................................ 59

  4.3.1.2 Data Pemanasan Tangki Pasteurisasi Setelah Terisi Cairan Susu Segar................................................................................ 60

  4.3.2 Data Percobaan Tangki Pendingin........................................................ 63

  4.3.2.1 Data Pemanasan Tangki Pasteurisasi Sebelum Terisi Cairan Susu Segar................................................................................ 63

  4.3.2.2 Data Pemanasan Tangki Pasteurisasi Setelah Terisi Cairan Susu Segar...............................................................................

  64

  4.3.3 Analisa Perangkat Keras..................................................................... 69

  4.3.3.1 Hasil Pengujian Pompa........................................................... 69

  4.3.3.2 Hasil Pengujian Valve 1 ......................................................... 70

  4.3.4 Analisa Perangkat Lunak ................................................................... 71 4.3.4.1 Hasil Pengujian Program ON/OFF SCADA..........................

  72 4.3.4.2 Hasil Pengujian Listing Program Output Komponen Pompa.

  74

  4.3.4.3 Hasil Pengujian Listing Program Output Komponen Valve 1

  75 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 78

  5.2 Saran ..................................................................................................... 78 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 80 LAMPIRAN............................................................................................................. ..

  82 xv

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem kendali terdistribusi .................................................................... 7Gambar 2.1 Diagram blok jaringan bus I/O ............................................................... 9Gambar 2.3 Prinsip kerja pompa air .......................................................................... 10Gambar 2.4 Konfigurasi dari solenoid valve ............................................................. 10Gambar 2.5 Prinsip kerja motor DC .......................................................................... 11Gambar 2.6 Komponen heater ................................................................................... 12Gambar 2.7 Rangkaian sambungan PN pada termoelektrik ...................................... 12Gambar 2.8 Konfigurasi dari limit switch .................................................................. 13Gambar 2.9 Konfigurasi pin LM 35 .......................................................................... 14Gambar 2.10 Diagram blok rangkaian pengkondisi sinyal ........................................ 15Gambar 2.11 Rangkain penguat non inverting .......................................................... 16 ……………………………………………......Gambar 2.12 Konfiguarsi CPM1A-MAD01

  16 Gambar 2.13 Kontak NO dan NC .............................................................................. 25

Gambar 2.14 Diagram ladder logika NOT ................................................................ 25Gambar 2.15 Diagram ladder logika AND ................................................................ 26Gambar 2.16 Diagram ladder logika OR .................................................................. 26Gambar 2.17 Kurva respon transient………………...…………………………….. 28Gambar 3.1 Diagram blok mini DCS ........................................................................ 29Gambar 3.2 Diagram blok proses pasteurisasi cairan ................................................ 30Gambar 3.3 Perancangan keseluruhan alat proses pasteurisasi cairan ...................... 33Gambar 3.4 Urutan proses konveri suhu panas dan dingin ....................................... 34Gambar 3.5 Rangkaian pengkondisi sinyal ............................................................... 35 xviGambar 3.6 ADC (Analog to Digital Converter) ...................................................... 37Gambar 3.7 Ilustrasi konversi data analog ke data digital melalui ADC (CPM1A-

  MAD01) ................................................................................................. 38

Gambar 3.8 Pengkabelan komponen-komponen input ke PLC ................................. 42Gambar 3.9 Pengkabelan komponen-komponen output dari PLC ............................ 43Gambar 3.10 Diagram alir (flowchart) proses pengisian susu ................................... 45Gambar 3.11 Diagram alir (flowchart) proses pasteurisasi ....................................... 46Gambar 3.12 Diagram alir (flowchart) proses pendinginan ...................................... 48Gambar 3.13 Diagram alir (flowchart) sistem keseluruhan ....................................... 49Gambar 4.1 Model plant secara lengkap ................................................................... 53Gambar 4.2 PLC CPM2A .......................................................................................... 54Gambar 4.3 CPM1A-MAD01 .................................................................................... 54Gambar 4.4 Grafik data rangkaian pengkondisi sinyal pada tangki pasteurisasi....... 57Gambar 4.5 Grafik data rangkaian pengkondisi sinyal pada tangki pendingin ......... 58Gambar 4.6 Grafik data pemanasan tangki pasteurisasi setelah terisi cairan susu

  (suhu ruang 31 °C) ................................................................................. 61

Gambar 4.7 Grafik data pemanasan tangki pasteurisasi setelah terisi cairan susu

  (suhu ruang 32 °C) ................................................................................. 62

Gambar 4.8 Grafik data pemanasan tangki pasteurisasi setelah terisi cairan susu

  (suhu ruang 26 °C) ................................................................................. 62

Gambar 4.9 Grafik data pendinginan susu pasteurisasi pada tangki pendingin

  (suhu ruang 31 °C) ................................................................................. 66

Gambar 4.10 Grafik data pendinginan susu pasteurisasi pada tangki pendingin

  (suhu ruang 32 °C) .............................................................................. 67 xvii

Gambar 4.11 Grafik data pendinginan susu pasteurisasi pada tangki pendingin

  (suhu ruang 26 °C) ................................................................................ 68

Gambar 4.12 Pompa pegisian pada tangki penampungan sementara ........................ 69Gambar 4.13 Valve 1 .................................................................................................. 70Gambar 4.14 Listing program ladder sebelum dilakukan pengujian ......................... 71Gambar 4.15 Listing program ladder saat dilakukan pengujian ................................ 72Gambar 4.16 Listing program ON/OFF SCADA ...................................................... 73Gambar 4.17 Listing program output pompa ketika aktif .......................................... 74Gambar 4.18 Listing program output pompa ketika tidak aktif ................................. 74Gambar 4.19 Listing program akhir proses pasteurisasi ............................................ 75Gambar 4.20 Listing program output komponen heater 1 dan heater 2 setelah proses pasteurisasi ............................................................................... 76Gambar 4.21 Listing program pengujian terhadap komponen output valve 1 ........... 76Gambar 4.22 Listing program komponen output valve 1 ketika tidak aktif .............. 77

  xviii

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel perbandingan sistem terpusat dan sistem terdistribusi ..................... 8Tabel 2.2 Spesifikasi input ADC ............................................................................... 17Tabel 2.3 Spesifikasi output ADC ............................................................................. 17Tabel 2.4 Instalasi ADC ............................................................................................. 18Tabel 2.5 Alokasi IR pada ADC ................................................................................ 18Tabel 2.6 Setting range ADC ..................................................................................... 19Tabel 2.7 Kode setting range ADC ........................................................................... 19Tabel 3.1 Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses konversi data analog ke data digital ........................................................................................... 38Tabel 3.2 Perhitungan konversi data analog ke data digital melalui ADC

  (CPM1A-MAD01) ................................................................................... 40

Tabel 3.3 Channel input yang digunakan di dalam PLC ........................................... 50Tabel 3.4 Channel output yang digunakan di dalam PLC ........................................ 50Tabel 3.5 Alamat-Alamat memori yang digunakan di dalam PLC ........................... 51Tabel 3.6 Channel fungsi yang digunakan di dalam PLC ........................................ 51Tabel 4.1 Data rangkaian pengkondisi sinyal pada tangki pasteurisasi ..................... 56 ………………...Tabel 4.2 Data rangkaian pengkondisi sinyal pada tangki pendingin

  57 Tabel 4.3 Data pemanasan tangki pasteurisasi sebelum terisi cairan susu segar (suhu ruang31 °C)…………………….………………………………… 59

Tabel 4.4 Data pemanasan tangki pasteurisasi setelah terisi cairan susu segar

  (suhu ruang 31 °C) .................................................................................... 60 xix

  xx

Tabel 4.5 Data td, tr proses pasteurisasi susu segar pada suhu ruang

  26, 31 dan 32 °C ........................................................................................ 63

Tabel 4.6 Data pendinginan tangki pendingin sebelum terisi cairan susu pasteurisasi

  (suhu ruang 31°C)…………………………………………………….…. 64

Tabel 4.7 Data pendinginan tangki pendingin setelah terisi cairan susu pasteurisasi

  (suhu ruang 31°C) ..................................................................................... 65

Tabel 4.8 Data td, tr proses pendinginan susu pasteurisasi pada suhu ruang

  26, 31 dan 32 °C ........................................................................................ 68

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Susu segar yang tidak melalui proses pasteurisasi merupakan bahan makanan yang membahayakan kesehatan manusia bila dikonsumsi secara langsung. Susu merupakan media yang sempurna untuk pertumbuhan mikroba yang dapat menginfeksi manusia [1]. Mikroba pathogen yang banyak terdapat dalam susu seperti Mycobacterium tuberculosis penyebab penyakit tuberkolosis, Coxiella burnetti penyebab penyakit Q fever dan

  

Salmonella serta Shigella sp penyebab penyakit enteric seperti thypoid dan parathypoid

dapat ditularkan melalui susu mentah [2].

  Pada kenyataanya, masih terdapat beberapa industri seperti industri perumahan (home indutry) dan juga koperasi yang belum dapat melakukan proses pasteurisasi susu dengan baik. Fokus dari penelitian ini adalah perancangan suatu alat yang digunakan untuk proses pasteurisasi susu segar sesuai dengan ketentuan atau syarat-syarat yang semestinya. Persyaratan yang dibutuhkan untuk proses pasteurisasi adalah [2] :

  1. Pemanasan susu segar selama 15–20 detik pada suhu antara 75–90 ºC dengan waktu proses kurang dari atau sama dengan 30 menit.

  2. Pendinginan kembali susu segar hingga suhu 10 ºC.

  Serangkaian proses produksi pasteurisasi susu dioperasikan secara otomatis. PLC CPM2A digunakan untuk mengendalikan otomatisasi proses tersebut. Proses produksi pasteurisasi susu selanjutnya akan dimonitor dan ditampilkan dalam komputer oleh bagian SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

  1

  2

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah membuat sebuah alat yang berfungsi untuk melakukan proses pasteurisasi susu segar pada sistem kendali terdistribusi mini berbasis PLC OMRON CPM2A. Beberapa manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

  1.2.1 Dalam bidang sosial kemasyarakatan

  1. Memberikan alternatif pilihan dan solusi yang tepat bagi koperasi serta industri-indutri perumahan untuk dapat melakukan proses pasteurisasi susu dengan lebih baik sesuai dengan standar yang telah ada.

  2. Meminimalisasi kemungkinan terjadinya penyakit yang dapat muncul akibat proses pasteurisasi yang tidak sempurna, sehingga mayarakat tidak perlu risau lagi untuk mengkonsumsi susu pasteurisasi ini.

  3. Mengenalkan PLC sebagai otak pengendalian untuk menggantikan Relay konvensional dengan memberikan alasan-alasan bahwa dengan PLC akan lebih banyak keuntungan yang diperoleh dibandingkan dengan Relay konvensional tersebut. Keuntungan yang dimiliki PLC antara lain adalah jumlah kabel yang dibutuhkan lebih sedikit, konsumsi daya yang lebih rendah dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional, serta ketahanan PLC jauh lebih baik dibandingkan dengan Relay konvensional.

  1.2.2 Dalam bidang pendidikan

  1. Membantu para dosen, khususnya yang mengampu mata kuliah praktikum kendali dasar atau mata kuliah kendali terprogram dalam mensosialisasikan alat yang dikendalikan dengan PLC.

  3

  2. Membantu rekan-rekan mahasiswa dalam memahami lebih lanjut mengenai aplikasi alat berbasis PLC.

1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

  1. Secara keseluruhan, perancangan alat terdiri dari tiga buah tangki yang terbagi atas dua buah tangki utama sebagai tempat untuk pasteurisasi cairan dan untuk

  shocking bacteria serta satu tangki lainnya sebagai tempat penyimpanan susu segar sementara.

  2. Menggunakan satu buah pipa perantara dingin untuk membantu proses shocking bacteria .

  3. Menggunakan satu buah solenoid valve sebagai pengontrolan aliran susu.

  4. Menggunakan dua buah limit switch sebagai sensor ketinggian cairan dalam tangki utama, yaitu sebagai batas atas tangki pasteurisasi (LSA 1) dan batas atas tangki pendingin (LSA 2).

  5. Menggunakan dua buah komponen heater sebagai alat pemanas dalam melakukan proses pasteurisasi susu serta empat buah komponen termoelektrik sebagai alat pendingin untuk proses shocking bacteria.

  6. Menggunakan mixer sebagai pengaduk yang terpasang pada tangki pasteurisasi dan pendingin agar dihasilkan panas dan dingin yang merata pada kedua tangki.

  7. Menggunakan sensor LM 35 sebagai pendeteksi sensor suhu pada tangki utama.

  8. Menggunakan PLC CPM2A sebagai otak pengendalian.

  9. Menggunakan CPM1A-MAD01 sebagai ADC (Analog to Digital Converter).

  4

  10. Proses pasteurisasi cairan merupakan bagian dari mini DCS (Distributed Control Systems ).

  1.4 Metodologi Penelitian

  Penulis melakukan penelitian dengan : 1. Mengumpulkan referensi dan literatur dari perpustakaan dan internet.

  2. Menyusun referensi dan literatur yang ada.

  3. Studi kasus di Koperasi Warga Mulya Tegal Turi Yogyakarta dengan mengamati cara kerja alat pasteurisasi susu yang digunakan di tempat tersebut.

  4. Melakukan perancangan dan pembuatan alat yang terencana meliputi perancangan perangkat keras dan lunak.

  5. Melakukan pengujian terhadap hasil perancangan dengan cara pengambilan data percobaan dan analisa data percobaan. Analisa data pecobaan berdasarkan pada galat (error) yang terjadi pada alat.

  6. Pengambilan kesimpulan.

  1.5 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

  BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan dan manfaat dari penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan.

  BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi teori-teori yang mendasari penulisan tugas akhir ini.

  5

  BAB III : PERANCANGAN SISTEM Bab ini berisi konsep dan langkah-langkah perancangan perangkat keras serta lunak pada proses pasteurisasi susu segar. BAB IV : IMPLEMENTASI DAN AKUSISI DATA Bab ini berisi hasil simulasi dan pembahasan dari perancangan perangkat keras serta lunak pada proses pasteurisasi susu segar. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dari peralatan yang dibuat serta saran- saran untuk perbaikan alat dan penelitian selanjutnya.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pasteurisasi dan Shocking Bacteria

  Nama pasteurisasi diambil dari nama ahli mikrobiologi terkenal, yaitu Louis Pasteur [3]. Louis Pasteur (lahenjadi profesor di Universitas Strasbourg. Louis Pasteur kemuan yang sangat berarti bagi bidang kedokteran.

  Penemuannya tersebut adalah mengenai bertujuan untuk mematikan bakteri yang ada di susu dengan pemanasan [4]. Terdapat tiga metode pasteurisasi yang umum dipakai di industri susu, terutama pada kombinasi suhu dan waktu tertentu yaitu [5] :

1. HTST/High Temperature Short Time, yaitu pemanasan dengan suhu tinggi sekitar 75 ºC dalam waktu 15 detik.

  2. LTLT/Low Temperature Long Time, yaitu pemanasan dengan suhu rendah sekitar 60 ºC dalam waktu 30 menit.

  3. UHT/Ultra High Temperature, yaitu pemanasan dengan suhu tinggi 130 ºC selama hanya 0,5 detik saja, dan pemanasan dilakukan dengan tekanan tinggi.

  Metode pasteurisasi yang dipakai dalam penelitian ini adalah metode pasteurisasi HTST. Selain untuk mematikan sebagian besar mikroba yang ada di dalam susu, proses pasteurisasi bertujuan memperpanjang daya simpan produk dengan cara menginaktivasi enzim yang terdapat dalam susu seperti lipase, fosfatase, peroksidase dan katalase [2].

  6

  7

  Shocking bacteria adalah proses pendinginan susu pasteurisasi hingga mencapai

  suhu 10 °C. Proses shocking bacteria dilakukan setelah proses pasteurisasi selesai dijalankan. Proses shocking bacteria bertujuan untuk mematikan mikroba yang tahan terhadap suhu pasteurisasi [6].

2.2 Distributed Control System (DCS)

  Distibuted control system atau sistem kendali terdistribusi merupakan salah satu

  metode pengendalian yang menggunakan beberapa unit pemroses untuk mengendalikan suatu plant dengan tujuan agar beban pengendalian dapat terbagi [7]. Gambar 2.1 menunjukkan sistem terkendali terdistribusi. Beban komputasi yang harus dilakukan terhadap plant pengendalian tersebut dirancang agar tidak tertumpu pada suatu unit pemroses, melainkan didistribusikan pada beberapa unit. Beberapa unit pemroses harus dapat saling bekerja sama sehingga dapat membangun suatu sistem yang terintegarasi.

Gambar 2.1. Sistem kendali terdistribusi [7]

  8 Secara garis besar, terdapat perbedaan antara sistem kendali terpusat (central) dengan sistem kendali terdistribusi (Distributed Control System). Perbedaan antara sistem kendali terpusat (central) dengan sistem kendali terdistribusi (Distributed Control System ) ditunjukkan pada Tabel 2.1 [8].

Tabel 2.1 Tabel perbandingan sistem terpusat dan sistem terdistribusi [8]

  Sistem terpusat (central) Sistem terdistribusi (distributed) Banyak kabel Data terkirim melalui jaringan khusus

  Terprogram Terkonfigurasi Mudah rusak Resiko rendah

  Dengan adanya suatu sistem kendali yang terdistribusi maka semua proses yang dikendalikan dengan menggunakan sistem akan terdistribusi ke stasiun-stasiun kontrol (control station). Masing-masing proses akan dikendalikan oleh masing-masing control

  

station sehingga gangguan-gangguan yang mungkin timbul akan mudah terlacak dan

gangguan yang timbul pada salah satu proses tidak akan berpengaruh bagi proses lainnya.

  Pada sistem kendali terpusat, gangguan pada salah satu proses akan membawa akibat buruk bagi proses lainnya. Tujuan akhir sistem kendali terdistribusi adalah untuk meningkatkan kinerja sistem kendali plant. Kinerja-kinerja yang dipengaruhi dengan adanya sistem kendali terdistribusi adalah :

  1. Produksi

  a) Mengoptimalkan jadwal produksi

  b) Mengoptimalkan penempatan peralatan 2. Efisiensi

  a) Penghematan energi dan material

  3. Keselamatan kerja dan penghematan biaya

  a) Optimasi besar plant

  b) Peningkatan unjuk kerja suatu sistem peralatan

  9 Keuntungan dan kelebihan yang dimiliki DCS :

  1. DCS dapat dipasang untuk aplikasi dalam konfigurasi yang sangat sederhana, kemudian dapat ditingkatkan dan diperluas sesuai kebutuhan selanjutnya.

  2. Sistem dapat melakukan multifungsi paralel karena sistem tersusun dari multiprosesor.

  3. Pengkabelan pengendali lebih hemat atau sedikit dibanding dengan konfigurasi kendali komputer terpusat.

4. Model jaringan memberikan informasi proses seluruh bagian perusahaan sehingga, menajemen pabrik dan proses berjalan lebih efisien.

Gambar 2.2 Diagram blok jaringan bus I/O [8]Gambar 2.2 menunjukkan diagram blok jaringan bus I/O. Di dalam jaringan bus

  I/O, PLC berhubungan langsung dengan perangkat masukan tanpa menggunakan modul I/O, sehingga PLC berkomunikasi dengan setiap perangkat I/O berdasarkan protokol bus.

  Jaringan Bus I/O (I/O bus networks) merupakan hal yang paling utama dalam sistem kontrol terdistribusi. Jaringan Bus I/O memungkinkan setiap PLC berkomunikasi dengan perangkat I/O seperti halnya sebuah sistem komputer pengawas berkomunikasi dengan PLC dalam local area network (LAN). Arsitektur jaringan bus I/O mengikuti konfigurasi

  10 pohon, di mana setiap perangkat masukan misalnya sensor dihubungkan secara langsung pada PLC atau bus LAN.

  2.3 Pompa Air

  Pompa air merupakan suatu peralatan yang membutuhkan sumber tagangan AC 220 V/50-60 Hz sebagai masukannya. Pompa air berfungsi sebagai pemompa air dari tempat asal ke tempat lain [9]. Ilustrasi mengenai fungsi dari pompa air tersebut dapat diihat lebih jelas pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Prinsip kerja pompa air [9]

  2.4 Solenoid Valve

  valve merupakan suatu elektromekanik valve yang digunakan untuk

   Solenoid

  mengendalikan cairan atau udara yang dikontrol oleh arus listrik sebagai pengendali ON / OFF nya. Solenoid valve memiliki dua bagian utama yaitu solenoid dan valve [10].

  Adapun konfigurasi selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Konfigurasi dari solenoid valve [10]

  11 Keterangan Gambar 2.4 :

  A. Sisi input

  B. Sekat rongga (diafragma) dari solenoid valve

  C. Bilik tekanan

  D. Pipa/saluran tekanan

  E. Solenoid

  F. Sisi output

  2.5 Motor DC

  Motor DC atau motor arus searah adalah suatu alat yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motor DC hampir sama dengan generator AC. Prinsip dasarnya adalah apabila suatu kawat berarus diletakkan diantara kutub-kutub magnet (U-S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat [11]. Gambar 2.5 menunjukkan prinsip kerja dari motor DC.

Gambar 2.5 Prinsip kerja motor DC [11]

  2.6 Komponen Heater

  Komponen heater merupakan suatu peralatan elektronik yang berfungsi sebagai pengkonversi tenaga elektris ke dalam panas. Unsur pemanasan di dalam tiap-tiap alat pemanas listrik adalah sederhana yaitu berupa penghambat elektris. Perlatan ini

  12 membutuhkan sumber tegangan AC sebesar 220 V/ 240 V [12]. Beberapa contoh variasi bentuk komponen heater dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Komponen heater [12]

2.7 Komponen Termoelektrik

  Komponen ini berbentuk kotak yang terbuat dari keramik, berisi semikonduktor sambungan PN yang dirangkaikan secara seri. Fenomena termoelektrik merupakan sebuah fenomena perubahan sifat-sifat termodinamika menjadi sifat-sifat elektrik dan sebaliknya. Dua buah batang dari bahan logam yang berbeda disambungkan kedua ujungnya, sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup. Ketika salah satu ujung dipanaskan, maka pada rangkaian tertutup tersebut akan mengalir arus. Fenomena ini dinamakan efek Seebeck, karena ditemukan Thomas Seebeck pada tahun 1821 [13]. Rangkaian sambungan PN pada termoelektrik dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Rangkaian sambungan PN pada termoelektrik [13]

  Begitu pula bila dilakukan hal yang sebaliknya yaitu pada rangkaian tertutup dari dua batang logam berbeda bahan yang disambungkan tersebut dialirkan arus listrik. Pada

  13 salah satu ujung sambungan akan menyerap kalor, sehingga menjadi hangat dan pada ujung sambungan lainnya akan melepaskan kalor. Fenomena ini ditemukan Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834, kemudian dinamakan efek PeltierI [13].

  2.8 Limit Switch

  Saklar listrik (switch) adalah suatu alat sederhana yang berfungsi untuk menyambung - memutus atau memindah suatu hubungan di dalam rangkaian listrik. Basic

  

switch merupakan sebuah switch kecil dengan contact-contact terpisah dan mempunyai

  gerakan mekanis SNAP. Contact-contact yang berada di dalam case dioperasikan oleh gaya luar melalui aktuator yang diteruskan ke moving contact spring [14]. Konfigurasi dari komponen limit switch dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Konfigurasi dari limit switch [14]

  2.9 Pengolahan Sinyal Analog

  Pengolahan sinyal analog merupakan langkah paling awal dari proses konversi data analog menjadi data digital. Pengolahan sinyal analog dimulai dengan pendeteksian energi panas atau dingin menggunakan sensor suhu yaitu LM 35. Output dari sensor ini akan diumpankan kepada rangkaian pengkondisi sinyal sebelum dikonversi menjadi data digital oleh ADC (CPM1A-MAD01).

  14 Untuk megetahui lebih detail mengenai karakteristik serta daerah kerja dari komponen-komponen yang digunakan pada pengolahan sinyal analog, maka dapat dilihat pada sub bab selanjutnya.

2.9.1 Sensor Suhu (LM35)

   Sensor suhu (LM35) adalah jenis sensor suhu yang presisi terhadap temperatur

  dengan tegangan output adalah linier poporsional terhadap derajat Celcius [15]. Fitur-fitur yang terdapat dalam sensor suhu LM 35 adalah sebagai berikut :

1. Beroperasi pada derajat Celsius

  2. Skala kenaikan linier +10.0 mV/°C 3.

  Ketepatan 0.5 °C (pada +25°C)

  4. Bekerja pada −55 °C sampai +150 °C

  5. Bekerja mulai tegangan 4 sampai 30 volts 6.

  Penggunaan arus yang kurang dari 60 μA

  7. Pemanasan diri yang rendah pada udara bebas yaitu 0.08 °C 8.

  Keluaran impedansi yang rendah 0.1 W untuk beban 1 mA

Gambar 2.9 Konfigurasi pin LM 35 [15]

  Konfigurasi sensor suhu LM 35 dapat dilihat pada Gambar 2.9. Sensor suhu LM 35 berbentuk seperti transistor hitam kecil berkaki tiga. Masing-masing kaki memiliki fungsi sebagai berikut :

  15

  1. Kaki paling kiri adalah kaki untuk memberi masukan atau VCC. Tegangan VCC mempunyai jangkauan antara 4V s/d 30V.

  2. Kaki bagian tengah adalah kaki output yaitu berupa keluaran tegangan antara 0V s/d 1.5V. Keluaran tegangan ini berbanding lurus atau linier dengan perubahan suhu dengan range +2 ºC s/d 150 ºC.

  3. Kaki paling kanan adalah kaki untuk ground.

2.9.2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal

  Rangkaian Pengkondisi sinyal digunakan untuk memperoleh tegangan referensi yang disesuaikan dengan karakteristik ADC (CPM1A-MAD01). Rangkaian pengkondisi sinyal merupakan suatu rangkaian peguat non inverting [16,17]. Diagram blok dari rangkaian pengkondisi sinyal dapat dilihat pada Gambar 2.10.

  Rangkaian

  

Output Ke ADC

  penguat non sensor (CPM1A-

  inverting

  LM 35 MAD01)

  

Input Output